活性炭为什么能除味?

物理化学学习 2020-07-31 12:51:56

前面说了,由于物质表面的分子具有与物质本体中间分子不同的环境,使得其具有一定的合力,指向物质的内部,就是表面张力

      对于纯的液体来说,例如纯水,可以通过自动的或者说是自发的收缩其表面积,从而降低其表面能,使其更加稳定,所以液体,露珠、水滴等,更容易呈现为球型的外形。

      但是对于固体来说,其表面积不可能通过自发的收缩使其表面积降低,而降低其表面能

    那么固体会采用什么方法呢来降低其表明能呢?


     固体会自发的吸附空气中,或者液体中的分子,使其在固体的表面从而降低其表明张力(表面能)而达到稳定。


从分子结构的角度,如下图,可以看出,处于表面的一些原子的键是不饱和的,必然是不稳定的,所以会自发的从空气中,或者液体中吸附一些分子或者原子,从而是其能够稳定。

(常见的固体的表面结构的模型)


所以我们说固体的表面是不均匀的,即便是你看的镜子的表面,如果是从分子的层面看,也是这样的。


   固体露在外面的表面积越大,其对外的吸附量就相对越多(针对同一种物质)。为了比较起来方面,人们引进了比表面积。比表面积就是露在外面表面的面积除以固体的质量,单位一般为:平方米/克。活性炭的比表面积一般是400-1000 m2/g。不同的碳源其获得的不同,常见的有竹炭,椰壳炭等。  


所以我们常见的活性炭除味,其实就是一种利用具有巨大表面积的物质,来吸附其他的气体。放在冰箱里,是可以吸附冰箱中的异味;做成口罩,防毒面具就可以来吸附一些有毒的气体。



但是,这种吸附一般是物理吸附。物理吸附是无选择性的,什么气体都会吸附。吸附一般会有一个饱和的吸附量。换句话说,表面吸附满了(接近),你就不可能再吸附了。所以,要注意:防毒面具,口罩具有一定的使用时间。


同时呢,这种物理吸附是可逆。当活性炭使用的一段时间后,基本达到吸附平衡(吸附作用不再明显),可以通过一些措施处理后,重新使用。例如在真空烘箱中加热,是其脱附。当然,可以再次在高温下进行炭化处理(完全处理到所吸附的物质)



在恒温下,常见的几种吸附的曲线。换句话说,人们发现固体吸附气体时,其吸附量和对应的压力作图, 发现无外乎这五种类型形式的曲线。


这五种曲线在专门测试固体的比表面积,和研究固体的表面性质时研究较多。有兴趣的可以查阅固体表面等相关书籍。


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