為什麼表面積大的物質吸附性強，這種吸附的原理是什麼？

活性炭，膠體似乎都有類似性質，但光有大的表面積就能吸附似乎說不通。

2016.5.12

感謝大家的解答，下面有不少答主認為應該是比表面積而非表面積影響物質的吸附能力。個人認為這應該是個「語文問題」，只是我在表述中略不嚴謹，未體現控制變數的思想。大家不應拘泥於此，能get到我的意思就好啦~

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謝邀。多圖

經 @六隻正在飛的羊 提醒，這個回答只討論氣相吸附過程。沒搞過液相吸附，不懂相關理論，就不挖坑了

先上結論：這個吸附原理當然說得通啊！這個就是典型的物理吸附

和目錄

1. Langmuir 模型（單層吸附）

2. 競爭吸附
3. BET 吸附（多層吸附），比表面和孔結構
4. 活性炭除異味到底有用嗎？

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1. 【物理吸附的經典模型（其實就是最簡單的模型）就是朗格繆爾（Langmuir）模型】

（朗格繆爾，表面化學鼻祖，1932 年諾貝爾化學獎。現在美國化學會 ACS 旗下刊登表面化學文章的雜誌就叫《Langmuir》）

這個模型假定，分子在表面只形成一層單分子層，而氣體分子就像在表面搶車位一樣。因此一個蘿蔔一個坑，有多大的表面積就能吸附多少個分子，像這樣（隨手畫的）：

這個吸附過程當然是可逆的，氣體分子既可以「粘」到表面上，也會從表面離開，所以是一個吸附—脫附的平衡態。可以想像，熱鍋上的螞蟻通常都會跑得比較快。所以其他條件一樣的話，表面溫度越高吸附率越低。插句題外話，通常在高真空實驗室里我們就用烤熱真空室的辦法把那些分子趕下來，把不鏽鋼真空室開著泵烤到個幾十一百度，再降溫回來氣壓就低多啦（除非閥門漏氣了，那可能幾天都不能做實驗了，得檢漏）。此外，在低溫杜瓦瓶裡面，灌上液氮或液氦以後氣壓會降一到兩個數量級，也是因為表面冷了，分子都凍在上面跑不到氣相裡面來，這個叫做 cryo pumping，製冷劑就像氣泵一樣。

要定量研究這個過程，免不了要寫公式的啦，大家多擔待喲

【前方有公式出沒】

表面上有多少個「坑」呢？定義一個表面覆蓋率，就是表面被佔了的位點與總位點的比值。

這個表面覆蓋率是一個比值對不對？

吸附總量是覆蓋率乘上表面積，所以表面積越大吸附總量越多！

吸附的速率，當然是空地越多越快，並且氣相中的分子（即氣壓 p）越多也越快。於是吸附速率

而脫附速率呢，自然是表面擠著的分子越多，脫附得越快

平衡態下面吸附脫附速率相等

吸附—脫附平衡常數 就是吸附、脫附速率常數的比值，當然，和溫度有關。

這其實就是一般性的簡單化學動力學方程放到一個特定場景中而已，沒什麼別的花樣

隨著氣壓的升高，表面的吸附率也上升，但上升得越來越慢（因為脫附速率也增加了），顯而易見的：

2.【競爭吸附】

當有多種氣體分子同時存在（比如示意圖中紅色和藍色的小球）時，他們就會相互競爭。動力學方程的框架還是一樣的，只不過每種分子的脫附速率都只和自己在表面的覆蓋率成正比。但是吸附速率和卻要和空位成正比（），所以方程形式有點變。我不想再碼大篇公式了，定性來說，容易想像，如果：

• A 分子和表面的相互作用比 B 要大一些（A 比 B 粘人，佔到了位置就不讓開）

• A 分子在氣相中的分壓比 B 大的多（A 人多勢眾）

那顯然 A 都會搶過 B，在表面佔有更高的位點／覆蓋率。就是搶車位嘛。

具體的，對於兩分子體系 A 和 B

（上標區分 A 和 B，不代表乘方）

而

也是符合直覺的——結合力越強（即平衡常數 Keq 越大），覆蓋率越高；分壓越高，覆蓋率越高。

3.【BET 吸附，比表面與孔結構】

OK，實際情況是，沒有任何東西的表面是一片平地，總是由坑坑窪窪的。而像活性炭這樣的東西還有複雜的孔道。另外，分子不定就非要單層吸附啊，可以一層層堆起來啊。雖然越往上堆，跟表面的作用力越弱，到一定程度就吸不上了。

這個多層吸附的模型是由

Stephen Brunauer, Paul H. Emmett 和 Edward Teller 首先提出來的，所以叫 BET 理論

數學比較複雜，就不寫了。

BET 理論在實際應用中非常重要，因為它提供了一種測量物質吸附表面積的方法。

如果你注意到上文 Langmuir 模型中表面覆蓋率 和氣壓 的關係，是一條凸函數曲線。而因為表面光滑又是單分子層，如果把這塊「理想表面」放在一個真空室裡面，先慢慢升氣壓，再慢慢降氣壓，測量氣體被吸附了多少，那應該就畫出上面給的那個曲線。

實際情況下呢？

大部分物質，會留下一個圈。這個叫滯後環。產生這個環的原因是，當物質內部存在孔的時候，氣體鑽進去容易，想逃出來就難了。於是降氣壓的時候氣體的脫附有個滯後過程。從這個滯後環的形狀，我們可以推測出孔的形狀和孔徑分布。

從這個滯後環的大小，我們可以推測出物質內部可以有效吸附氣體的表面積。把這個表面積除以質量，就是比表面。

活性炭的比表面有多高呢？通常大於 1000 m^2/g. So，一小把活性炭，把裡面全部扒開，那就是一個足球場！

（活性炭電鏡照片，各種孔）

4.【活性炭除異味到底有用嗎？】

感覺在此評價這個問題可能會被噴。本人手頭也沒有具體數據，特此聲明：

本段內容全為某人做夢時掐指一算，具體情況還請具體分析，賣家買家都不要來找我

上面說到活性炭比表面大。那麼，如果 1000 m^2 的單分子表面吸附層，能吸附多少氣體分子呢？

這當然跟分子的大小啦、形狀啦，有沒有多層吸附啦都有關係。如果做一個數量級的費米估算（wikipedia.org 的頁面），應該不會差太多

分子大小在 0.1nm=1 量級。就假設單分子層，緊密排列，那麼 1000 m^2 的單分子層可以對應

棒，看來一克活性炭能吸附差不多一摩爾的氣體。但是一摩爾氣體常態下有多少呢？（中學都學過的吧？標況 22.4 L）

呀……好像……不太夠啊。

別忘了，還有競爭吸附的問題。空氣中大部分都是氮氣氧氣，還有水汽二氧化碳什麼的，異味分子通常都是微量存在，兩者的分壓可是差了好幾個數量級啊。雖然通常異味分子是有機分子，體積比較大，和活性炭的表面作用可能比較強，但是耐不住數量不夠，搶得到足夠的車位嗎？而且，吸附和脫附是動態平衡的。活性炭當然滯後環會很大，所以如果空氣中異味分子的量下降了，活性炭里本來吸附的那些倒不至於立刻又跑出來，但是也撐不了很久，得勤換喏。

此外，還有動力學的擴散問題。我們的屋子、汽車、冰箱不是實驗室里的真空密封室，關了一扇門，還有多扇窗。如果污染源在室外的話，除非把屋子完全密封起來像開汽車內循環那樣。

所以啊，裝在口罩和濾網裡，作為一個封閉的氣路系統的哨崗守衛的活性炭，肯定是有效果的，勤換就好。但是指望擺一瓶活性炭開著口放家裡，懸

謹以此文紀念本科呆過的表面化學實驗室

關於表面吸附理論，推薦我刷過的這本小書，很薄但都是乾貨。很老了，大學圖書館裡應該能找到

可惜那時候的筆記全部丟了，找不到了

我的很多筆記都找不到了，唉……

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反對此題，是比表面積大的吸附能力強，不是表面積大的。

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物理吸附 題主可以去查一下金屬有機骨架的文獻

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物體表面的性質和內部不同，表面存在近程力不飽和的情況，導致表面能量比體相能量高，表現出來的就是液體和固體的表面張力，對於液體可以通過形變減少表面積來降低表面能，固體因為不能流動而且比液體形變要難得多，主要通過吸附其他物質在表面的方式降低表面能(液體也可以發生這種作用)。如果不考慮吸附劑和吸附物之間的化學作用，表面張力越大，表面積越大，一般吸附劑就有更大的吸附能力。

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1.具備吸附能力的物質本身就具有一定的物理吸附能力，就像鹽親水、磁吸鐵。

2.這種基本吸附能力是通過表面起作用的，【比表面積】越大，起作用的面積越大。

3.吸附能力還取決於表面角，該情況類似宏觀情況下角落的位置，由於具有角度，污漬特別難扣掉。而題主題的這種多孔物質，具有大量這樣的微觀上的夾角，物質進去後很難通過物理手段再跑掉。所以吸附能力強。

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這個很好理解，舉個栗子！好比如一張一平米的網，網孔越大，可以過濾的東西就越大，網孔越小，可以過濾的東西就越小，也就是越多，因為小網孔可以過濾大的東西！

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不是面積大的吸附性強,而是比面積大的強一些。竟然發現我的答案與樓上雷同………

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不是表面積大，是表面積和體積的比比較大，

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比表面積

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最簡單易懂的答案：面積大，當然可以鋪的「豆子」就多啊。 此處的「豆子」指氣體分子，通常是氮氣分子。

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關於吸附的原理和模型，前述答案已經介紹的很清楚了，那我再來補充一下，以下針對液相吸附，如有不對，敬請指正。

題主的問題是：爲什麽表面積大的物質，吸附性強？首先，說明一下，表面積≠比表面積。我相信題主所謂的表面積，應該是包括了所有內部孔洞的部份，並非單指外表面積。吸附最重要的影響因素，就是可吸附的位置，有多少位置，就能容納多少分子，因此嚴格來說，同樣的材質，同樣的面積（展開後的絕對面積），理論上能夠容納的分子是一樣多的。

那我們爲什麽一般習慣用比表面積來定義呢？比表面積就是其展開後的絕對面積與質量之比，單位一般為平方米/克。孔洞越多，孔徑越小的吸附劑，其比表面積越大，簡單的說，就是容量越大，每克所含的平方米越多。

再來看看，我們一般如何定義吸附性強？吸附量一般的定義為qe，單位通常為毫克/克，即每克吸附劑能吸附多少毫克的吸附物。

因此，嚴格的題目應該這樣問：爲什麽比表面積越大的材料，吸附量越多？

答：比表面積越大的吸附劑，每克所含平方米越多，因此吸附位置越多，所以能容納的吸附物的毫克數越多，最終吸附量越大。從單位上來看，平方米/克毫克/克，平方米變大，毫克數變大。

以上，希望有get到題主的點。

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占坑 找下論文 回答下液相吸附

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不是表面積大，而是孔多。

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活性炭或者各種形式的炭材料的吸附容量跟比表面積有關，另外還要考慮表面的官能團種類，芳香度，c/o等，這可以影響它的選擇性吸附的能力，比如芳香度高的炭材料可以更傾向於吸附非極性物質，芳香度低的傾向於吸附極性的物質，除去官能團的作用，分子間作用力也能夠貢獻吸附，這些過程在液相和氣相都存在。回到「表面積」大的問題上，比表面積大意味著更多的有效官能團，更多的吸附點位，在宏觀上表現為吸附能力強。

另外針對一些特定的目標化合物，也不是比表面積越大對其吸附能力越強，在最適孔徑大小的條件下其吸附是最強的，過大或過小的孔徑都不利於目標化合物分子的結合。

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理解可能有誤謹代表個人觀點。

物理吸附主要靠范德華力。范德華力有個特點，距離短的時候較強，距離遠了就迅速變弱。與此類比，可以想像一大塊固體膠，放在室外，只會表面吸附一層灰塵。但如果你把這塊固體膠塗在一塊木板上，表面將會吸附很多灰塵。

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按你這麼說一個大鐵球子比活性炭的吸附能力更強嘍？麻煩搞清楚概念再提問

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