材料的表面是固體與其環(huán)境:液體、氣體或者是另外一個(gè)固體的分界線(xiàn)。因此,我們可以推斷出表面的大小,或表面面積是固體特性的一個(gè)重要的因數。例如,表面面積影響藥品的溶解速度、工業(yè)觸媒的活性、水泥的水化速度、空氣和水的凈化劑的吸附能力,以及大多數粉末和多孔材料的加工等。每當固體物質(zhì)被分割成較小的顆粒時(shí),新的表面就形成了,從而表面面積增加了。與此相似,當顆粒內部(由于溶解、分解或其它一些物理或化學(xué)方法)形成了孔洞,其表面面積也增加了。例如:僅僅1克活性碳的表面面積就可能達到2000 平方米之多!
氣體吸附
真正的表面面積,包括表面的不規則和孔洞的內部,不能從顆粒大小的信息中計算而來(lái),而卻是在原子的級別上通過(guò)吸附某種不活動(dòng)的或惰性的氣體來(lái)確定。吸附的量,讓我們稱(chēng)它為X,不僅僅是一個(gè)暴露表面的總量的函數,還是(i) 溫度,(ii) 氣體壓力,以及(iii) 氣體和固體之間發(fā)生反應的強度的函數。因為多數氣體和固體之間相互作用微弱,必須要使表面得到充分的冷卻以使其發(fā)生相當的吸附----足以覆蓋整個(gè)表面。隨著(zhù)氣體壓力的提高,表面吸附得會(huì )多(以一種非線(xiàn)型方式)。但是,當氣體以一個(gè)原子厚度全部覆蓋表面后(讓我們將該理論上的單分子層的氣體的量稱(chēng)為Xm),對冷氣體的吸附并沒(méi)有停止!隨著(zhù)相對壓力的提高,超量的氣體被吸附從而構成“多分子層”。所以,氣體吸附,作為一個(gè)壓力函數, 不僅僅是遵循一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系,因而,我們必須使用一個(gè)適當的數學(xué)模型來(lái)計算表面面積。我們使用BET 方程式:
在公式中,P/P0 是氣體的相對壓力,C 是與氣體和固體相互作用的強度有關(guān)的一個(gè)常數。能記住這個(gè)方程式當然好,但記住并不是必要的……當你需要時(shí),就回到這里來(lái)查閱就行了。重要的是:X 和 P/Po 是表面面積分析設備測定的數據,而Xm 與表面面積有直接關(guān)系。所有剩下的工作就是將這個(gè)氣體的理論量Xm(我們喜歡稱(chēng)它為統計量)轉換為一個(gè)面積。