物理化学-表面性质ppt课件

.,第7章表面化学,界面两相的接触面。物质的分散度很高时,其界面性质很突出,有特殊性。应用物理化学的基本原理，对界面的特殊性质及现象进行讨论和分析。,.,在自然界中，表面现象保罗万象：,雨滴,露珠,曙光晚霞,碧海蓝天,.,3,小视频3,.,4,表面现象,物理化学意义上的相界面是一个有几个分子直径厚度的薄层，是两相之间的过渡区。,根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为,.,1.气-液界面,.,2.气-固界面,.,3.液-液界面,.,4.液-固界面,.,5.固-固界面,.,10,7.1界面张力7.2弯曲界面的附加压力及其后果7.3固体表面与吸附作用7.4液-固界面7.5溶液表面,目录,.,11,基本概念,界面两相的接触面。3种相态：g,l,s。有5种界面：g-l,g-s,l-l,l-s,s-s。表面与气体接触的界面。g-l,g-s。界面有一定的厚度，不是几何面。界面的结构和性质有特殊性。与相邻两侧的体相不同。如液滴蒸发.分散度表示比表面积。分散的程度,表面积,表面效应。比表面积aS：物质的表面积AS与其质量m之比。aS=AS/m单位:m2kg-1如水球形液滴直径比表面积1cm610-4m2g-1将其分散10nm(1018个)600m2g-1活性炭实验测得500m2g-1，高达2000m2g-1物质的分散度很高时，其界面性质很突出，有特殊性。应用物理化学的基本原理，对界面的特殊性质及现象进行讨论和分析。,.,分散度与比表面,把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。,例如，把边长为1cm的立方体1cm3，逐渐分割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。,分散程度越高，比表面越大，表面能也越高,可见达到nm级的超细微粒，具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。,.,13,(1)表面功,液膜面积与功增大液膜面积dAS,需抵抗力F，作非体积功表面功。可逆条件下，忽略摩擦力，可逆表面功,W=dAS,=W/dAS使液体增加单位表面积时,环境所需作的可逆功表面功。单位Jm-2,7.1界面张力,.,14,(2)表面Gibbs函数,恒温恒压Wr=G,Wr=dGT,p=dAS,=系统增加单位面积时所增加的G(比)表面Gibbs函数,Jm-2,.,15,热力学公式,由多相多组分热力学公式，如,并未考虑相界面面积AS，对高度分散系统,应有AS变量，有一个相界面，热力学公式为,式中,意义：第1等式=恒温恒压、各相中物质的量不变，增加单位界面面积时，所增加的Gibbs函数。其余式意义类似。,.,16,(3)表面张力,用肥皂液在一个系有线圈的金属环上形成一个液膜，由于线圈周围都是相同的液体，受力均衡，线圈可以在液膜上自由移动位置。,若将线圈内液膜刺破，线圈两边受力不再平衡，立即绷紧成圆形。小视频7,.,17,这些现象表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力，称表面张力（surfacetension）或界面张力（interfacialtension）。表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。,.,18,(3)表面张力表面层分子受力表面层分子与体相内分子所处的力场不同。主要受到指向液体内部的拉力，使表面层液体分子有向液体内迁移、力图缩小表面积的趋势。液滴球形。若扩大表面积，对系统作功。,图7.1.1液体表面与内部分子受力情况,气相,液相,.,19,表面张力,缩小表面积力维持膜大小不变，加相反的外力F，与l成正比,比例系数,图7.1.2表面功示意图,表面膜,表面张力引起液体表面收缩的单位长度上的力；方向垂直于单位长度的边界、与表面相切并指向液体方向。小视频4,F=2l,=F/(2l),单位：Nm-12液膜有两个面。,.,20,注意:表面张力,单位面积的表面功,单位面积的表面Gibbs函数,不同物理量有相同的数值和量纲。1J=1Nm1Jm-2=1Nm-1其它界面有界面张力。,.,21,恒温恒压、各相中物质的量不变时，可有dGT,p,nB=dAS该条件下，由于相界面面积的变化，而引起系统的Gibbs函数变。也称界面吉布斯函数变，dGS。积分上式，AS：0AS，不变GS=AS根据吉布斯函数判据：dGT,p,nB非极性的；固态的液态的。与接触相的性质有关一种液体不同的液-液界面不同。,.,24,温度升高温度分子的动能增加分子间的相互作用力减弱同时升高温度使两相之间的密度差减小。以此多数液体物质，温度升高，物质的表面张力下降。热力学解释：,表面积增大表面熵增大根据公式，即温度升高，表面吉布斯能下降。,.,25,e.g.不同温度下水的表面张力t/02040/mNm-10.075640.072750.06956,.,26,压力对界面张力的影响较复杂，一般说，在T、A一定时，高压下的液体的表面张力比常压下要小，但压力对的影响很小，一般情况下可忽略。p,7.1.3界面张力及其影响因素,e.g.293.15K水的表面张力100kPa0.07288Nm-11000kPa0.07188Nm-1,.,27,7.2弯曲液面的附加压力,7.2.1弯曲液面的附加压力拉普拉斯方程,小视频6,用一细管吹一肥皂泡后，松开另一管口，肥皂泡将缩小成液滴，说明泡内和泡外存在压力差。,.,现象一：在滴管内的液体为什么必须给橡胶乳头加压时液体才能滴出，并呈球形？,现象二：用细管吹一肥皂泡后，若松开管口，肥皂泡很快缩小成一液滴？,.,29,液面分为水平液面弯曲液面凸液面(气相中的液滴)凹液面(液体中的气泡),(1)弯曲液面的附加压力p,.,30,1附加压力概念,曲面和平面比较，表面受力情况不一样,.,31,.,32,p产生原因,如球形液滴凸液面，气相压力pg,下方液相pl。作用点在周界线，方向周界，并与液滴表面相切；合力0，对下面的液体产生额外压力p。plpg,pl=pg+p,图7.2.1凸液面的附加压力,附加压力定义：p=pl-pg方向指向曲率半径中心液珠(凸液面)p=pl-pg0液体中气泡(凹液面)p=pl-pgpg,plpg,p=0,.,34,(2)拉普拉斯方程,图7.2.3p与曲率半径,推导凸液面AB,分解为水平分力(相互平衡)和垂直分力(指向液体),单位周长的垂直分力cos,球缺圆周长2r1,其合力FF=2r1cos,Laplace方程,意义：表明弯曲液面的附加压力，与曲率半径r成反比。,应用小液滴或液体中的小气泡的附加压力p的计算。空气中的气泡(内外有两个气-液界面)p=4/r,cos=r1/r;球缺底面积r12,故弯曲液对于单位水平面上的附加压力(压强)p,.,35,根据杨-拉普拉斯公式可以得知：（1）附加压力和曲率半径的大小成反比，液滴越小，液体受到的附加压力越大。（2）凹液面的曲率半径为负值，因此附加压力也是负值，凹液面下的液体受到的压力比平液面下的液体受到的压力小。（3）附加压力的大小和表面张力有关，液体的表面张力大，产生的附加压力也较大。（4）无论是凸液面还是凹液面，附加压力总是指向曲率半径的方向。,.,一般式：,杨-拉普拉斯公式(Yong-Laplaceequation),其中r1和r2为描述一个任意曲面需要的两个曲率半径。为表面张力。,.,37,几种特殊形状的液面的杨-拉普拉斯公式：球形表面：r1=r2=r，则p=2/r；圆柱形曲面(广义椭球):r1=,则p=/r；平液面：r1=r2=，则p=0。,.,38,(3)毛细管现象,毛细管垂直插入液体，管内外液面高度不同；插入水中液面，管内呈凹液面,接触角90,附加压力指向大气,管内凹液面下的液体承受的压力90,管内液面凸液面，液体不能润湿管壁cos0，hp,小液珠饱和蒸气压平面液体饱和蒸气压凹液面(小气泡内):r0,prp,泡内饱和蒸气压C0，使药物的溶解度变大，提高药效。,.,(2)喷雾干燥某些原料药,适用对象：热敏性原料药物，例如链霉素、氯霉素等。,原理：用喷雾器将带有水分的药物分散成雾状小颗粒，由于颗粒细小，颗粒中水分的饱和蒸气压比正常液体的大得多，当小颗粒与热空气会合时，小颗粒中的水分瞬间蒸发。,优点：干燥速度快，一般不超过30s，不会影响药物的质量。,.,(3)干燥剂除水的原理-毛细管凝结多孔性物质内有很多毛细孔隙，和该孔道润湿的液体可以在这些孔隙内形成凹液面。,对于凹液面pr*平液面上的p。T，平液面液体已饱和，微小液滴未饱和，不凝结。人工降雨AgI凝结中心,.,60,(2)过热液体定义一定压力下,液体的T该p下的沸点,仍不能沸腾的液体。产生原因弯曲液面的附加压力，液体内的气泡难生成。继续加热，p。如100,101.325kPa,在2cm深处r=10nm小气泡,内部压力11.87103kPa.防止过热爆沸用毛细管瓷片气体新相种子,.,61,(3)过冷液体,概念一定p下，液体的温度普通晶体的饱和蒸气压。防止方法加晶种，摩擦。,.,62,(4)过饱和溶液概念一定温度下，溶液的浓度已超过饱和浓度，仍未析出溶质的液体。产生原因同温，小晶体的溶解度普通晶体的溶解度。防止方法加晶种，摩擦。,亚稳状态不是真正的平衡状态，也不是热力学平衡态，不能长期稳定存在。,.,63,7.4液-固界面,固体对溶液的吸附作用。润湿固体/液体表面上的气体被液体取代的过程。产生液-固界面,7.4.1接触角与杨氏方程,接触角当一液滴在固体表面上不完全展开时，在g,l,s三相会合点，液-固界面的水平线、与气-液界面切线之间通过液体内部的夹角。,O,A,B,C,气,固,图7.4.1接触角与各界面张力的关系,O,A,C,气,固,ls,l,液,液,B,(a)润湿,(b)不润湿,3种界面张力作用于O点,s，ls，l处于平衡状态时杨氏方程s=ls+lcos,s,.,64,消失界面g-s,g-l,形成界面l-s,恒温恒压下,单位面积沾湿过程的GaGa=ls-l-s自发Ga0沾湿功沾湿过程的逆过程所需的功。Wa=-Ga,7.4.2润湿现象,润湿的程度用G衡量一定T,p下，润湿过程G减少多，易润湿。润湿的类型3类：沾湿，浸湿，铺展被取代的界面不同。,液,固,(a),气,气,液,固,气,液,气,液,(1)沾湿过程,(b),.,65,(2)浸湿过程固体浸入液体,l-s界面取代g-s界面,恒温恒压下,单位面积浸湿过程的GiGi=ls-s自发Gi0浸湿功浸湿过程的逆过程所需功。Wi=-Gi,.,66,(3)铺展过程,气,气,少量液体在固体表面自动展开薄膜。l-s界面取代g-s界面,g-l界面增大,(c),液,恒温恒压下,单位面积铺展过程的GsGs=ls+l-s自发Gs3-粉表皮表皮-3+3试从润湿原理考虑选择何种液体最适宜？为什么？,思考题,.,5适宜做喷洒剂的液体应符合2个条件(1)液体能浸湿药粉，粉-液体，1、3满足(2)喷洒剂在虫体表面铺展S=表皮液体表皮-液体0，2、3满足综合2个条件，选择液体3是最适宜的。,.,73,7.5溶液表面,7.5.1溶液表面的吸附现象,溶液表面的吸附溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中的浓度不同的现象。是溶液组成的函数,溶质在溶液表面发生吸附,改变溶液的。(1)水中溶质的浓度对影响的类型,图7.5.1表面张力与浓度关系,浓度,类型：浓度，稍。物质：无机盐，难挥发性酸，碱，多-OH有机物(蔗糖,甘油.)，,类型：浓度，慢。物质：大部分低级脂肪酸、醇、醛等,类型：浓度,剧,某c几乎不变。物质:RX(R=820C烃基。X=极性基团,OH,COOH,CN,CONH2,COOR;或X=离子基团,SO3-,NH3+,COO-,等),.,一、表面张力和浓度关系,温度为T，压力为p时，表面吉布斯能G表面=A，dG减小方法：dGT,p它在溶液本体浓度的现象。加入形成类曲线的物质,无机物,解离离子,与水分子作用较强表面层分子间作用,GS,为使少升高,自动减少在表面的浓度。负吸附负吸附物质在表面层中的浓度0(d/dc)T0,CMC,c足够大,液面挤满,表面吸附层达到饱和,单分子膜。溶液本体一定形状的胶束几十个或几百个表面活性剂分子组成，憎水基团向里，亲水基团朝外的多分子集聚体。胶束形状球，棒，层状，六角形.，胶束能稳定存在(非极性基团包在胶束中，几乎与水隔开)。曲线转折处慢。临界胶束浓度(CMC)形成胶束所需表面活性剂的最低浓度。,胶束的个数或胶束包含的分子数,体积。因表面层表面活性剂分子浓度几乎不变,几无。曲线平缓部分,表面活性剂浓度很低时,.,当浓度增加到一定程度时，表面活性剂分子在溶液中形成疏水基向内，亲水基向外的多分子聚集体，称作胶束（micelle）或胶团。形成胶束的最低浓度被称作临界胶束浓度（criticalmicelleconcentration）简称CMC。,.,89,(4)表面活性剂的浓度与性质,CMC浓度范围前后变化明显,其它物理性质也发生显著的变化。,图7.5.6表面活性剂的性质与浓度,.,较低浓度时胶束是球形的，随着浓度的增加，胶束的形状变得复杂，成为肠状、板层状等。,胶束的结构,.,达到临界胶束浓度以后的表面活性剂溶液能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加，这种现象称作增溶作用（solubilization）。表面活性剂的增溶作用既不同于溶解作用又不同于乳化作用。增溶后的溶液是热力学稳定系统。增溶使被增溶物的化学势降低，也就使整个系统的吉布斯能下降，增溶过程是一个自发过程。,增溶,.,a.内部溶解型,b.外壳溶解型,c.插入型,d.吸附型,四种增溶类型,增溶,.,表面活性剂分子的亲水、亲油性是由分子中的亲水基团和亲油基团的相对强弱决定的，衡量表面活性剂分子亲水性和亲油性的相对强弱的物理量是亲水亲油平衡值（hydrophileandlipophilebalancevalues），即HLB值。完全疏水的碳氢化合物石腊HLB=0完全亲水的聚乙二醇HLB=20十二烷基硫酸钠HLB=40不同的HLB值的表面活剂具有不同用途。,(5)HLB值,.,94,(5)HLB值,Hydrophile-lipophileBalance亲水亲油平衡HLB值表面活性物质的亲水性亲油性的相对强弱。,HLB值大,亲水性强；HLB值小,亲水性弱,亲油性强。HLB值是相对值，140间；亲水性强的SDS的HLB=40.通常HLB10,亲水性好。用途预测分类、用途,.,95,表7.5.1HLB值范围及其用途,.,根据下面公式可以计算HLB值：HLB值=7+(亲水基的HLB值)(亲油基的HLB值),某些基团的HLB值,.,HLB值具有加和性，两种或两种以上的表面活性剂混合时，混合后的表面活性剂HLB值等于被混合的表面活性剂HLB值的权重加和：HLBA+B=HLBAwA+HLBBwB式中w为表面活性剂的质量分数。,.,四、表面活性剂的几种重要作用,（一）润湿作用憎水表面：表面活性剂分子的非极性端吸附在固液界面上，极性端向外，降低固液界面张力，使接触角减小，改善润湿程度。,.,亲水表面：表面活性剂分子的极性端吸附在固液界面上，非极性端向外，增加固液界面张力，使接触角增大，固体表面变为与水不润湿的表面。,.,（二）乳化作用一种或几种液体以液珠形式分散在另一种不互溶的液体之中，形成高度分散系统的过程称为乳化作用（emulsification），得到的分散系称为乳状液(emulsion)。,乳状液一般都不稳定，分散的小液珠有自动聚结而使系统分层的趋势。表面活性剂作为乳化剂(emulsifyingagent)能制得较稳定的乳状液。,.,（三）起泡作用泡沫（foam）是气相高度分散在液相中的系统，是热力学不稳定系统。表面活性剂能降低气-液界面张力，使泡沫系统相对稳定，同时在包围气体的液膜上形成双层吸附，其中亲水基在液膜内形成水化层，使液相粘度增高，使液膜稳定并具有一定的机械强度。,.,（四）增溶作用表面活性剂有增溶作用，增溶作用是通过胶束实现的。非离子表面活性剂的增溶能力一般比较强。由于不同化学结构的物质被增溶时进入胶束的不同位置，因此选择增溶剂时要考虑被增溶物的结构。,.,（五）去污作用（洗涤作用）表面活性剂的洗涤作用是一个很复杂的过程，它与润湿、起泡、增溶和乳化作用都有关系。,.,8.7固体表面吸附,固体表面的吸附现象是固体表面最重要的现象原因：表面分子具不对称力场方法：从外部空间捕获气体（或液体）分子（吸附）规律：比表面积，吸附现象越明显,.,吸附实例：,防毒面具,.,分子筛色谱法（凝胶柱色谱法）,交联缩聚葡萄糖制成多孔性凝胶分离不同分子量的样品。适合于分离非离子表面活性剂提取（大分子量）提取混合生物碱等（小分子量）洗脱剂：水,用于生物材料分离的凝胶主要有交联葡聚糖凝胶(商品名为Sephadex)，聚丙烯酰胺凝胶(商品名为BioGel)，琼脂糖凝胶(商品名Sepharose)等,.,分离原理：,葡聚糖凝胶在吸水膨胀后形成凝胶粒子，在其交联的骨架中有许多大小不同网眼孔隙。大分子物质占有较少的大孔，小分子能占有大孔及小孔。当不同分子量混合物流经凝胶柱时，较小的分子在柱中停留的时间比大分于停留的时间长，混合物中各组分即按分于大小分开，最先流出的是最大的分子。,.,108,8.7固体表面与吸附作用,固体表面特点不能收缩；从外部空间吸引气体/液体分子到表面，降低和表面G。吸附在相界面上某种物质的浓度不同于体相浓度的现象。如固体吸附气体。吸附剂具有吸附能力的固体物质。吸附质被吸附的物质。如活性炭吸附醋酸常用吸附剂活性炭，硅胶，氧化铝，分子筛等。吸附的类型按作用力性质物理吸附，化学吸附。,.,109,8.7.1物理吸附和化学吸附,通常物理吸附与化学吸附很难区分。有时同时发生。一般在低温物理吸附起主导作用,在高温化学吸附起主导作用。,表7.3.1物理吸附与化学吸附的比较,.,问题,在等温等压下，气体在固体表面的吸附是吸热还是放热过程？为什么？请用物理化学原理解释说明。等温等压下，气体吸附为自动过程，且非体积功为零。则,HGTSQp,.,111,8.7.2等温吸附,(1)吸附量(),吸附量吸附平衡时,单位质量的固体所吸附的气体体积Va，或物质的量na。Va=V/m(m3kg-1)na=n/m(molkg-1)固体对气体的吸附量是温度和气体压力的函数。=f(T,p)常固定1个曲线吸附等温线恒温,反映吸附量与平衡压力之间关系的曲线。常用吸附等压线在恒压下，反映吸附量与温度之间关系的曲线。吸附等量线吸附量恒定时，反映吸附的平衡压力与温度之间关系的曲线。3种曲线有相互联系。,.,112,吸附等量线吸附量恒定时，反映吸附的平衡压力与温度之间关系的曲线。,在吸附等量线中，T与p之间关系类似于克拉贝龙方程，可以用来求算吸附热adsHm。adsHm一定是负值，它是研究吸附作用的一个重要物理参数，常根据其数值的大小判断吸附作用的强弱。,.,113,吸附等压线：吸附质平衡分压一定时，吸附温度T和吸附量之间的关系曲线。,吸附等压线可以用来判别吸附类型。物理吸附很容易达到平衡，吸附量随温度升高而下降。化学吸附在低温时很难达到平衡，随着温度升高，化学吸附速度加快，吸附量增加，直至达到平衡。平衡后吸附量随温度升高而下降。,CO在钯表面的吸附,.,114,吸附等温线的5种类型,p/p*,0,1,Va,p/p*,0,1,Va,p/p*,0,1,Va,p/p*,0,1,Va,p/p*,0,1,Va,p*吸附质的饱和蒸气压,第类为单分子层吸附等温线，其余为多分子层吸附等温线。还可用方程式表示。,.,115,弗仑因德立希吸附等温式描述单分子层吸附等温线的经验公式,式中代表在平衡压力p时的吸附量，k和n是与吸附剂、吸附质种类以及温度等有关的常数，值在0与1之间。,将上式取对数可得,以对lgp作图，可得一直线。由直线的斜率和截距可求得n及k值。,8.7.3弗仑因德立希吸附等温式,.,116,评价形式简单，计算简便，应用广泛。经验常数意义不明确,不能说明机理。,.,117,8.7.4朗缪尔单分子层吸附理论,(1)基本假设Langmuir从动力学观点提出固体对气体分子的吸附理论。,单分子层吸附固体表面上的有吸附力场只有气体分子碰撞到固体的空白表面上，才有可能被吸附。只发生单分子层吸附。固体表面是均匀的固体表面各个晶格位置的吸附能力是相同的，每个位置上只能吸附一个分子，吸附热为常数。被吸附的气体分子间无相互作用力在各个晶格位置上,气体分子的吸附与解吸(即脱附已吸附的分子离开固体表面,回到气相)的难易程度,与其周围是否有被吸附分子的存在无关。吸附平衡是动态平衡即吸附达到动态平衡时，吸附和脱附过程同时进行，二者速率相等。,.,118,过程分析初始v吸v脱,表现为吸附;吸附量,固体表面未被气体分子覆盖的部分,气体分子被吸附的可能性,v吸,相反过程v脱。v吸=v脱,吸附平衡。,.,119,(2)朗缪尔吸附等温式的推导,吸附平衡时,A(g)+M(表面)AM,k1,k-1,A气体分子；M固体表面；AM吸附状态；k1吸附速率常数；k-1脱附速率常数覆盖率固体表面被覆盖的分数。,1-固体表面上空白面积的分数。吸附位置数N固体表面上具有吸附能力的总的晶格数。推导由基本假设v吸pA,固体表面上的空白位置数(1-)N,即v吸附=k1p(1-)Nv脱附=k-1N吸附平衡时k1p(1-)N=k-1N令b=k1/k-1朗缪尔吸附等温式,.,120,(3)朗缪尔吸附等温式,b:Pa-1；b=k1/k-1,为吸附系数；与吸附剂、吸附质、温度有关；b大，吸附能力。用吸附量表示覆盖率为时的平衡吸附量；m饱和吸附量，吸附达到饱和；则=/m,作1/1/p图，直线斜率=1/(mb)，截距=1/m,b,m。实验,作c/c图,.,121,(4)两种极限情况,(1)压力p很低或吸附较弱(b很小)时，bp1,=mbp吸附量p，低压直线关系(类型I低压)(2)p足够高或吸附较强(b较大)时，bp1,=m吸附达到饱和，吸附量最大(类型I水平段)(3)p与b处于中间值时，曲线关系,理论评价适用单分子层吸附；吸附等温线类型I；用于化学吸附,低压物理吸附；重要，应用广。,.,1.假设吸附是单分子层的，与事实不符。,2.假设表面是均匀的，其实大部分表面是不均匀的。,3.在覆盖度q较大时，Langmuir吸附等温式不适用。,Langmuir吸附等温式的缺点：,.,123,BET理论的假设：吸附为多分子层的；第一层吸附是固体表面分子与吸附质分子之间的分子间力，从第二层以后的各层吸附是吸附质分子之间的分子间力，因此第一层和其它各层的吸附热不同；吸附和解吸附均发生在最外层。此外，还假定第一层吸附未饱和之前，也可能发生多分子层吸附；当吸附达到平衡时，其吸附量等于各层吸附量的总和。,在兰格缪尔吸附理论的基础上，1938年布鲁诺（Brunauer）、埃米(Emmet)和泰勒(Teller)三人提出了多分子层的气固吸附理论，简称BET吸附理论。,8.7.5多分子层吸附理论BET公式,.,124,BET公式,Vap下的吸附量；Vam单分子层的饱和吸附量；p*T下吸附质液体的饱和蒸气压；C与吸附热有关的吸附常数。,BET公式直线形式,吸附层数=1时，朗缪尔公式。c1,简化,在上述假定的基础上，用统计方法得出如下关系：,.,125,BET公式适用于单分子层及多分子层吸附，能对第IIII类三种吸附等温线给予说明，其主要应用是测定固体吸附剂的比表面（即单位质量吸附剂所具有的表面积）。,.,6为什么泉水、井水都有比较大的表面张力？将泉水小心地注入干燥的杯子，泉水会高出杯面，这是为什么？这时加一滴肥皂水将会发生什么现象？解释：泉水或井水含有大量无机盐，因而表面张力比纯水大。由于这个原因，使水和杯子壁之间的接触角变大，因此当液面超过杯面时可保持其不溢出。如果此时加入肥皂水，则表面张力大大降低，水和杯子壁之间的接触角变小，液体将溢出杯口。,.,127,.,第七章习题课,.,界面现象,界面的性质,各种界面现象及规律,弯曲液面,固体表面,固液界面,溶液界面,内容概要,.,本章基本要求,1.掌握表面吉布斯能与表面张力的基本概念和有关计算，了解影响表面吉布斯能的主要因素。2.熟悉弯曲液面的性质，掌握拉普拉斯公式和开尔文公式，能用公式做简单的计算并解释由于液面弯曲所引起的表面现象。3.了解液-液界面性质，掌握判断液体铺展的标准。4.了解固体表面润湿的几种类型，掌握判断固体表面润湿的标准。5.了解溶液表面性质，掌握吉布斯溶液表面吸附公式。6.了解表面活性剂的结构特征、主要特性及应用。7.了解几种典型的固体表面吸附等温线，掌握固体表面吸附的基本理论、常用公式及应用。,.,1.物质的比表面2.物理意义表面张力比表面吉布斯能3.p,基本概念、公式,p=2/r,.,4.开尔文公式蒸气压、溶解度与r关系5.润湿与铺展,.,6.吉布斯吸附等温式,-c曲线,.,7.表面活性剂结构特点、CMC、HLB值、重要应用8.气体在固体表面的吸附,p/p呈线性,.,一、填空题,1液滴越小，饱和蒸气压越（）；而液体中气泡越小，气泡内液体的饱和蒸气压越（）。2物质比表面自由能的定义式是（），单位是（）组成恒定的封闭系统等温、等压条件下，可逆改变单位表面积时引起的G自由能的变化值，即1m2表面上的分子比相同数量的内部分子多出的能量。3HLB值是（）；其值越大，表明（）越弱，（）越强。4.CMC是（）,.,5.物理吸附与化学吸附本质区别（）6.温度越高，表面张力（）。7.毛细管高度与（）成正比，与（）成反比。8.兰格谬尔等温吸附式的条件是（），（），（），（）。9.在相同温度下，同一种液体被分散成相同曲率半径的分散系统，以p平、p凹及p凸分别表示平面液体、凹面液体和凸面液体上的饱和蒸气压，则三者之间的关系为（）。10.弯曲液面的附加压力p指向（）。,.,二、判断题,1液体表面张力的方向总是与液面垂直，并力图扩大液体的表面积。2弯曲液面产生的附加压力的方向总是指向曲面的曲心。3吉布斯吸附等温式表明溶液表面只能发生正吸附。4兰格谬尔等温吸附理论只适用于单分子层吸附。5表面张力一般总是随温度升高而降低。6气体在固体表面上的吸附过程一定是放热过程。7.表面活性剂的增溶作用与溶解作用及乳化作用等同。8.CMC是形成胶团的最低浓度。,.,三、选择题,1一定体积的水，当聚集成一个大水滴或分散成许多小水滴，两种状态相比，以下性质保持不变的有（）。A表面张力B表面能C饱和蒸气压D液面下的附加压力2在相同温度下，（）的饱和蒸气压最大A空气中的小水滴B水平液面C水中小气泡内D水中大气泡内,.,3在溶液表面发生吸附作用，若C表C内则发生（）。A正吸附B负吸附C化学吸附D物理吸附4加入表面活性剂后，使液体表面张力（）。A增大B减小C不变D不一定5.在比较物理吸附和化学吸附特征时，下面对物理吸附的描述中，哪一条是不正确的（）A.吸附力为范德华力B.吸附层可以是单分子层或是多分子层C吸附热比较小D吸附速度比较小,.,6.当表面活性剂物质加入溶剂中后，产生的结果是：（）A正吸附B负吸附C正吸附D负吸附7.在一定T、P下，当润湿角（）时，液体对固体表面不能润湿；当液体对固体表面的润湿角（），液体对固体表面完全润湿。A90oC趋近于零D趋近于180o,.,8.恒温、恒压、恒组成下，表面张力等于,9.下面关于表面张力、比表面功和比表面吉布斯自由能的叙述中哪一个是不正确的？,.,11.对于一理想的平液面，下列物理量何者为零？,10.已知400K时，汞的饱和蒸气压为p0，密度为，如果求在相同温度下，一个直径为10-7m的汞滴的蒸气压，应该用公式,.,12.微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？,13.在蒸馏实验中，常在液体中投入一些沸石或一端封口的毛细管等多孔性物质，这样做是为了破坏下列哪个亚稳状态？,.,14.在一定温度、压力下，满足下面哪一个条件，液体就能在固体表面铺展？,15.当一水滴滴在雨伞上时基本成球形，则水、雨伞的表面张力水、伞和其界面张力（水/伞）的关系是,.,4.用不同大小的CaCO3(s)颗粒作分解实验，在相同温度下，哪些晶粒的分解压大？为什么？,根据开尔文公式，CaCO3的粒径越小，蒸气压越大，这个蒸气压就是它的分解压，因此小颗粒CaCO3的分解压大。,.,5为什么泉水、井水都有比较大的表面张力？将泉水小心地注入干燥的杯子，泉水会高出杯面，这是为什么？这时加一滴肥皂水将会发生什么现象？解释：泉水或井水含有大量无机盐，因而表面张力比纯水大。由于这个原因，使水和杯子壁之间的接触角变大，因此当液面超过杯面时可保持其不溢出。如果