界面现象（课堂PPT）

1、.1Interface Phenomena第十章第十章 界面现象界面现象.2固体表面的吸附.3表面和界面表面和界面(surface and interface) 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。 严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。.4表面和界面表面和界面(surface and interface)常见的界面有常见的界面有：1.气气-液界面液界面.5表面和界面表面和界面(surface and inte

2、rface)2.气-固界面.6表面和界面表面和界面(surface and interface)3.液-液界面.7表面和界面表面和界面(surface and interface)4.液液-固界面固界面.8表面和界面表面和界面(surface and interface)5.固-固界面.9界面现象的本质界面现象的本质 表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的

3、性质。.10相相界 面相界面特征：几个分子界面特征：几个分子厚、结构和性质与两厚、结构和性质与两侧体相均不同侧体相均不同 两相间的界面并非几何平面，而是具有两相间的界面并非几何平面，而是具有一定厚度的界面层界面相一定厚度的界面层界面相体相体相界面特征界面特征 最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。 比表面通常用来表示物质分散的程度，有两

4、种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：/ /mVAA mAA V或式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。 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，比表面增长情况列于下表：边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 1

5、09 从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 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。.16比表面积比表面积比表面积是衡量系统分散度的物理量。比表面积是衡量系统分散度的物理量。mAass/ 定定义义：比表面积比表面积 sa表面积表面积 sA物物质质质质量量 m例如：硅

6、胶，比表面积可达到例如：硅胶，比表面积可达到300700M2g1； 活性炭，比表面积可达到活性炭，比表面积可达到10002000M2g1；.171.1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。2.2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹形。水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹形。3. 3. 露珠在荷叶、草叶上呈球形。露珠在荷叶、草叶上呈球形。4. 4. 液体的过热、过冷，溶液的过饱和。液体的过热、过冷，溶液的过饱和。产生表面（界面）现象的原因是什么？产生表面（界面）现象的原因是什么？自然界中的表面现象举例自然界中的表面现象举例dWA式中 为比

7、例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。 由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。 温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：.19 （2）表面张）表面张力力无摩擦、可自由活动肥皂膜Fldx现象现象： 若撤去外力若撤去外力F，皂膜自动收缩；，皂膜自动收缩； 当加大外力当加大外力F，皂膜面积会增大，且，皂膜面积会增大，且F的大小与长度的大小与长度l成正比。成正比。结论结论：即液体表面有自动收缩的趋

8、势。即液体表面有自动收缩的趋势。产生原因：产生原因： 液体表面处处存在着一种使液面紧张的力（紧缩力）。液体表面处处存在着一种使液面紧张的力（紧缩力）。 相同体积的几何形状中，球形的表面积最小。相同体积的几何形状中，球形的表面积最小。 一定量的液体自其他形状变为球形时，就会伴随面积的缩小一定量的液体自其他形状变为球形时，就会伴随面积的缩小定义定义：沿着液面垂直作用于单位长度上的紧缩力：沿着液面垂直作用于单位长度上的紧缩力表面张力：表面张力：F = 2 2l l = F /2 2l l .20方向方向：对于平面，沿着平面与液面平行；：对于平面，沿着平面与液面平行； 对于弯曲液面，应与液面相切对于弯

9、曲液面，应与液面相切。 如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。(a)(b) 由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见(a)图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张力的存在。.22恒温恒压下增加皂膜面积恒温恒压下增加皂膜面积dA时，力时，力F需对体系所作的需对体系所作的最小功（可逆非体积功）最小功（可逆非体积功）：Fdxwr srdA/w ldx 2 sdA dG pTsAG,/ NpTsAG, dAdwr lF2 .23定义表面吉布斯函数：定义

10、表面吉布斯函数： G(G(表面表面) = A) = A 皂膜在恒皂膜在恒T T、p p下收缩时，即下收缩时，即T T、p p、N N恒定时，恒定时， 可知自发降低表面吉布斯函数可知自发降低表面吉布斯函数 有两种途径有两种途径dT 、pG (离子键离子键) (极性键极性键) (非极性键非极性键) 3.界面张力的影响因素界面张力的影响因素与接触相的性质有关与接触相的性质有关例：例：表表面面张张力力的的相相对对大大小小比比较较相相同同条条件件下下下下述述各各）（水水）（乙乙醇醇）gH （水水乙乙醇醇）（水水乙乙醚醚）（水水水水蒸蒸气气） .26T气相中分子密度降低气相中分子密度降低 液相中分子距离液

11、相中分子距离 （有例外）（有例外） 温度的影响温度的影响 极限情况：极限情况：TTc时，时，0.27 压力的影响。压力的影响。 分散度、运动情况对分散度、运动情况对也有影响。也有影响。 Pa表面分子受力不对称的程度表面分子受力不对称的程度 b气体分子可被表面吸附，改变气体分子可被表面吸附，改变, c气体分子溶于液相气体分子溶于液相 1atmH2O = 72.8 mN/m10atmH2O = 71.8 mN/m一般：一般：p10atm, 1mN/m。eg:.2810.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果 弯曲表面下的附加压力1.在平面上2.在凸面上3.在凹面上 Young-La

12、place公式 Klvin公式1.在平面上剖面图液面正面图 研究以AB为直径的一个环作为边界，由于环上每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力。 设向下的大气压力为Po，向上的反作用力也为Po ，附加压力Ps等于零。Ps = Po - Po =0（2）在凸面上：剖面图附加压力示意图 研究以AB为弦长的一个球面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向下的合力。 所有的点产生的总压力为Ps ，称为附加压力。凸面受的总压力为： Po+ PsPo为大气压力， Ps为附加压力。 （3）在凹面上：）在凹面上：剖面图附加压力示

13、意图 研究以研究以AB为弦长的一个球为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于环形凹面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与凹形上每点两边的表面张力都与凹形的液面相切，大小相等，但不在的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会同一平面上，所以会产生一个向产生一个向上的合力。上的合力。 所有的点产生的总压力为所有的点产生的总压力为Ps ，称为附加压力。称为附加压力。凹面上向下的总凹面上向下的总压力为：压力为：Po-Ps ，所以凹面上所受，所以凹面上所受的压力比平面上小。的压力比平面上小。 1805年年Young-Laplace导出了附加压力与曲率导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：半

14、径之间的关系式：对球面对球面：s22,PPRR即 根据数学上规定根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值凸面的曲率半径取正值，凹凹面的曲率半径取负值。面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是即附加压力总是指向球面的球心。指向球面的球心。说明：说明： 该形式的该形式的Laplace公式适用于球形液面。公式适用于球形液面。 曲面内（凹）的压力大于曲面外（凸）的压力，曲面内（凹）的压力大于曲面外（凸）的压力， p0。 r 越小，越小，p 越大；越大；r 越大，越大，p 越小。越小。 对平液面：对平液面：

15、r ，p0，（并不是，（并不是= 0） p永远指向球心。永远指向球心。.35毛细管连通的大小不等的气毛细管连通的大小不等的气泡泡 p加热p加热)()(,oglligoippppppp 小液滴小液滴液体中的气泡液体中的气泡肥皂泡肥皂泡rrr 422 分析分析：2lgpppr 2glpppr .36 rrl hplpg （2）.毛细现象：毛细现象：当润湿角当润湿角=0时，时，r曲面曲面= r毛细管毛细管= r (1) rppplg2由流体静力学有：由流体静力学有： (2)ghpplg 00gr2h .370cos2 grhl .毛细管中液面下降毛细管中液面下降020hrg090,cos/cosll

16、rrrr时02 cos90,0lhrg时.38例例 当玻璃管插入汞中或水中：当玻璃管插入汞中或水中： 制造永动机制造永动机 汞汞 水水 农民为何要锄地？农民为何要锄地？酒精灯的原理酒精灯的原理1.曲率半径R与毛细管半径R的关系： R=R/cos2.ps=2/R=(l-g)gh如果曲面为球面，则R=R。因lg所以：ps=2/R=lgh一般式：2 cos/R=gh把一支很细的管子插入水中会发现水把一支很细的管子插入水中会发现水在管中会上升一段距离。这就是我们在管中会上升一段距离。这就是我们说的说的毛细现象毛细现象。如图。如图,若将管子上部分若将管子上部分剪去。水就会源源不断的从上端流出。剪去。水就

17、会源源不断的从上端流出。如果有足够多的毛细管，并将流出的如果有足够多的毛细管，并将流出的水接住，就可以用这些水发电。我们水接住，就可以用这些水发电。我们就可以就可以不用不用任何能源而输出大量电能任何能源而输出大量电能。一次投资永远受益一次投资永远受益,既有很大的社会效既有很大的社会效益益,又有巨大的经济效益。请同学们回又有巨大的经济效益。请同学们回去讨论，并动手实验证实一下。去讨论，并动手实验证实一下。沿虚线剪断 制造永动机制造永动机 对小液滴与蒸汽的平衡，应有相同形式，设气体为理想气体。mmg( )d(g)dlVlpVpg,0g,0mg( )ddlnllpplppVlpRTpgdlnRTpm

18、mlgg( )(g)ddlTTGlGppppmm( )(g) GlG液体(T,pl) 饱和蒸汽(T,pg)g0mg,0( )()lnllpVlppRTpmg02 ( )2 ln()VlpMRTpRR这就是Kelvin公式，式中为密度，M 为摩尔质量。0llppp 2R Kelvin公式也可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比，或两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比。12s12112lnRRMccRTl对凸面，R取正值，R越小，液滴的蒸气压越高， 或小颗粒的溶解度越大。对凹面，R取负值，R越小，小蒸汽泡中的蒸气 压越低。2121211lnpMRTpRR.462.微小液滴的饱和蒸汽压微

19、小液滴的饱和蒸汽压kelven公式公式足够长的时间足够长的时间 大大水水滴滴小小水水滴滴ppp*反比于曲率半径反比于曲率半径结论：根据液体蒸汽的大小决定于液体分子向空间结论：根据液体蒸汽的大小决定于液体分子向空间逃逸的倾向，可知逃逸的倾向，可知：.471mol液体液体 1mol小液滴小液滴 (p,平面平面) （p+p,r） 恒恒T (1) G1 途径途径a (3)G3 1mol饱和蒸汽饱和蒸汽 1mol饱和蒸汽饱和蒸汽 （p） (pr) (2)G2=?途径途径bGb=? 过程恒温恒压可逆过程恒温恒压可逆 相变相变 G1 = 0 理想气体恒温变压理想气体恒温变压)ppln(RTGr2 恒温恒压可

20、逆相变：恒温恒压可逆相变： G3 = 0)1.(ln321ppRTGGGGra .48 对上述途径对上述途径b： p由表面张力由表面张力产生产生当压力变化不大时当压力变化不大时Vm(l)近似认为常数近似认为常数Vm(l) = M/ rPPPPPmmbdp) l (Vdp) l (VG(2) r2) l (Vm 2Mr1mol液体液体 1mol小液滴小液滴 (p,平面平面) （p+p,r） 恒恒T (1) G1 途径途径a (3)G3 1mol饱和蒸汽饱和蒸汽 1mol饱和蒸汽饱和蒸汽 （p） (pr) (2)G2=?途径途径bGb=?)1.(ln321ppRTGGGGra Vm(l)p联立（联

21、立（1）（）（2）：）：公公式式KelvinrRTMppr 2lnkelven公式公式.49讨论讨论公公式式KelvinrRTMppr 2ln （1）对纯液体，当温度一定的情况下，）对纯液体，当温度一定的情况下，pr = f(r), 且且r, pr 。pp0ppln,0rrr （2）凸液面：）凸液面：凹液面：凹液面：（3）毛细管凝结现象毛细管凝结现象 a.硅胶为什么能起干燥作用？硅胶为什么能起干燥作用？ b.清晨草茎中之水从何而来？清晨草茎中之水从何而来？（4）关于前例的解释）关于前例的解释0,ln0rrprppp气泡.50(1)过饱和蒸气和过热液体。过饱和蒸气和过热液体。 定义定义：在一定压

22、力下，温度降到在一定压力下，温度降到露点以下露点以下还不凝结为液体的还不凝结为液体的蒸气称为蒸气称为过饱和蒸气过饱和蒸气。 在一定压力下，在一定压力下，超过正常沸点超过正常沸点还不沸腾的液体称为还不沸腾的液体称为过过热液体热液体。Tp* l g露点：T小 T正常小液滴气小液滴气液平衡线液平衡线正常气液平衡线正常气液平衡线3.亚稳定状态和新相的生成亚稳定状态和新相的生成.51pi = p静静+p大气压大气压+p液体内部产生气泡所需的温度液体内部产生气泡所需的温度TiT正常正常，产生暴沸。，产生暴沸。讨论讨论: 实验中加热为何加实验中加热为何加沸石，加晶种？铝壶底沸石，加晶种？铝壶底为何做成波纹状

23、为何做成波纹状？p大气压大气压 静液压静液压p静静 pi(2) kelwin公式对固体也适用。公式对固体也适用。.52 p*饱饱和和蒸蒸气气压压T熔点熔点 lT小小 T大大三相平衡点三相平衡点小颗粒小颗粒 sg大颗粒大颗粒（3）分散度对熔点的影响和过冷现象）分散度对熔点的影响和过冷现象 一定压力下，一定压力下，低于低于正常熔点还不凝固的液体称为正常熔点还不凝固的液体称为过冷液体。过冷液体。.53（4）分散度对溶解度的影响及过饱和现象。）分散度对溶解度的影响及过饱和现象。 综上所述，由于小颗粒物质的表面特殊性，造成新相综上所述，由于小颗粒物质的表面特殊性，造成新相难以生成，从而形成四种不稳定状态

24、（亚稳态）。难以生成，从而形成四种不稳定状态（亚稳态）。 在一定压力下，溶液浓度已超过饱和液体，但仍未析出在一定压力下，溶液浓度已超过饱和液体，但仍未析出晶体的溶液晶体的溶液 称为过饱和溶液。称为过饱和溶液。 小晶体为凸面小晶体为凸面, prp（蒸气压为气液平衡时的压力）（蒸气压为气液平衡时的压力） 表明它从固相中逸出的倾向大，它的浓度大表明它从固相中逸出的倾向大，它的浓度大 ，它的溶解度大，它的溶解度大，造成过饱和现象。造成过饱和现象。.5410.3 固体表面固体表面 固体或液体表面的特征：固体或液体表面的特征： 本节重点讨论固体表面的吸附。本节重点讨论固体表面的吸附。固体表面固体表面吸附剂

25、吸附剂被吸附的物质被吸附的物质吸附质吸附质 表面层的分子受力不平衡，存在过剩的不饱和力场，具表面层的分子受力不平衡，存在过剩的不饱和力场，具有自发吸附其它物质的能力有自发吸附其它物质的能力。在恒温恒压下，吸附使表面能下降在恒温恒压下，吸附使表面能下降，0 G因此，因此，吸附是自发过程吸附是自发过程。.55吸附类型：按吸附时作用力的性质分为物理吸附类型：按吸附时作用力的性质分为物理吸附和化学吸附吸附和化学吸附1.物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附 物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附吸附作用力吸附作用力范德华力范德华力化学键力（多为共价键）化学键力（多为共价键）吸附层吸附层单层或多层单层或多层单

26、层单层吸附热吸附热H0，气体凝结热气体凝结热H0，化学反应，化学反应热，热，吸附选择性吸附选择性无无有有吸附可逆性吸附可逆性可逆可逆不可逆不可逆吸附速率吸附速率快，易达平衡快，易达平衡慢，不易达平衡慢，不易达平衡.56 （1）基本术语：基本术语： 吸附量（吸附量（）：当吸附平衡时，每克吸附剂吸附的）：当吸附平衡时，每克吸附剂吸附的吸吸 附质：附质：mnna mSTPVVa)( ),( PTf 且且：方程有三种形式：方程有三种形式： T一定，一定，= f（p） 吸附吸附 等温线等温线（常用）（常用） p一定，一定，= f（T） 吸附吸附等压线等压线 一定，一定， p= f（T） 吸附吸附等量线等

27、量线2.等温吸附等温吸附.57 p达平衡时的吸附压力；达平衡时的吸附压力； P*该温度下的吸附气体的饱和蒸气压该温度下的吸附气体的饱和蒸气压 p/p*V10V1p/p*0Vp/p*101Vp/p*01p/p*V0 注：注： ：单层吸附；：单层吸附； 、：平面上的多分子层吸附；：平面上的多分子层吸附； 、：有毛细凝结时的多层吸附：有毛细凝结时的多层吸附 （2）.吸附等温线吸附等温线.583.吸附经验式吸附经验式 对类型对类型I，Freundlich(弗罗因德利希弗罗因德利希)提出等温吸提出等温吸附经验式：附经验式：nakpV K、n为经验常数。为经验常数。一般：一般：0n1，适用于中压范围。，适

28、用于中压范围。.59（1）理论的四个假设：）理论的四个假设：、气体在固体表面上单分子层吸附；、气体在固体表面上单分子层吸附；、固体表面均匀（吸附热为常数，与、固体表面均匀（吸附热为常数，与无关）；无关）；、相邻的吸附分子间无作用力；、相邻的吸附分子间无作用力；、吸附和脱附呈动态平衡。、吸附和脱附呈动态平衡。4.单分子层吸附理论：单分子层吸附理论： Langmuir（朗缪尔）吸附等温式（朗缪尔）吸附等温式.60=已被吸附质覆盖的表面积已被吸附质覆盖的表面积总表面积总表面积（2）等温式的导出）等温式的导出：覆盖率覆盖率p较低时，较低时，p, ; p足够高时，足够高时，1。 v脱脱= k脱脱N N:

29、总的具有吸附能力的晶格位置数总的具有吸附能力的晶格位置数 v吸吸= k吸吸(1-)pN.61 = = (k吸吸/k脱脱) p 1+(k吸吸/k脱脱) p b p 1 + b p 公式：公式：A (g) + M(表面表面) AM k1 k2此即此即Langmuir（兰格缪尔）吸附等温式（兰格缪尔）吸附等温式：式中式中:b 吸附系数或吸附平衡常数吸附系数或吸附平衡常数，与吸附剂、吸附质、，与吸附剂、吸附质、T有关。有关。b,吸附能力吸附能力 。 动态平衡时：动态平衡时：v吸吸= v脱脱 k吸吸(1-) pN= k脱脱N .62讨论：讨论：（1） bpbpVVama1=Va/Vam， pbVVVam

30、ama1111 由截距可求饱和吸附量由截距可求饱和吸附量Vam。mamasLaVVa 且且：积。积。吸附质分子的截面吸附质分子的截面；吸附剂的比表面积吸附剂的比表面积式中：式中：msaa 任任知知其其一一，可可求求其其二二。与与msaa （2） 当当p很低或吸附很弱（很低或吸附很弱（b很小）时，很小）时，bp1, Va= Vam , Va与与p无关。无关。.636.吸附热力学吸附热力学吸附是自发过程，吸附是自发过程，0 GdpVdTSdG aaaa ：对对吸吸附附相相dpVdTSdG ggg ：对对气气相相g可以导出（与克克方程的导出方法相同）：可以导出（与克克方程的导出方法相同）：2lnRT

31、HTpmadsn CHTTHmadsmads RT Papln 11R Ppln 21212积积分分式式：即吸附放热。即吸附放热。所以，吸附热所以，吸附热气体压力气体压力相同吸附量，必需增大相同吸附量，必需增大由于温度升高，要维持由于温度升高，要维持, 0 madsH.64 10.4液固界面液固界面本节讨论液固界面上发生的润湿与吸附现象。本节讨论液固界面上发生的润湿与吸附现象。润湿润湿固体的气固界面被液固界面所取代的过程。固体的气固界面被液固界面所取代的过程。1.接触角与扬氏方程接触角与扬氏方程 润湿角（或接触角）：润湿角（或接触角）： 固液界面的水平线与气液界面在固液界面的水平线与气液界面在

32、O点点 的切线之间的切线之间 的的夹角夹角。 rl-grs-lrs-grs-lrs-grl-g.65rl-grs-lrs-g coslgslsg 扬氏方程扬氏方程.662.润湿现象润湿现象润湿润湿：固体表面上原来的气体被液体取代。接触过程的固体表面上原来的气体被液体取代。接触过程的Gibbs函数降低。函数降低。G0。Gibbs函数降低越多，函数降低越多，越易润湿。越易润湿。润湿分类：沾湿、浸湿、铺展。润湿分类：沾湿、浸湿、铺展。 .67（1）沾湿（）沾湿（ahhensional wetting） .68()as ls glgaGAW 0,aaGW 沾 湿 功飞机飞行中水珠是否附着于机翼上飞机飞

33、行中水珠是否附着于机翼上喷施农药时是否有效地附着于叶片上，自动铺展喷施农药时是否有效地附着于叶片上，自动铺展.69（2）浸湿或浸渍润湿（）浸湿或浸渍润湿（immersional wetting）浸湿功浸湿功.700iiGWis ls giGW .71（3）铺展）铺展or完全润湿（完全润湿（spreading wetting）.72ss llgsgGssgsllgSG 0S 自动铺展自动铺展铺展系数铺展系数：.73讨论：讨论：)1(cos glglgslsaG cosglgslsiG )1(cos glgsgllssG沾湿过程沾湿过程：浸浸湿过程：湿过程：铺展过程：铺展过程：将杨氏方程代入各将杨

34、氏方程代入各 Gi表达式中可得：表达式中可得：0180oaG时，沾湿过程自发进行。090oiG时，浸湿过程自发进行。00sG时，或不存在铺展过程自发进行。.74注意：注意：(1)0(0180不存在），杨氏方程不成立。故杨氏方程的条件：(2)90 , 90 , oo润湿；不润湿；.75 在气、液、固三相交界点，气在气、液、固三相交界点，气- -液与气液与气- -固界固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用面张力之间的夹角称为接触角，通常用q q表示。表示。g- ls - lg- scos 若接触角大于若接触角大于9090，说明液体不能润湿固体，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；如汞在玻璃表面；

35、 若接触角小于若接触角小于9090，液体能润湿固体，如水，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。在洁净的玻璃表面。 接触角的大小可以用实接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算验测量，也可以用公式计算：.76接触角的示意图：.773.固体自溶液中的吸附固体自溶液中的吸附对稀溶液中的单分子层吸附，可用下式进行计算：对稀溶液中的单分子层吸附，可用下式进行计算：弗弗罗罗因因德德利利希希等等温温式式）()1(nakcn 朗朗格格缪缪尔尔等等温温式式）(bc1bcn)2(am an吸附量。吸附量。溶液浓度；溶液浓度；经验常数；经验常数；an, cnk饱饱和和吸吸附附量量。吸吸附附系系数数；amn b

36、.78 10.5 溶液表面溶液表面恒温恒压下，恒温恒压下，dG = d( A) = Ad + dA当当dA =0时，时，dG = AdG00 若，则.79 c、表面惰性物质、表面惰性物质：无机盐（无机盐（NaCl）、无）、无机酸机酸(H2SO4)、无机碱、无机碱(KOH)、多羟基化合物、多羟基化合物（蔗糖、甘油）（蔗糖、甘油）,浓度增加，浓度增加， 稍有增加稍有增加。 、醇、酸、醛、酯、酮、醚、醇、酸、醛、酯、酮、醚等极性有机物等极性有机物，浓度增加，浓度增加， 缓慢减少。缓慢减少。 、8mol.dm-3以下的有机酸、有机胺盐、磺以下的有机酸、有机胺盐、磺酸盐、苯酸盐。酸盐、苯酸盐。在低浓度时

37、，浓度增加在低浓度时，浓度增加 急剧急剧下降，在一定浓度以上，浓度增加下降，在一定浓度以上，浓度增加 几乎不变几乎不变。习惯称为。习惯称为表面活性物质或表面活性剂表面活性物质或表面活性剂。1.溶液表面的吸附现象溶液表面的吸附现象正吸附；正吸附； 、 负吸附负吸附。.80dcdRTc 在单位面积的在单位面积的表面层表面层中所含中所含溶质的物质的量溶质的物质的量与同量溶剂与同量溶剂在在本体本体中所中所 含含溶质的物质的量溶质的物质的量的差值，称溶质的表面吸附的差值，称溶质的表面吸附量或表面过剩。量或表面过剩。2.表面过剩与吉布斯吸附等温式表面过剩与吉布斯吸附等温式表面过剩与吸附量表面过剩与吸附量：

38、吉布斯吸附等温式：吉布斯吸附等温式：稀溶液稀溶液c为溶液本体相浓度；为溶液本体相浓度；浓溶液浓溶液c用活度用活度a表示。表示。.81讨论讨论 当当T一定时，一定时，d/dc的正负决定了吸附类型。的正负决定了吸附类型。 d /dc0，0，负吸附，表面惰性物质，负吸附，表面惰性物质，类曲线；类曲线； d /dc0，0，正吸附，表面活性物质，正吸附，表面活性物质，、类曲线类曲线； d /dc = 0，= 0，不再吸附，不再吸附，类曲线；类曲线； 求求=？（？（r = f（c）d/dc ）dcdRTc .82 定义：能显著降低水的表面张力的一类物质。定义：能显著降低水的表面张力的一类物质。 离子型：离子型： 表面活性剂表面活性剂 非离子型：聚乙二醇类：聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酯非离子型：聚乙二醇类：聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酯阴离子型：如肥皂阴离子型：如肥皂RCOONa阳离子型阳离子型:胺盐胺盐两性型：氨基酸型两性型：氨基酸型R +亲水的极性集团亲水的极性集团亲油的长链非极性基团亲油的长链非极性基团R结构：结构：RR+ 分类：分类：3.表面活性剂表面活性剂.83 表