《工科化学》课件工科化学12章7－8

2023/10/11111.已知20℃时水的表面张力为72.8×10-3N·m-1，如果把水分散成小水珠，试计算当水珠半径分别为10-5m、10-6m、10-7m时，曲面下附加压力为多少？解：由(Laplace)方程

p=2

/r

p=272.8×10-3/r，故当水珠半径分别为10-5m、10-6m、10-7m时，曲面下附加压力分别为14.56kPa，145.6kPa，和1456kPa。12.在293.15K及101.325kPa下，把半径为1×10-3m的汞滴分散成半径为1×10-9m的小汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯函数变为若干？已知293.15K汞的表面张力为0.470N·m-1。解：汞滴的个数为V1/V2=(4/3)r13/(4/3)r23=r13/r23=10-9/10-27=1018（个）GS＝

A=0.470×4r22×1018=5.91J2023/10/11213.293.15K时，乙醚-水、乙醚-汞及水-汞的界面张力分别为0.0107N·m-1、0.379N·m-1及0.375N·m-1，若在乙醚与汞的界面上滴一滴水，试求其润湿角。解：cos

=

汞－醚-

汞－水/

水－醚=(0.379-0.375)/0.0107=0.374

=68.05°

乙醚H2OHg2023/10/11314.293.15K时，水的饱和蒸气压为2.337kPa，密度为998.3kg·m-3，表面张力为72.75×10-3N·m-1，试求半径为10-9m的小水滴在293.15K时的饱和蒸气压为着若干？解：将有关数据代入Kelvin公式：ln(pr/p)=2M/(r)RT＝272.75×10-318.0210-3/(998.310-98.314293.15)=1.078

pr=2.939p=2.9392.337=6.868kPa2023/10/11415.已知CaCO3在773.15K时的密度为3900kg·m-3，表面张力为1210×10-3N·m-1，分解压力为101.325Pa。若将CaCO3研磨成半径为30nm的粉末，求其在773.15K时的分解压力。解：将有关数据代入Kelvin公式：ln(pr/p)=2M/(r)RT=21210×10-3100.0910-3/(39003010-98.314773.15)=0.3221

pr=1.380p=1.380101.325=139.83Pa2023/10/11516.在351.45K时，用焦炭吸附NH3气测得如下数据。p/kPa

0.7224

1.307

1.723

2.898

3.931

7.528

10.102(x/m)/(dm3•kg-1)10.2

14.7

17.323.728.441.950.1试用图解法求方程式x/m=kpn中的常数项k及n的数值。解：将上述数据再列表p/kPa

0.7224

1.307

1.723

2.898

3.931

7.528

10.102(x/m)/(dm3•kg-1)

10.2

14.7

17.323.728.441.950.1lg(p/kPa)

-0.1412

0.11630.23630.46210.59450.87671.004lg(x/m)/(dm3•kg-1)1.0091.1671.2381.3751.4531.6221.700以lg(x/m)对lgp作图，应得直线，直线的截距为lgk，斜率为n2023/10/116lg(x/m)/(dm3•kg-1)1.71.61.51.41.31.21.11.0

-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0lg(p/kPa)n=(1.098-1.6998)/(0-1.004)=0.602lgk/[k]=1.098k=12.46dm3kg-12023/10/117第七节胶体系统的制备和性质一、胶体系统的制备●原理

胶体分散度大于粗分散系统，小于真溶液。胶体制备分为将粗分散系统分散，或将溶液中的溶质凝聚两种方法分散法凝聚法粗分散系统胶体系统分子分散系统

>100nm大变小1~100nm小变大<1nm1．分散法(1)胶体磨(2)气流粉碎机(又称喷射磨)(3)电弧法2023/10/1182.凝聚法(1)物理凝聚法有蒸气凝聚法和过饱和法两种(2)化学凝聚法利用反应产生不溶物，要求较大的过饱和度(三)溶胶的净化——目的除去过量电解质，提高溶胶的稳定性——方法渗析法利用胶体粒子不能透过半透膜的特点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质在外电场作用下，可加速正、负离子定向渗透的速度，这样可大大加快渗析的速度，称电渗析2023/10/119二、胶体系统的光学性质（一）丁达尔(Tyndall)效应——丁达尔效应暗室里，与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光锥——原因分析光束投射到分散系统，可发生吸收、反射、散射或透过。入射光频率与分子固有频率相同，吸收；光束与系统无生任何作用，透过；入射光波长小于分散粒子尺寸，反射；入射光波长大于分散相粒子尺寸，散射。可见光波长400~760nm，大于胶体粒子尺寸(1~100nm)，散射散射光又称乳光。乳光的强度，可用雷利公式计算（二）雷利公式1871(Rayleigh)●形式2023/10/1110I0、

：入射光强度及波长；V：单个粒子体积；C：单位体积粒子数；n及n0：分散相及介质折射率；

：观察方向与入射光方向夹角；L：观察者与散射中心距离●讨论(1)

I∝V2依此鉴别分散系统种类(2)I∝1/

4

白光照溶胶，与入射光垂直方向呈淡蓝色，透过光呈橙红色(3)n及n0相差愈大，I愈强。区别高分子溶液与溶胶。纯气、液态物质的乳光主要由于密度的涨落(4)I1/I2=C1/C2，浊度计和超显微镜的原理2023/10/1111三、胶体系统的动力性质（一）布朗运动1827年，Brown——现象线度小于4m的粒子，在分散介质中皆呈现永不停止、杂乱无章的运动，称布朗运动——成因分散介质分子热运动不停撞击分散相的粒子的结果——意义引起扩散；证明了分子运动论的正确性（二）扩散有浓度梯度时，粒子因热运动发生宏观定向迁移现象，称为扩散(diffusion)。对胶体系统，分散相的粒子总是由浓度较高处向浓度较低处扩散（三）沉降与沉降平衡2023/10/1112——定义粒子受重力作用下沉的过程称为沉降(sedimentation)。胶体分散相粒子受两种不同力：一是重力场作用沉降至底部；二是布朗运动产生的扩散：力图使粒子趋于均匀分布。扩散速率等于沉降速率，系统达沉降平衡——贝林(Perrin)公式粒子浓度随高度而变化的分布定律（改错）式中，C1和C2分别为高度在h1和h2截面上粒子的数浓度，r为球形粒子的半径，

和

0分别为粒子及介质的密度，g为重力加速度，

L为阿佛加德罗常数，

R为摩尔气体常数2023/10/1113四、胶体系统的电学性质（一）电动现象（1）电泳(electrophoresis)

定义外电场，胶粒在介质中移动意义证明胶粒带电；用于电泳漆公式

为电势差，称动电势或

电势，粒子带正电，

为正，反之为负；

为介质粘度，单位：Pas；v为电泳速度，单位：ms-1；

为介质介电常数，单位：Fm-1；E为电场强度(电势梯度)，单位：Vm-1（2）电渗(electro-osmosis)在多孔膜（或毛细管）两端施加一定电压，液体将通过多孔膜定向流动，称电渗2023/10/1114●沉降电势和流动电势带电胶粒或液体快速移动时，两端产生的电势差，称沉降电势和流动电势●电动(动电)现象电泳、电渗、沉降电势、流动电势皆与胶粒(或液体)带电及胶粒(或液体)运动有关的现象，统称电动现象（二）胶粒带电的原因（1）离子吸附规律：组成胶核的离子(或能与胶核组成离子形成不溶物的离子)被优先吸附。例，AgNO3与KI反应制备AgI溶胶，AgNO3过量，胶粒吸附Ag+带正电；KI过量时，带负电（2）电离作用固体可电离基团可在介质中电离带电。例硅溶胶带负电SiO2+H2O==H2SiO3==HSiO3-+H+==SiO32-+2H+（3）晶格取代粘土A13+或Si4+部分被Mg2+或Ca2+取代带负电2023/10/1115（三）扩散双电层理论●平板双电层理论简介1879年，亥姆霍兹(Helmholtz)●扩散双电层理论1909古依(Gouy)，1924斯特恩(Stern)

0

滑动面

电势紧密层扩散层（1）胶核表面带某种电荷，表面与介质本体零电点处的电势差即为热力学电势

0

（2）介质中等量反离子受静电引力和热运动相反作用影响，分布于两层，一部分在紧密层，余下的在扩散层。扩散层的厚度与其中反离子的数量呈顺变关系（3）紧密层与粒子一道运动，滑动面在紧密、扩散层接界处2023/10/1116（4）动电势，

电势是滑动面处与介质本体零电点处的电势差。仅当胶粒与介质发生相对运动时，才表现。该电势是固体表面电荷被紧密层中的反离子中和了一部分之后余下的，故

0

（5）外加电解质可将更多的反离子“挤入”紧密层中，导致下降，扩散层变薄，对热力学电势

0

无影响。电解质浓度足够大，可使电势为零。此时相应的状态，称等电态。处于等电态粒子不带电的，电泳、电掺的速度为零，溶胶易聚沉2023/10/1117五、憎波溶胶的胶团结构

●基本概念由分子、原子或离子聚集体形成的固态微粒，称胶核(nucleusofcolloidalparticle)，被吸附离子是胶核的一部分。滑动面所包围的带电体，称为胶粒(colloidalparticle)。整个扩散层及其所包围的胶体粒子，构成电中性的胶团(ballofcolloidalparticle)。●示例稀AgNO3溶液加KI稀溶液，可得AgI溶胶，过剩AgNO3起稳定剂作用。由m个AgI分子形成的固体微粒的表面上吸附n个Ag+，制得带正电的AI胶体粒子2023/10/1118●说明——同一溶胶，每个微粒所含“分子”个数m可不等，表面吸附离子个数