《物理化學(xué)：第八章 界面現(xiàn)象》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理化學(xué)：第八章 界面現(xiàn)象（142頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日引言引言 基本要求基本要求8.1 界面張力界面張力8.2 潤(rùn)濕現(xiàn)象與表面膜潤(rùn)濕現(xiàn)象與表面膜8.3 彎曲液面的性質(zhì)與彎曲液面的性質(zhì)與 亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象8.4 液體表面液體表面8.5 固體表面固體表面小汞滴自動(dòng)聚集過程小汞滴自動(dòng)聚集過程小結(jié)小結(jié) 作業(yè)作業(yè) 測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn) 說明說明 Langmuir界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日引引 言言兩相界面間厚度約幾兩相界面間厚度約幾個(gè)分子大小的薄層，個(gè)分子大小的薄層，近似看成一個(gè)面，稱近似看成一個(gè)面，稱為為界面界面(分子分子)層層界面：界面：固固-氣、液氣、液-氣、固氣、固-液、液液、液-液、固液、固-固固1. 界面層

2、界面層(interface layer): (簡(jiǎn)稱界面，簡(jiǎn)稱界面，interface)界面界面界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日界面與表面界面與表面(interface and surface)表面表面表面表面: 有一相為氣體有一相為氣體 (或真空或真空)的界面的界面 如：固如：固-氣和液氣和液-氣界面氣界面習(xí)慣原因，界面與表面不嚴(yán)格區(qū)分，習(xí)慣原因，界面與表面不嚴(yán)格區(qū)分，界面現(xiàn)象籠統(tǒng)稱表面現(xiàn)象界面現(xiàn)象籠統(tǒng)稱表面現(xiàn)象(surface phenomena)界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日2. 分散度分散度( dispersity )物質(zhì)分散成細(xì)小顆粒的程度物質(zhì)分散成細(xì)小顆粒的程度常用比表面常

3、用比表面(specific surface)描述描述體積表面體積表面as : 單位單位體積體積(V)的物質(zhì)所的物質(zhì)所具有的表面積具有的表面積(As)as = As/V 質(zhì)量表面質(zhì)量表面am : 單位單位質(zhì)量質(zhì)量( m )的物質(zhì)所的物質(zhì)所具有的表面積具有的表面積(As)am = As/m界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日3. 研究方法研究方法表面現(xiàn)象：表面現(xiàn)象：涉及許多物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象涉及許多物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象應(yīng)用：應(yīng)用：膠體、材料、生物、制藥，農(nóng)藥，催化等膠體、材料、生物、制藥，農(nóng)藥，催化等研究方法：研究方法：常用熱力學(xué)方法，動(dòng)力學(xué)方法常用熱力學(xué)方法，動(dòng)力學(xué)方法故稱故稱表面物理表面物理(s

4、urface physics)或或表面化學(xué)表面化學(xué)(surface chemistry)。稱為稱為表面物理化學(xué)或表面化學(xué)物理表面物理化學(xué)或表面化學(xué)物理亦用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和量子力學(xué)方法。亦用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和量子力學(xué)方法。界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日原子力顯微鏡原子力顯微鏡(AFM): 界面現(xiàn)象的研究工具界面現(xiàn)象的研究工具 掃描探針型顯微鏡掃描探針型顯微鏡 通過其粗細(xì)只有一個(gè)通過其粗細(xì)只有一個(gè)原子大小的探針探索物體原子大小的探針探索物體表面的情況，可探測(cè)原子表面的情況，可探測(cè)原子和分子的形狀及相互作用和分子的形狀及相互作用力，確定物體的電、磁與力，確定物體的電、磁與機(jī)械特性，甚至能確定溫機(jī)械特性，

5、甚至能確定溫度變化的情況。度變化的情況。 使用時(shí)試樣不受影響使用時(shí)試樣不受影響界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日8.1.1 界面張力的起源與定義界面張力的起源與定義 8.1.2 高度分散系統(tǒng)的熱力學(xué)方程高度分散系統(tǒng)的熱力學(xué)方程8.1.3 影響界面張力的因素影響界面張力的因素8.1 界面張力界面張力小結(jié)小結(jié)dxlFg g肥皂膜增大表面積肥皂膜增大表面積界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日1. 界面張力的起源界面張力的起源界面層分子與相內(nèi)分界面層分子與相內(nèi)分子所處的力場(chǎng)不同子所處的力場(chǎng)不同 8.1.1 界面張力的起源與定義界面張力的起源與定義界面界面相相內(nèi)內(nèi)gg液液-氣界面為例氣界面為例界面現(xiàn)象

6、界面現(xiàn)象2022年3月22日相內(nèi)合力為相內(nèi)合力為0相內(nèi)分子與周圍分子相內(nèi)分子與周圍分子之間的吸力是球形對(duì)之間的吸力是球形對(duì)稱的，稱的，合力為合力為0。相相內(nèi)內(nèi)液體內(nèi)部分子做無規(guī)液體內(nèi)部分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)不消耗功則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)不消耗功gg界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日界面合力朝內(nèi)：界面合力朝內(nèi)：趨于縮小表面積趨于縮小表面積相內(nèi)分子對(duì)界面層分子相內(nèi)分子對(duì)界面層分子的吸力，遠(yuǎn)大于相外分的吸力，遠(yuǎn)大于相外分子對(duì)它的吸力，使表面子對(duì)它的吸力，使表面分子受到指向液體內(nèi)部分子受到指向液體內(nèi)部的合力。的合力。表面分子表面分子趨于向液體內(nèi)趨于向液體內(nèi)部移動(dòng)，縮小表面積部移動(dòng)，縮小表面積界面界面朝內(nèi)合力朝內(nèi)合

7、力gg界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日小顆粒呈球形原因小顆粒呈球形原因？表面分子受朝相內(nèi)吸表面分子受朝相內(nèi)吸力作用，趨于縮小表力作用，趨于縮小表面積，而同量物質(zhì)以面積，而同量物質(zhì)以球體表面積最小，所球體表面積最小，所以小顆粒呈球形！以小顆粒呈球形！結(jié)果：小顆粒結(jié)果：小顆粒縮小表面積縮小表面積- -聚集起來聚集起來液滴液滴氣泡氣泡界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日小顆粒趨于變成大顆粒原因？小顆粒趨于變成大顆粒原因？物質(zhì)趨于縮小表面積，物質(zhì)趨于縮小表面積，而同量物質(zhì)大顆粒表而同量物質(zhì)大顆粒表面積小，所以小顆粒面積小，所以小顆粒有變大的趨勢(shì)。有變大的趨勢(shì)。小汞滴自動(dòng)聚集過程小汞滴自動(dòng)聚集過程

8、如掉在地上的小如掉在地上的小汞滴可用藥匙收集成汞滴可用藥匙收集成大汞滴。大汞滴。界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日2. 比表面功比表面功(specific surface work)表面功表面功: 恒恒T, p, N和可逆下，液體增加表面積時(shí)和可逆下，液體增加表面積時(shí) 環(huán)境對(duì)系統(tǒng)所做的功環(huán)境對(duì)系統(tǒng)所做的功d dWr = g g dAs比例因子比例因子g g 稱稱比表面功比表面功: g g = (d dWr /dAs) T， p， Ng g意義：意義：恒恒T, p, N 下，增加單位下，增加單位 表面積所做的可逆非體積功表面積所做的可逆非體積功單位單位: Jm-2增大表面積增大表面積環(huán)境對(duì)系統(tǒng)

9、做功環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做功表面功與增加的表面積表面功與增加的表面積dAs成正比成正比恒恒T, p, N下下界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日3. 比表面吉布斯函數(shù)比表面吉布斯函數(shù)(specific surface Gibbs function)恒恒T, p, N下，液體可逆增加表面積下，液體可逆增加表面積dAs，根據(jù)熱力，根據(jù)熱力學(xué)原理有學(xué)原理有(dG )T, p,N = d dWr = g g dAs 故故 g g = ( G/ As) T，p，N 比表面功比表面功g g 亦稱亦稱比表面吉布斯函比表面吉布斯函數(shù)數(shù) ： 恒恒T, p, N下增加單位表面積下增加單位表面積時(shí)，時(shí)，系統(tǒng)所增加的吉布斯函數(shù)

10、系統(tǒng)所增加的吉布斯函數(shù)增大表面積增大表面積環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做功環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做功恒恒T, p, N下下界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日4. 界面張力界面張力(interface tension)的定義的定義 金屬框浸入肥皂液中取金屬框浸入肥皂液中取出，在恒出，在恒T，p，N下金屬絲下金屬絲在外力在外力F 作用下無限慢地作用下無限慢地移動(dòng)，可逆地增大液膜面移動(dòng)，可逆地增大液膜面積，所做的功：積，所做的功：d dWr = Fdx等于表面功等于表面功(膜有上下面膜有上下面)d dWr=g g dAs=2lg g dx=Fdx即即 g g = F / 2l肥皂膜增大表面積肥皂膜增大表面積dxlFg g界面現(xiàn)

11、象界面現(xiàn)象2022年3月22日lF肥皂膜增大表面積肥皂膜增大表面積界面張力的定義界面張力的定義 g g = F / 2lg g : : 稱為稱為界面張力界面張力 切于液體界面，垂直作切于液體界面，垂直作用于單位長(zhǎng)度的緊縮力。用于單位長(zhǎng)度的緊縮力。單位：?jiǎn)挝唬?Nm-1方向：方向：切于界面，朝界面切于界面，朝界面 積減少的方向。積減少的方向。 g g界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日綜合綜合g g = F/2l = (d dWr/dAs)T, p, N = ( G/ As) T, p, N 界面張力界面張力g g : 稱為比表面功稱為比表面功 亦稱比表面吉布斯函數(shù)亦稱比表面吉布斯函數(shù) 單位：?jiǎn)?/p>

12、位： Nm-1 或或Jm-2方向：方向：切于界面，朝界面積減少的方向切于界面，朝界面積減少的方向平液面平液面凹液面凹液面凸液面凸液面g gg gg gg gg gg g界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日單界面單界面分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)(Single interface dispersed system):G=G(T，p，nB，As)微分整理微分整理同理得：同理得：?jiǎn)谓缑娣謫谓缑娣稚⑾到y(tǒng)的散系統(tǒng)的熱力學(xué)基熱力學(xué)基本方程本方程g g = ( G/ As) T， p，N8.1.2 高度分散系統(tǒng)的熱力學(xué)方程高度分散系統(tǒng)的熱力學(xué)方程dG = - -SdT + Vdp + S Sm mBdnB + ( G/

13、 As) T， p，N dAs BdG = - -SdT+Vdp +S Sm mBdnB + g g dAsBdU = TdS- -pdV + S Sm mBdnB + g g dAsdH = TdS + Vdp +S Sm mBdnB + g g dAsdA = - -SdT- -pdV + S Sm mBdnB + g g dAsBBB界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日8.1.3 影響表面張力的因素影響表面張力的因素1. 表面張力與物質(zhì)的本性有關(guān)表面張力與物質(zhì)的本性有關(guān)分子間作用力大，分子間作用力大，g g 越大。越大。沸點(diǎn)高或極性大，分子間作用力大，沸點(diǎn)高或極性大，分子間作用力大， g

14、 g大大 同溫時(shí)同溫時(shí)g g 有：有：固體固體液體液體氣體氣體如：如：Fe(s)H2O(l)CH4(g)例如例如:沸點(diǎn)有沸點(diǎn)有汞汞 水水 乙醚乙醚 氨氨 其其g g 有有汞汞 水水 乙醚乙醚 氨氨界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日2. 表面張力與接觸相的性質(zhì)有關(guān)表面張力與接觸相的性質(zhì)有關(guān)例如，例如，20時(shí)：時(shí)： 純水的表面張力純水的表面張力: g g水水- -空氣空氣= 0.07275 N m-1 純苯的表面張力純苯的表面張力 ： g g苯苯- -空氣空氣= 0.02888 Nm-1 g g水水- -空氣空氣g g苯苯- -空氣空氣g g水水- -苯苯水水苯苯水與苯接觸時(shí)的界面張力：水與苯接

15、觸時(shí)的界面張力： g g水水- -苯苯= 0.0350 Nm-1大小一般處于兩種純組分之間大小一般處于兩種純組分之間界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日3. 溫度的影響溫度的影響溫度升高時(shí)，大多數(shù)物質(zhì)的溫度升高時(shí)，大多數(shù)物質(zhì)的g g 逐漸減小。逐漸減小。例例: 不同溫度下水的不同溫度下水的g g 值值 t/ 0 20 40 60 80 100g g/(10-3Nm-1) 75.64 72.75 69.56 66.18 62.61 58.85 在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，兩者近似成線性關(guān)系：在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，兩者近似成線性關(guān)系： g g ( (M / ) )2/3 = k (Tc T 6K) 界面現(xiàn)象界面

16、現(xiàn)象2022年3月22日4. 壓力、分散度及運(yùn)動(dòng)情況對(duì)壓力、分散度及運(yùn)動(dòng)情況對(duì)g g 的影響的影響加壓通常會(huì)使液體表面張力減少。加壓通常會(huì)使液體表面張力減少。物質(zhì)分散到曲率半徑接近分子大小時(shí)，分散度對(duì)物質(zhì)分散到曲率半徑接近分子大小時(shí)，分散度對(duì)表面張力的影響才顯得重要。表面張力的影響才顯得重要。高速旋轉(zhuǎn)的液體，其表面張力會(huì)增加。高速旋轉(zhuǎn)的液體，其表面張力會(huì)增加。界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日8.2 潤(rùn)濕現(xiàn)象與表面膜潤(rùn)濕現(xiàn)象與表面膜8.2.1 潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕的分類潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕的分類 8.2.2 潤(rùn)濕角與楊氏方程潤(rùn)濕角與楊氏方程8.2.3 潤(rùn)濕現(xiàn)象的應(yīng)用潤(rùn)濕現(xiàn)象的應(yīng)用8.2.4 表面膜表面膜

17、 小結(jié)小結(jié)q ql2l3g g1- -2g g1- -3g g2- -3l1界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日固體表面上的氣體固體表面上的氣體(或液體或液體)被液體被液體 (或另一種液體或另一種液體)所取代的現(xiàn)象。所取代的現(xiàn)象。熱力學(xué)自發(fā)：熱力學(xué)自發(fā)：潤(rùn)濕過程，系統(tǒng)潤(rùn)濕過程，系統(tǒng)GT,p,N 08.2.1 潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕的分類潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕的分類固固液液a.粘濕粘濕固固液液b. 浸濕浸濕潤(rùn)濕類型潤(rùn)濕類型c. 鋪展鋪展固固液液界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日固體表面與液體相接觸，氣固體表面與液體相接觸，氣- -固界面固界面 及氣及氣- -液界面轉(zhuǎn)變?yōu)楣桃航缑孓D(zhuǎn)變?yōu)楣? -液界面的過程液界面

18、的過程粘濕粘濕(adhesion wetting)過程過程: Ga =g gs- -l (g gs- -g+g gl- -g) = Wa粘濕過程自發(fā)，則粘濕過程自發(fā)，則Ga = - -Wa 0 Wa 稱為粘濕功稱為粘濕功- -Ga愈大，粘濕愈易進(jìn)行愈大，粘濕愈易進(jìn)行固固液液粘濕粘濕界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日固體浸入液體中，氣固體浸入液體中，氣- -固界面完全固界面完全 被固被固- -液界面所取代液界面所取代浸濕浸濕(或浸漬潤(rùn)濕，或浸漬潤(rùn)濕， dipping wetting)Gi =g gs- -lg gs- -g = Wi浸濕自發(fā)，則浸濕自發(fā)，則Gi = - -Wi 0 ，液體不能鋪

19、展時(shí)，呈現(xiàn)下圖情況液體不能鋪展時(shí)，呈現(xiàn)下圖情況:8.2.2 潤(rùn)濕角及楊氏方程潤(rùn)濕角及楊氏方程g gs- -gg gl- -gg gs- -lslgq q(1) 潤(rùn)濕潤(rùn)濕g gs- -gg gl- -gg gs- -lslgq q(2) 不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕q q 稱為接觸角或潤(rùn)濕角稱為接觸角或潤(rùn)濕角界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日楊氏方程：楊氏方程：潤(rùn)濕受力平衡關(guān)系方程潤(rùn)濕受力平衡關(guān)系方程分析受力平衡分析受力平衡 y向：與重力達(dá)平衡向：與重力達(dá)平衡x向：向： OC=OB+OA楊氏方程楊氏方程: g gs-gs-g=g gs-ls-l+ +g gl-g-gcoscosq qcoscosq q = =

20、( (g gs-gs-g- - g gs-ls-l)/ )/g gl-gl-gg gs- -gg gl- -gg gs- -lslgq q 潤(rùn)濕潤(rùn)濕OCABByx界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日楊氏方程楊氏方程:應(yīng)用于兩液體界面上的液滴時(shí)應(yīng)用于兩液體界面上的液滴時(shí)液體界面上一滴液體液體界面上一滴液體g g1- -2 = g g1- -3+ +g g2- -3 coscosq qq ql2l3g g1- -2g g1- -3g g2- -3重液體重液體輕液體輕液體l1界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日潤(rùn)濕角計(jì)算潤(rùn)濕角計(jì)算cos q q = ( g gs- -g - - g gs- -l )

21、 / g gl- -g 適用條件：適用條件： |cos q q|1 即即 鋪展系數(shù)鋪展系數(shù): s = g gs- -g- - g gs- -l - - g gl-g-g 0潤(rùn)潤(rùn)濕濕分分類：類：(1) 不潤(rùn)濕：不潤(rùn)濕：q q90o，s0, 呈橢球形呈橢球形(2) 潤(rùn)濕：潤(rùn)濕：q q90，s0，液滴凸形，液滴凸形(3) 當(dāng)當(dāng)q q=90，處于潤(rùn)濕與否分界點(diǎn)，處于潤(rùn)濕與否分界點(diǎn)(4) 液體完全潤(rùn)濕：液體完全潤(rùn)濕：q q=0，s=0(5) 鋪展：鋪展：|cosq q |1 即即 s0。 這時(shí)楊氏方程將無法使用這時(shí)楊氏方程將無法使用界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日 293.15K時(shí)，乙醚時(shí)，乙醚-

22、-水，乙醚水，乙醚- -汞，水汞，水- -汞界汞界面張力分別為面張力分別為 0.0107Nm-1，0.379Nm-1, 0.375Nm-1，若在乙醚與汞界面上滴一滴水若在乙醚與汞界面上滴一滴水,試求其潤(rùn)濕角。試求其潤(rùn)濕角。 例例8.2.1汞汞q q乙醚乙醚水水g g1- -2g g1- -3g g2- -3 g g乙醚乙醚- -汞汞= g g汞汞- -水水g g乙醚乙醚- -水水 cos q q 解：解：潤(rùn)濕在液潤(rùn)濕在液- -液之間液之間, 根據(jù)楊氏方程根據(jù)楊氏方程= (0.379-0.375)/0.0107= 0.3738q q = 68.05 90 能潤(rùn)濕能潤(rùn)濕cosq q = (g g乙

23、醚乙醚- -汞汞 - -g g汞汞- -水水)/g g乙醚乙醚- -水水界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日1. 噴灑農(nóng)藥噴灑農(nóng)藥 選擇溶劑能潤(rùn)濕植物的莖葉選擇溶劑能潤(rùn)濕植物的莖葉2. 機(jī)械潤(rùn)滑機(jī)械潤(rùn)滑 加潤(rùn)滑油減少摩擦力加潤(rùn)滑油減少摩擦力3. 礦物浮選礦物浮選4. 注水采油注水采油5. 金屬焊接金屬焊接6. 印染洗滌印染洗滌8.2.3 潤(rùn)濕相關(guān)的應(yīng)用潤(rùn)濕相關(guān)的應(yīng)用界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日表面膜表面膜: 固體或液體表面上的一層物質(zhì)固體或液體表面上的一層物質(zhì) 厚度很小，重力可略厚度很小，重力可略 單分子膜單分子膜 : 厚度為一個(gè)分子的表面膜厚度為一個(gè)分子的表面膜 常見單分子膜常見單分

24、子膜:8.2.4 表面膜表面膜*1. 單分子膜形成條件單分子膜形成條件: 能夠鋪展，即能夠鋪展，即s0 g g小的物質(zhì)可在小的物質(zhì)可在g g大的物質(zhì)上鋪展成膜大的物質(zhì)上鋪展成膜 LB膜：玻璃或固體表面上形成的膜膜：玻璃或固體表面上形成的膜吉布斯膜：表面活性劑在液體表面鋪展吉布斯膜：表面活性劑在液體表面鋪展界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日表面壓表面壓p p : 純液體表面張力純液體表面張力g g0與溶液的與溶液的g g 之差之差p p = g g0 - - g g 表面膜的狀態(tài)方程即二維理表面膜的狀態(tài)方程即二維理想氣體狀態(tài)方程：想氣體狀態(tài)方程： p p A=kBT 或或 p p As= ns

25、RT 2. 表面膜的狀態(tài)方程表面膜的狀態(tài)方程原因：原因：膜中分子間距離膜中分子間距離較大時(shí)分子間作用力可較大時(shí)分子間作用力可略，類似于自由氣體。略，類似于自由氣體。油膜在水中鋪展油膜在水中鋪展水水油油g g0g g A: 成膜分子截面積成膜分子截面積 As：表面膜面積：表面膜面積 ns：成膜分子物質(zhì)的量：成膜分子物質(zhì)的量 界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(1) 抑制水的揮發(fā)抑制水的揮發(fā) 直鏈脂肪酸、脂肪醇等物質(zhì)在水中微溶，在水庫、直鏈脂肪酸、脂肪醇等物質(zhì)在水中微溶，在水庫、農(nóng)田中可形成表面膜，抑制水揮發(fā)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)農(nóng)田中可形成表面膜，抑制水揮發(fā)，促進(jìn)作物生長(zhǎng) 。3. 表面膜的應(yīng)用表面膜的

26、應(yīng)用(2) 計(jì)算高聚物分子的摩爾質(zhì)量計(jì)算高聚物分子的摩爾質(zhì)量M 將高聚物分散成膜，測(cè)將高聚物分散成膜，測(cè)p p 和和As ，作，作p p As- -p p圖，外圖，外推求推求p p0 的的p p As值，即值，即 ()0sppAmRTM m為成膜物質(zhì)的質(zhì)量為成膜物質(zhì)的質(zhì)量?jī)?yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：用量少用量少 應(yīng)用：應(yīng)用：Mr90 , 不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕q q =090 , 潤(rùn)濕潤(rùn)濕s = (g gs- -g - -g gs- -l - -g gl-g-g ) 0鋪展鋪展 液體界面上一滴液體液體界面上一滴液體q ql2l3g g1- -2g g1- -3g g2- -3重液體或固相重液體或固相輕液體或氣相輕液體或

27、氣相l(xiāng)1界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日8.3 彎曲液面的性質(zhì)與亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象彎曲液面的性質(zhì)與亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象8.3.1 彎曲液面的附加壓力彎曲液面的附加壓力8.3.2 毛細(xì)管現(xiàn)象毛細(xì)管現(xiàn)象小結(jié)小結(jié)8.3.3 彎曲頁面的飽和蒸氣壓彎曲頁面的飽和蒸氣壓8.3.4 亞穩(wěn)態(tài)與新相的形成亞穩(wěn)態(tài)與新相的形成液滴液滴(凸液面凸液面)液液氣氣plpgg gg gD Dp界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日液面分為平液面、凸液面液面分為平液面、凸液面(如氣相中的液滴如氣相中的液滴)和凹和凹液面液面(如液體中的氣泡如液體中的氣泡)，如下圖所示。，如下圖所示。8.3.1 彎曲液面的附加壓力彎曲液面的附加壓力平液面平液面

28、氣相中的液滴氣相中的液滴凹液面凹液面凸液面凸液面液體中的氣泡液體中的氣泡界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日附加壓力附加壓力(excess pressure)表面張力表面張力g g 的作用，使彎曲液面的兩側(cè)存在一壓的作用，使彎曲液面的兩側(cè)存在一壓力差力差D Dp，稱為彎曲液面的附加壓力，稱為彎曲液面的附加壓力定義：定義：D Dp= defpl - - pga. 液滴液滴(凸液面凸液面)液液氣氣plpgg gg gD Dpb. 氣泡氣泡(凹液面凹液面)氣氣液液 pgplg gg gD Dp界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日附加壓力方向附加壓力方向規(guī)定規(guī)定: 凸液面凸液面 r 取正，凹液面取正，

29、凹液面 r 取負(fù)取負(fù)。凸面凸面: D Dp 0 , pl pg ，附加壓力指向液面，附加壓力指向液面凹面凹面: D Dp 0 , pl 0、 0、 p平平 p凹凹 (2) 附加壓力方向：附加壓力方向：指向曲率的中心指向曲率的中心2 拉普拉斯方程拉普拉斯方程(Laplace equation)D D p =2g g / rg g : 溶液的表面張力溶液的表面張力r : 液面的曲率半徑液面的曲率半徑空氣中氣泡空氣中氣泡gg外界面外界面內(nèi)界面內(nèi)界面(3) 空氣中氣泡如肥皂泡有兩氣液界面空氣中氣泡如肥皂泡有兩氣液界面: D D p =4g g / r界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日任一球冠截面任一

30、球冠截面, 受力：受力：垂直向合力垂直向合力: F = g gy 截面圓周長(zhǎng)截面圓周長(zhǎng) = g g cosa a2p pr1 = 2p pg g r12/r ( cosa a =r1/r )附加壓力附加壓力p = pl - -pg=F/截面積截面積 = (2p pg g r12/r )/(p pr12) = 2g g / r3. 拉普拉斯方程的推導(dǎo)拉普拉斯方程的推導(dǎo): 球形液面球形液面D Dp 與與 r 的關(guān)系的關(guān)系BCAOr1ra aff1g ga ag g水平向，水平向， 合力為合力為0垂直向分力垂直向分力: g gy = g g cosa a界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日毛細(xì)管插入

31、液面后發(fā)生液面沿毛細(xì)管毛細(xì)管插入液面后發(fā)生液面沿毛細(xì)管 上升或下降的現(xiàn)象上升或下降的現(xiàn)象(1) 液體能潤(rùn)濕毛細(xì)管，液體能潤(rùn)濕毛細(xì)管， 8.3.2 毛細(xì)管現(xiàn)象毛細(xì)管現(xiàn)象(capillary phenomenon)(2) 液體不潤(rùn)濕毛細(xì)管液體不潤(rùn)濕毛細(xì)管, (2)液體在毛細(xì)管中下降液體在毛細(xì)管中下降汞汞(1)液體在毛細(xì)管中上升液體在毛細(xì)管中上升水水q q 90o, 管內(nèi)液面呈凸形管內(nèi)液面呈凸形, 液體將沿毛細(xì)管中下降。液體將沿毛細(xì)管中下降。 q q p(平平) p (凹凹)原因：原因： 凸液面凸液面r 0， ln( pr /p) 0，pr p 凹液面凹液面r 0， ln( pr /p) 0，pr

32、p(3) 求不同溫度時(shí)的飽和蒸氣壓：求不同溫度時(shí)的飽和蒸氣壓： 與克與克- -克方程聯(lián)用克方程聯(lián)用界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日毛細(xì)管中毛細(xì)管中, 潤(rùn)濕角與曲率半徑的關(guān)系為潤(rùn)濕角與曲率半徑的關(guān)系為 cosq q = - -r / r (曲率半徑曲率半徑r為負(fù)）為負(fù)）(4) 毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象液滴的蒸氣壓液滴的蒸氣壓毛細(xì)管毛細(xì)管中的液滴中的液滴rrq q液體能潤(rùn)濕毛細(xì)管時(shí)，有液體能潤(rùn)濕毛細(xì)管時(shí)，有pr0 ，dGT，p =g g dAs0， 熱力學(xué)上為非自發(fā)過程，因此原相態(tài)熱力學(xué)上為非自發(fā)過程，因此原相態(tài) 變成一個(gè)瞬時(shí)存在的變成一個(gè)瞬時(shí)存在的高分散系統(tǒng)高分散系統(tǒng)(亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài))界面

33、現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日新相形成動(dòng)力學(xué)新相形成動(dòng)力學(xué)新相形成：新相形成：熱力學(xué)非自發(fā)，但動(dòng)力學(xué)上可以進(jìn)行，熱力學(xué)非自發(fā)，但動(dòng)力學(xué)上可以進(jìn)行， 形成速率形成速率u u 與相核半徑與相核半徑 r 有關(guān)：有關(guān)： u ur2 exp(- -br2 ) b- -經(jīng)驗(yàn)常數(shù)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)表明表明: u u 隨隨 r 增加有一極值，增加有一極值，最大速率最大速率u um 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的 r 稱為臨稱為臨界半徑界半徑 rc。能克服。能克服 rc 所決定所決定能壘的分子可以聚集到核上，能壘的分子可以聚集到核上，使之長(zhǎng)大。使之長(zhǎng)大。u u 與與 r 的關(guān)系的關(guān)系u u rrcu um界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月2

34、2日一些相變現(xiàn)象與解釋一些相變現(xiàn)象與解釋微顆粒微顆粒易溶易溶微顆粒飽和蒸汽壓大，溶解微顆粒飽和蒸汽壓大，溶解度亦大度亦大(亨利亨利定律定律 p=ka,cc)過飽和過飽和溶液溶液新相新相-微固體顆粒溶解度較微固體顆粒溶解度較大，不易形成，需過濃大，不易形成，需過濃加入大顆粒即加入大顆粒即晶種避過飽和晶種避過飽和過冷過冷液體液體新相新相-微固體的飽和蒸汽壓微固體的飽和蒸汽壓大，不易形成需降溫大，不易形成需降溫加入固相顆粒加入固相顆粒避過冷避過冷過熱過熱液體液體新相新相-微氣泡內(nèi)蒸汽壓小于微氣泡內(nèi)蒸汽壓小于大氣泡，不易形成需升溫大氣泡，不易形成需升溫加入沸石等多加入沸石等多孔物質(zhì)防爆沸孔物質(zhì)防爆沸過

35、飽和過飽和蒸汽蒸汽新相新相-微液滴微液滴(相相)飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓大，不易形成需降溫大，不易形成需降溫噴射微固或液噴射微固或液體，人工降雨體，人工降雨2lnprgMRTrp界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日同溫時(shí)，微小晶體的同溫時(shí)，微小晶體的蒸氣壓較大，根據(jù)亨蒸氣壓較大，根據(jù)亨利定律：利定律： pB=kccB，可知可知 cB 較大。較大。AO: 普通晶體的蒸氣壓普通晶體的蒸氣壓BD: 微小晶體的蒸氣壓微小晶體的蒸氣壓14：濃度從小到大的分壓：濃度從小到大的分壓1. 微小晶體的溶解度：較大微小晶體的溶解度：較大r2lncMcRT rg蒸氣分壓蒸氣分壓pB與分散度關(guān)系與分散度關(guān)系pB溫度溫度A

36、OB1234tD亨利定律代入開爾文公亨利定律代入開爾文公式得式得 cr 與粒徑與粒徑 r 關(guān)系：關(guān)系：界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)有晶體析出而未析出的溶液按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)有晶體析出而未析出的溶液。原因：原因：微晶溶解度較大微晶溶解度較大, 溶液達(dá)正常的飽和濃溶液達(dá)正常的飽和濃 度時(shí)度時(shí), 微晶仍未飽和微晶仍未飽和, 出現(xiàn)過飽和溶液。出現(xiàn)過飽和溶液。加晶種原理加晶種原理：生產(chǎn)時(shí)常：生產(chǎn)時(shí)常 投入小晶體作新相種投入小晶體作新相種 子子, 防止溶液過飽和防止溶液過飽和, 以獲較大晶體。以獲較大晶體。2. 過飽和溶液過飽和溶液溶解度與溫度的關(guān)系溶解度與溫度的關(guān)系cOCBAt

37、t1 OC: 正常晶體正常晶體 AB: 微小晶粒微小晶粒crc界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日 按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體。按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體。原因：原因：液體凝固成核，液體凝固成核， 開始為分子大小微晶開始為分子大小微晶, 其凝固點(diǎn)遠(yuǎn)比正常凝其凝固點(diǎn)遠(yuǎn)比正常凝 固點(diǎn)低固點(diǎn)低, 故在正常凝故在正常凝 固點(diǎn)時(shí)不凝固而形成固點(diǎn)時(shí)不凝固而形成 過冷液體。過冷液體。 液體有雜質(zhì)顆粒時(shí)液體有雜質(zhì)顆粒時(shí), 其其凝固點(diǎn)與正常的較接近，凝固點(diǎn)與正常的較接近，不易成過冷液體。不易成過冷液體。3. 過冷液體過冷液體蒸氣壓與溫度的關(guān)系蒸氣壓與溫度的關(guān)系 pOCBAtt微晶微晶 AO:

38、 正常熔點(diǎn)正常熔點(diǎn) BC: 微晶熔點(diǎn)微晶熔點(diǎn) CD: 雜質(zhì)溶液雜質(zhì)溶液Dt正常正常界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日原因：原因：液體中氣泡逸出液體中氣泡逸出 (沸騰沸騰)時(shí)其蒸氣壓時(shí)其蒸氣壓 p = p大氣大氣+ p靜壓靜壓 +|p|使蒸氣壓達(dá)大氣壓時(shí)仍不使蒸氣壓達(dá)大氣壓時(shí)仍不沸騰，產(chǎn)生過熱液體。沸騰，產(chǎn)生過熱液體。防爆沸：防爆沸：加沸石為氣化中加沸石為氣化中 心，使心，使p0， 不易過熱。不易過熱。4. 過熱液體過熱液體按照相平衡條件按照相平衡條件, ,應(yīng)當(dāng)沸騰而不沸騰的液體。應(yīng)當(dāng)沸騰而不沸騰的液體。產(chǎn)生過熱液體示意圖產(chǎn)生過熱液體示意圖 p外壓外壓 D Dp p靜壓靜壓界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象20

39、22年3月22日 在在101.325kPa外壓，外壓，100的液體中產(chǎn)的液體中產(chǎn)生一個(gè)半徑為生一個(gè)半徑為10-4m的小氣泡，求小氣泡內(nèi)的壓力，的小氣泡，求小氣泡內(nèi)的壓力，并判斷氣泡能否逸出液面。已知該溫度下液體的表面并判斷氣泡能否逸出液面。已知該溫度下液體的表面張力張力 60.010-3Nm-1，密度，密度1000 kgm-3，飽和蒸氣壓，飽和蒸氣壓為為110kPa， 摩爾質(zhì)量為摩爾質(zhì)量為3010-3 kg mol-1。 例例8.3.3 解：解：要使液體內(nèi)氣泡逸出：要使液體內(nèi)氣泡逸出：pr p外外+ p靜壓靜壓+ |D Dp|略靜壓力略靜壓力ln(pr/p)= - -2g gMcosq q/(

40、 RTr) = - -260.010-33010-3cos0o/ (10008.315373.1510-4) = - -1.1610-5界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日續(xù)解續(xù)解 pr = 0.99999p = 0.99999110kPa = 109.999 kPa附加壓力由拉普拉斯附加壓力由拉普拉斯 (Laplace)方程計(jì)算：方程計(jì)算：p=2g g/ r=26010-3Nm-1/(- -10-4m)= - -1200Pa于是于是 p外外+|D Dp| = 101.325kPa+1.20kPa=102.525kPa pr p外外+|D Dp|所以氣泡能逸出液面所以氣泡能逸出液面 注意注意:

41、 此例是開爾文公式與拉普拉斯公式聯(lián)用，此例是開爾文公式與拉普拉斯公式聯(lián)用， 它亦與毛細(xì)現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)它亦與毛細(xì)現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣原因：原因：氣體凝結(jié)成液滴，氣體凝結(jié)成液滴，開始時(shí)為分子大小，其蒸開始時(shí)為分子大小，其蒸氣壓遠(yuǎn)大于平液面。溫度氣壓遠(yuǎn)大于平液面。溫度降至正常露點(diǎn)時(shí)，微小液降至正常露點(diǎn)時(shí)，微小液滴遠(yuǎn)未飽和，一旦形成很滴遠(yuǎn)未飽和，一旦形成很快揮發(fā)，即無法冷凝成液快揮發(fā)，即無法冷凝成液體而產(chǎn)生過飽和蒸氣。體而產(chǎn)生過飽和蒸氣。5. 過飽和蒸氣過飽和蒸氣蒸氣壓與分散度關(guān)系蒸氣壓與分散度關(guān)系p液液OC

42、BA氣氣tt1t2p OC: 正常液體正常液體 AB: 微小液滴微小液滴右圖：右圖：露點(diǎn)有露點(diǎn)有 微液滴微液滴(t1)0, r= ，r0, D Dp =0 , D Dp0時(shí)，時(shí)，dg g 變化可區(qū)分溶質(zhì)類型：變化可區(qū)分溶質(zhì)類型：2. 溶質(zhì)表面活性的分類溶質(zhì)表面活性的分類IIIIII(1) 表面惰性物質(zhì)表面惰性物質(zhì)： dg g 0, 即曲線即曲線 I 的溶質(zhì)的溶質(zhì)(2) 表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)： dg g 0, 屬曲線屬曲線 II、III 的溶質(zhì)的溶質(zhì)(3) 表面活性劑：表面活性劑：溶入少量能溶入少量能 顯著降低溶液顯著降低溶液g g 的物質(zhì)的物質(zhì), 屬曲線屬曲線 III 的溶質(zhì)。的溶質(zhì)。虛線

43、由雜質(zhì)引起虛線由雜質(zhì)引起界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日3. 溶液界面的吸附溶液界面的吸附 即界面濃度異同于即界面濃度異同于相內(nèi)濃度的現(xiàn)象。相內(nèi)濃度的現(xiàn)象。表面惰性物質(zhì)溶液表面惰性物質(zhì)溶液吸附平衡分布圖吸附平衡分布圖g g 與與c 關(guān)系的解釋：關(guān)系的解釋： (1) 表面惰性物質(zhì)表面惰性物質(zhì)為離子型，與水作用力遠(yuǎn)比水為離子型，與水作用力遠(yuǎn)比水之間大，故趨于進(jìn)入水中，使之間大，故趨于進(jìn)入水中，使 c表面表面c本體本體 d 0稱稱正吸附正吸附。相內(nèi)相內(nèi)(本體本體)界面界面活性物活性物水分子水分子水對(duì)物質(zhì)斥力大水對(duì)物質(zhì)斥力大界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日表面超量表面超量 ( surface

44、excess ) G G ： 單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)物質(zhì)的量與單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)物質(zhì)的量與同量溶劑在溶液本體中所含溶質(zhì)物質(zhì)的量的差值，同量溶劑在溶液本體中所含溶質(zhì)物質(zhì)的量的差值，即即4. 表面超量的定義表面超量的定義界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日吉布斯吸附等溫式吉布斯吸附等溫式:恒溫時(shí)：恒溫時(shí)：dg g/dc 0，發(fā)生正吸附，發(fā)生正吸附；dg g/dc 0，即，即 G G CMC時(shí)時(shí) g g 與與c關(guān)系關(guān)系g gcIII液面已形成單分子的緊密層。液面已形成單分子的緊密層。 c 增加，僅增加膠束數(shù)目，因膠束親水，無表增加，僅增加膠束數(shù)目，因膠束親水，無表面活性，不能降低面活

45、性，不能降低g g。曲曲線線平平緩緩段段c CMC時(shí)時(shí)的溶液的溶液球狀球狀膠束膠束界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日表面活性物質(zhì)形成膠束過程動(dòng)畫表面活性物質(zhì)形成膠束過程動(dòng)畫界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日表面活性物質(zhì)的其它性質(zhì)表面活性物質(zhì)的其它性質(zhì)表面活性劑溶液的表面活性劑溶液的去污能力、增溶作去污能力、增溶作用、電導(dǎo)率、滲透用、電導(dǎo)率、滲透壓、蒸氣壓、光學(xué)壓、蒸氣壓、光學(xué)性質(zhì)等有類似的性性質(zhì)等有類似的性質(zhì)。質(zhì)。表面活性劑溶液的性質(zhì)表面活性劑溶液的性質(zhì)與濃度與濃度c關(guān)系示意圖關(guān)系示意圖cO性性質(zhì)質(zhì)表面張力表面張力摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率滲透壓滲透壓增溶作用增溶作用電導(dǎo)率電導(dǎo)率去污能力去污能力

46、CMC界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日潤(rùn)濕、助磨、乳化、去乳、分散、增潤(rùn)濕、助磨、乳化、去乳、分散、增溶、發(fā)泡和消泡，以及勻染、防銹、溶、發(fā)泡和消泡，以及勻染、防銹、殺菌、消除靜電等與界面有關(guān)的性質(zhì)。殺菌、消除靜電等與界面有關(guān)的性質(zhì)。4. 表面活性物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用表面活性物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用原因：原因：(1) 降低表面張力降低表面張力 (2) 形成界面膜形成界面膜界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日 油污：油污：油類潤(rùn)濕衣物而在衣物上自動(dòng)鋪展，但很油類潤(rùn)濕衣物而在衣物上自動(dòng)鋪展，但很 難溶于水。將臟物放入水中，油污洗不掉。難溶于水。將臟物放入水中，油污洗不掉。(1) 去污作用去污作用去污：去污：加

47、入洗衣粉或肥皂等加入洗衣粉或肥皂等 表面活性劑去污，作用：表面活性劑去污，作用：a. 降低降低g g, , 使油污不潤(rùn)濕衣使油污不潤(rùn)濕衣物，物，降低附著力降低附著力。降低降低g g使不潤(rùn)濕使不潤(rùn)濕乳化乳化b. 乳化：乳化：經(jīng)機(jī)械或手工經(jīng)機(jī)械或手工 摩擦脫落分散到水中。摩擦脫落分散到水中。 界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日研磨：研磨：將大顆粒變成小顆粒。將大顆粒變成小顆粒。 表面活性劑起助磨作用：表面活性劑起助磨作用：a. 活性劑分子滲透到顆活性劑分子滲透到顆 ?？p隙中粒縫隙中, 像像“楔子楔子” 起劈裂作用。起劈裂作用。c. 顆粒表面形成非極性顆粒表面形成非極性 基團(tuán)朝外的定向膜，基團(tuán)朝外

48、的定向膜， 防顆粒之間粘結(jié)。防顆粒之間粘結(jié)。(2) 助磨作用助磨作用助磨原理圖助磨原理圖( (極性顆粒極性顆粒) ) b. 降低降低g g，降低自聚合。，降低自聚合。a. “楔子楔子” 劈裂作用劈裂作用b. 形成定向膜防粘結(jié)形成定向膜防粘結(jié)界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日 HLB表示親水親油平衡，數(shù)值愈大，該表面活性表示親水親油平衡，數(shù)值愈大，該表面活性物質(zhì)親水性愈強(qiáng)，從而確定用途。物質(zhì)親水性愈強(qiáng)，從而確定用途。5. HLB法法*HLB值值在水中的性質(zhì)在水中的性質(zhì)應(yīng)應(yīng) 用用02不分散不分散(油溶油溶)消泡劑消泡劑26分散不好分散不好W/O乳化劑乳化劑68不穩(wěn)定的乳狀液不穩(wěn)定的乳狀液 810

49、穩(wěn)定的乳狀液穩(wěn)定的乳狀液潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕劑1012半透明至透明分散半透明至透明分散洗滌劑洗滌劑1215透明透明洗滌劑，洗滌劑，O/W乳化劑乳化劑1418透明透明增溶劑，增溶劑，O/W乳化劑乳化劑表面活性劑的表面活性劑的HLB值及其應(yīng)用關(guān)系表值及其應(yīng)用關(guān)系表界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(1) 肥皂肥皂R與所用天然油脂有關(guān)，也影響肥皂性與所用天然油脂有關(guān)，也影響肥皂性質(zhì)，最明顯的是其溫度范圍的差異。質(zhì)，最明顯的是其溫度范圍的差異。注意：注意：6. 一些常用的表面活性劑一些常用的表面活性劑*酸性介質(zhì)會(huì)生成不溶性脂肪酸，硬水中形成酸性介質(zhì)會(huì)生成不溶性脂肪酸，硬水中形成鈣鎂鹽，使肥皂失效；肥皂還易受電

50、解質(zhì)的鈣鎂鹽，使肥皂失效；肥皂還易受電解質(zhì)的影響而改變性能。影響而改變性能。界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(2) 洗衣粉洗衣粉界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(3) 洗潔精洗潔精界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日1. 吉布斯吉布斯(Gibbs)吸附等溫式吸附等溫式：或或2. 表面活性劑表面活性劑加入少量即可大大降低溶液加入少量即可大大降低溶液 g g 的物質(zhì)的物質(zhì)小小 結(jié)結(jié)dg g/dc 0，正吸附，正吸附dg g/dc 0，即，即 G G 0，負(fù)吸附，負(fù)吸附dg g/dc = 0，即，即 G G = 0，無吸附，無吸附cRTcddg gG G - - cRT dlnd1g gG

51、G - - 恒溫時(shí)恒溫時(shí)界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(1) 表面活性劑分類表面活性劑分類陽離子陽離子(季銨鹽季銨鹽)、陰離子、兩性型，非離子型、陰離子、兩性型，非離子型(2) 性質(zhì)：隨性質(zhì)：隨c 增，增，g g 顯著下降，其他性質(zhì)類似。顯著下降，其他性質(zhì)類似。(3) 化學(xué)結(jié)構(gòu)：含極性化學(xué)結(jié)構(gòu)：含極性(親水親水)基和非極性基和非極性(憎水憎水)基基 排列：極性基朝水相，非極性基朝油相定向排列：極性基朝水相，非極性基朝油相定向(4) 應(yīng)用應(yīng)用A. 去污：去污：降低降低g g 使不潤(rùn)濕，使不潤(rùn)濕， 乳化乳化B. 助磨：助磨： “楔子楔子” 劈裂，劈裂， 降低降低g g 和成膜抗粘結(jié)和成膜抗粘

52、結(jié)小結(jié)小結(jié)憎水基翹出液面，憎水基翹出液面，露在空氣中露在空氣中親水基伸入水中親水基伸入水中水水界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日8.5 固體表面固體表面8.5.1 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附小結(jié)小結(jié)8.5.2 吸附量與等溫吸附線吸附量與等溫吸附線8.5.3 弗羅因德利希吸附等溫式弗羅因德利希吸附等溫式8.5.4 單分子層吸附理論單分子層吸附理論蘭格謬爾吸附等溫式蘭格謬爾吸附等溫式8.5.5 多分子層吸附理論多分子層吸附理論BET吸附等溫式吸附等溫式*Ni Ni Ni Ni Ni Ni金屬吸附劑金屬吸附劑化學(xué)吸附化學(xué)吸附HHH界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日一定條件下，物質(zhì)的分子

53、、原子或離一定條件下，物質(zhì)的分子、原子或離子自動(dòng)地附著在固體表面上的現(xiàn)象。子自動(dòng)地附著在固體表面上的現(xiàn)象。 或表面層濃度異同相內(nèi)濃度的現(xiàn)象?；虮砻鎸訚舛犬愅鄡?nèi)濃度的現(xiàn)象。吸附劑吸附劑(或基質(zhì)或基質(zhì))： 具有具有 吸附能力的物質(zhì)吸附能力的物質(zhì)吸附質(zhì)：吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)，被吸附的物質(zhì)， 如氣體或液體如氣體或液體吸附現(xiàn)象吸附現(xiàn)象簡(jiǎn)稱吸附簡(jiǎn)稱吸附 adsoption如硅膠、分子篩如硅膠、分子篩或其他多孔性物質(zhì)或其他多孔性物質(zhì)吸附層吸附層吸附質(zhì)吸附質(zhì)吸附劑吸附劑界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日8.5.1 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附物理吸附: 范德華力范德華力 或分子間力或分子間

54、力NiNiNiNiNiNi金屬吸附劑金屬吸附劑物理吸附物理吸附HHHHHHNiNiNiNiNiNi金屬吸附劑金屬吸附劑化學(xué)吸附化學(xué)吸附HHH化學(xué)吸附：化學(xué)吸附： 形成化學(xué)鍵形成化學(xué)鍵界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日2. 物理吸附與化學(xué)吸附的比較物理吸附與化學(xué)吸附的比較吸附類型吸附類型 本質(zhì)作用力本質(zhì)作用力選擇性選擇性吸附層吸附層吸附熱吸附熱吸附活化能吸附活化能吸附速率吸附速率脫附速率脫附速率吸附平衡吸附平衡發(fā)生的溫度發(fā)生的溫度化學(xué)吸附化學(xué)吸附 化學(xué)鍵化學(xué)鍵有有單分子層單分子層大大40400kJmol-1慢慢慢慢不易達(dá)到不易達(dá)到較高較高物理吸附物理吸附范德華力范德華力無無單分子層、多層單分子

55、層、多層小小25kJmol-1快快快快易達(dá)到易達(dá)到較低較低界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日3. 常用吸附劑常用吸附劑吸附劑吸附劑性能性能應(yīng)用應(yīng)用活性炭活性炭吸附有害物質(zhì)吸附有害物質(zhì)凈水劑凈水劑, 防毒面器防毒面器吸附水吸附水防水、干燥劑防水、干燥劑選擇吸附選擇吸附選擇催化選擇催化硅膠硅膠沸石，分子篩沸石，分子篩 常用固體吸附劑：常用固體吸附劑： 比表面大的多孔物質(zhì)比表面大的多孔物質(zhì) 多為物理吸附，易再生多為物理吸附，易再生硅膠硅膠分子篩分子篩界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日1. 平衡吸附量平衡吸附量(簡(jiǎn)稱吸附量簡(jiǎn)稱吸附量) ：G G = x / m 或或 Va = V / mm- -吸

56、附劑的質(zhì)量吸附劑的質(zhì)量V- -被吸附的氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積被吸附的氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積氣體吸附量氣體吸附量: = (T, p)研究關(guān)系研究關(guān)系:(1) 吸附等溫線吸附等溫線: T恒定恒定, =(p)(2) 吸附等壓線吸附等壓線: p=恒定恒定, =(T)(3) 吸附等量線吸附等量線: G G=恒定恒定, p=p(T )8.5.2 吸附量與吸附等溫線吸附量與吸附等溫線x- -吸附質(zhì)物質(zhì)的量吸附質(zhì)物質(zhì)的量界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日NH3在炭粒上的吸附等溫線在炭粒上的吸附等溫線由圖得：由圖得：(1) 恒恒p, T , Va (2) 恒恒T, p , Va (3) 恒恒T, p,2. 吸附等溫線吸附等溫

57、線Va/ (dm3kg-1)p/(100kPa)IIIIII0.00.20.40.60.81.0050100150151.530-23.5Va飽和吸附量飽和吸附量G G 或或V :a界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日n、k經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，與經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，與T有關(guān)有關(guān)k隨隨T升而降。升而降。n=01對(duì)數(shù)式對(duì)數(shù)式： lnG G = n lnp + lnk作作 lnG G - - lnp 圖為直線圖為直線8.5.3 弗羅因德利希吸附等溫式弗羅因德利希吸附等溫式G G = kpnlnG G lnp 關(guān)系圖關(guān)系圖lnplnG G 斜率斜率= n 截距截距= lgk界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(1) 單分

58、子層吸附單分子層吸附 固體表面力場(chǎng)作用范圍約為固體表面力場(chǎng)作用范圍約為分子直徑大小，進(jìn)入此力場(chǎng)內(nèi)的分子可能被吸附。分子直徑大小，進(jìn)入此力場(chǎng)內(nèi)的分子可能被吸附。(2) 固體表面是均勻的固體表面是均勻的 固體表面各晶格位置的吸附能力相同，每個(gè)固體表面各晶格位置的吸附能力相同，每個(gè)位置只吸附一個(gè)分子。位置只吸附一個(gè)分子。(3) 被吸附的分子相互之間無作用力被吸附的分子相互之間無作用力 各晶格上的分子吸附與解吸難易相同，與周各晶格上的分子吸附與解吸難易相同，與周圍分子無關(guān)。圍分子無關(guān)。(4) 吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡8.5.4 單分子層吸附理論單分子層吸附理論蘭格繆爾吸附等溫式蘭格繆爾吸附

59、等溫式界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日吸附平衡等溫式推導(dǎo)吸附平衡等溫式推導(dǎo)A 表示氣體，表示氣體， M表示固體表面表示固體表面定義定義覆蓋率覆蓋率q q : 任一瞬間固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)任一瞬間固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)(1- -q q ) ：代表固體表面上空白面積的分?jǐn)?shù)：代表固體表面上空白面積的分?jǐn)?shù)A固體固體AAAA吸附動(dòng)態(tài)模型吸附動(dòng)態(tài)模型A(g)+M(表面)AM(吸附)k1k-1AAA則吸附平衡過程：則吸附平衡過程： 界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日蘭格繆爾吸附等溫式蘭格繆爾吸附等溫式設(shè)設(shè)ct 為表面吸附活性總晶為表面吸附活性總晶格濃度，據(jù)質(zhì)量作用定律格濃度，據(jù)質(zhì)量作用定律吸附速率吸附速

60、率=k1 p ct (1- -q q ) 解吸速率解吸速率 = k-1ctq q 吸附平衡時(shí)：吸附平衡時(shí)：吸附速率吸附速率=解吸速率解吸速率 整理得：整理得： b = k1 / k-1: 吸附平衡常數(shù)吸附平衡常數(shù) 或吸附系數(shù)或吸附系數(shù)1bpbpq即即A(g)+M(表面)AM(吸附)k1k-1k1 p ct (1- -q q ) = k-1ct q q界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日蘭格繆爾吸附等溫式蘭格繆爾吸附等溫式11ppbGGG覆蓋率覆蓋率與平衡吸附量與平衡吸附量關(guān)系：關(guān)系： = /蘭格繆爾吸附等溫式：蘭格繆爾吸附等溫式：或或p與與p關(guān)系關(guān)系O1bpbpGG界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3

61、月22日蘭格繆爾吸附等溫式的應(yīng)用蘭格繆爾吸附等溫式的應(yīng)用(1) 單分子層吸附單分子層吸附(2) G G 隨隨 p而變而變i. 弱吸附時(shí)，弱吸附時(shí)，bp1 ，則，則 G G= G G , 吸附達(dá)到飽和吸附達(dá)到飽和iii. p 或或 b 適中時(shí)，適中時(shí)， G G 與與 p 呈曲線關(guān)系呈曲線關(guān)系 p與與p關(guān)系關(guān)系iiiiiiO1bpbpGG界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(3) 計(jì)算飽和吸附量計(jì)算飽和吸附量G G p/pp/G G 與與p關(guān)系關(guān)系作作 p/G G- - p為直線：為直線：斜率斜率=1/G G截距截距=1/bG G得：得：G G =1/斜率斜率將蘭格謬爾吸附等溫式改寫：將蘭格謬爾吸

62、附等溫式改寫：O11ppbGGG界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日(4) 計(jì)算比表面計(jì)算比表面若若G G單位為單位為: m3(標(biāo)準(zhǔn)體積標(biāo)準(zhǔn)體積)/g(吸附劑吸附劑), 比表面為比表面為若若G G單位為單位為: mol/克克(吸附劑吸附劑), 比表面為比表面為 as =G GL A L: 阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)A: 被吸附分子的橫截面積，計(jì)算式：被吸附分子的橫截面積，計(jì)算式：A = 1.09(M/L )2/3 M：吸附質(zhì)的摩爾質(zhì)量：吸附質(zhì)的摩爾質(zhì)量 ：吸附質(zhì)的液體密度：吸附質(zhì)的液體密度 (N2: 1610-20m2)as = (V / 0.0224m3 . mol- -1) LA a界面

63、現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日 例例8.5.1 在一定溫度下，在一定溫度下，N2在某催化劑上的吸附服從在某催化劑上的吸附服從蘭格謬爾等溫式，已知催化劑的比表面為蘭格謬爾等溫式，已知催化劑的比表面為 21.77 m2 g-1 ，N2分子的截面積為分子的截面積為 1610-2 0m2。 (1) 求飽和吸附量求飽和吸附量(每克催化劑的吸附體積每克催化劑的吸附體積V), 已知已知1摩爾氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積為摩爾氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積為 22.4dm3。a (2) 已知平衡壓力為已知平衡壓力為 101.325kPa，每克催化，每克催化劑吸附劑吸附 N2的量為的量為 2 cm3 (已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

64、的體積積)。問要使。問要使 N2 的吸附量增加一倍，則平衡壓力的吸附量增加一倍，則平衡壓力為多大為多大? 界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日解解(1) 比表面比表面am=V LA/ /0.0224m3mol-11 -362201231312gm1006. 5m1016mol106.022mol0.0224mg21.77m-(2) 得得1111aaVbpbpV1111aaa()VpVV-6316312 10 mg101325Pa(5.062) 10 mg-b= 6.4510 - - 6 Pa - -1 V=aa界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日續(xù)解續(xù)解當(dāng)當(dāng)V2a = 410-6m3g-1時(shí)，

65、可得時(shí)，可得p2 = a2aa21()-Vb VV6316163114 10 mg6.45 10 Pa(5.064) 10 mg-= 5.85 105 Pa界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日I195時(shí)時(shí)N2在在活性炭活性炭上的吸上的吸附附蘭格謬爾吸附等溫式符合蘭格謬爾吸附等溫式符合 I型型 注注 意：意：實(shí)際吸附等溫線實(shí)際吸附等溫線- -五種類型五種類型Vap/p*OVap/p*OVap/p*OVap/p*OVap/p*OV100時(shí)水汽時(shí)水汽在活性在活性炭上的炭上的吸附吸附II195時(shí)時(shí)N2在在硅膠上硅膠上的吸附的吸附III79時(shí)時(shí)Br2在在硅膠上硅膠上的吸附的吸附IV50時(shí)時(shí)苯在氧苯在氧化

66、鐵凝化鐵凝膠上的膠上的吸附吸附 p*：該溫下吸附液：該溫下吸附液 的飽和蒸氣壓的飽和蒸氣壓界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日 1938年年Brunauer，Emmett，Teller 在蘭格謬在蘭格謬爾吸附理論基礎(chǔ)上提出的爾吸附理論基礎(chǔ)上提出的多分子吸附層理論：多分子吸附層理論：多分子層吸附模型多分子層吸附模型蘭格繆爾蘭格繆爾基本假設(shè)：基本假設(shè)：修正：修正：8.5.5 多分子層吸附理論多分子層吸附理論BET吸附等溫式吸附等溫式*單分子層吸附；各處吸附能力相同；單分子層吸附；各處吸附能力相同；固體表面均勻；吸附與脫附是動(dòng)態(tài)平衡固體表面均勻；吸附與脫附是動(dòng)態(tài)平衡吸附分子和氣體分子間存在范德華力，吸附分子和氣體分子間存在范德華力，發(fā)生吸附作用形成多分子層吸附發(fā)生吸附作用形成多分子層吸附表面表面第第1層層第第2層層第第3層層第第4層層界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象2022年3月22日BET吸附等溫式吸附等溫式理論推導(dǎo)得：理論推導(dǎo)得： V a ：在在T、p下的平衡吸附體積下的平衡吸附體積 V：?jiǎn)畏肿訉语柡臀襟w積單分子層飽和吸附體積 c ：吸附常數(shù)吸附常數(shù) p*：被吸附氣體同溫時(shí)液體的飽和蒸氣壓被吸附氣體同