《化學(xué)原理：第三章表面現(xiàn)象》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化學(xué)原理：第三章表面現(xiàn)象（56頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、AUsAUsAUAUss圓錐側(cè)面三角形底面圓絲線圈內(nèi)肥皂膜未刺破時絲線圈內(nèi)肥皂膜刺破時 金屬環(huán)上系一絲線圈，把金屬環(huán)連同絲線圈一起浸入肥皂液中，然后取出，環(huán)中就形成一層液膜，而絲線圈可在液膜上自由游動。如果把絲線圈內(nèi)的液膜刺破，絲線圈即被彈開形成圓形，就好象液面對絲線圈沿著環(huán)的半徑方向施加向外的拉力一樣。由此可知，當(dāng)液膜未被刺破時，絲線也受到同樣的拉力，只是由于絲線兩側(cè)都有液膜，液膜對絲線各部分施加的凈拉力為零。L2 LW2W1mNmmNmJAW22mNmmNmJAUs22 根據(jù)能量最低原理，任何物體處于最低能量狀態(tài)時最穩(wěn)定。根據(jù)能量最低原理，任何物體處于最低能量狀態(tài)時最穩(wěn)定。如高處的物體下落

2、（萬有引力定律），拉開的彈簧收縮（虎克定如高處的物體下落（萬有引力定律），拉開的彈簧收縮（虎克定律），激發(fā)態(tài)分子躍遷回基態(tài)（分子軌道理論），油水乳狀液最律），激發(fā)態(tài)分子躍遷回基態(tài)（分子軌道理論），油水乳狀液最終分層（表面能總是趨于降低）等。終分層（表面能總是趨于降低）等。 ：凈吸引力的存在，表面的分子傾向于到液體內(nèi)部，表：凈吸引力的存在，表面的分子傾向于到液體內(nèi)部，表面積傾向于減少。面積傾向于減少。hp0p0FFFFFFFFp0p0pspsp0-psp0+ps曲界面兩側(cè)的壓力差與表面收縮壓和附加壓力的關(guān)系 ：若在曲面上一點作一切面，則切面所在的一側(cè)為凹面內(nèi)部，切面不在的一側(cè)為凸面內(nèi)部。 附加壓

3、力是由表面收縮引起的，附加壓力的大小與表面收縮壓相等，當(dāng)液面為凸面時二者方向相同，p附=ps0；當(dāng)液面為凸面時二者方向相反，p附=-ps0（收縮壓永遠為正）。 。：向哪面凹，哪面壓力大，附加壓力的方向總是指向凹面。：曲界面兩側(cè)的壓力差與液面曲率半徑和表面張力的關(guān)系水水r氣dr氣泡半徑氣泡半徑rr+d r氣泡面積氣泡面積AA+d A氣泡體積氣泡體積VV+d V抵抗外壓所作的功抵抗外壓所作的功pd V，全部轉(zhuǎn)化全部轉(zhuǎn)化為表面能為表面能Us= d A。所以所以334rVdrrdV2424 rArdrdA8rp2rghppa2RghpPa2RrPp22gRrrRh2rppa21Rppa22Rrpp22

4、12ghpp12Rrgh22gRrrRh2Rppa4大rppa4小0114Rrpp大小papapapaP水papapapaP水CC吸附的基本概念吸附的基本概念吸吸 附附：相表面濃度和相內(nèi)部濃度不等的現(xiàn)象。狹義上講，：相表面濃度和相內(nèi)部濃度不等的現(xiàn)象。狹義上講， 就是物質(zhì)在表面的濃集現(xiàn)象。就是物質(zhì)在表面的濃集現(xiàn)象。吸附劑吸附劑：用來產(chǎn)生吸附的物質(zhì)，如活性炭。：用來產(chǎn)生吸附的物質(zhì)，如活性炭。吸附質(zhì)吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)，如色素。：被吸附的物質(zhì)，如色素。吸附量吸附量：單位表面或單位質(zhì)量吸附劑（固體）所吸附的吸附：單位表面或單位質(zhì)量吸附劑（固體）所吸附的吸附 質(zhì)的物質(zhì)的量。質(zhì)的物質(zhì)的量。表面活性物質(zhì)表面

5、活性物質(zhì)：能產(chǎn)生正吸附的物質(zhì)。：能產(chǎn)生正吸附的物質(zhì)。表面惰性物質(zhì)表面惰性物質(zhì)：能產(chǎn)生負(fù)吸附的物質(zhì)。：能產(chǎn)生負(fù)吸附的物質(zhì)。氣液界面吸附氣液界面吸附吸附規(guī)律吸附規(guī)律（1）同一濃度、不同吸附質(zhì)）同一濃度、不同吸附質(zhì) 以脂肪酸同系物如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸為例，其水溶以脂肪酸同系物如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸為例，其水溶液的表面張力、吸附量與濃度的關(guān)系如圖所示。液的表面張力、吸附量與濃度的關(guān)系如圖所示。M甲M乙M丙乙丙丁， 甲 乙 丙 丁表面張力與濃度的關(guān)系吸附量與濃度的關(guān)系吸附規(guī)律吸附規(guī)律特勞貝（特勞貝（Traube）規(guī)則規(guī)則：在同濃度時，減少表面張力的能：在同濃度時，減少表面張力的能力和它在表面上的吸

6、附量隨分子量的增加而增加，并且每力和它在表面上的吸附量隨分子量的增加而增加，并且每增加一個增加一個- -CH2- -，降低表面張力的能力約增加降低表面張力的能力約增加3.2倍。倍。微觀解釋微觀解釋表面活性物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特點：表面活性物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特點：分子由兩部分組成分子由兩部分組成親水部分和親油部分。親水部分和親油部分。簡化為吸附規(guī)律吸附規(guī)律微觀解釋微觀解釋甲酸丁酸丙酸乙酸M 凈吸引力 解釋：因為水對親水基的吸引力相同，而分子量解釋：因為水對親水基的吸引力相同，而分子量M越大，越大，氣體對分子的吸引力越大（色散力越大），所以，凈吸引氣體對分子的吸引力越大（色散力越大），所以，凈吸引力隨分子量

7、增大而降低，力隨分子量增大而降低， ，Us ，分子更易于存在于分子更易于存在于界面上，故界面上，故。 吸附規(guī)律吸附規(guī)律（2）同一吸附質(zhì)、不同濃度）同一吸附質(zhì)、不同濃度 濃度較小時，濃度較小時， 、 隨濃度的變化大；濃度較大時，隨濃度的變化大；濃度較大時， 、 隨濃度的變化?。粷舛群艽髸r，隨濃度的變化?。粷舛群艽髸r， 、 不不 隨濃度而變化隨濃度而變化。：平鋪于液面，影響大；：平鋪于液面，影響大；：傾斜于液面，影響?。唬簝A斜于液面，影響?。唬罕砻孢_到飽和吸附，無影響。：表面達到飽和吸附，無影響。由表面活性物質(zhì)吸附層的結(jié)構(gòu)引起的。由表面活性物質(zhì)吸附層的結(jié)構(gòu)引起的。吉布斯吸附等溫式吉布斯吸附等溫式d

8、CdRTC 吸附量，吸附量，mol/m2；C 吸附達平衡時吸附質(zhì)在溶液中的濃度，吸附達平衡時吸附質(zhì)在溶液中的濃度，mol/L；R 通用氣體常數(shù)，通用氣體常數(shù)，8.315N.m/(K.mol)；T 熱力學(xué)溫度，熱力學(xué)溫度，K；dCd表面張力隨濃度的變化率，表面張力隨濃度的變化率，N.m-1/(mol/L)dCd吸附類型吸附類型0=000=0正吸附正吸附負(fù)吸附負(fù)吸附無吸附無吸附計算氣液界面的吸附量計算氣液界面的吸附量固液界面吸附固液界面吸附： 弗蘭特黎胥（弗蘭特黎胥（Freundlish）吸附等溫式吸附等溫式nC1 單位質(zhì)量固體吸附的吸附質(zhì)的摩爾數(shù)，單位質(zhì)量固體吸附的吸附質(zhì)的摩爾數(shù)，mol/kg；

9、C 吸附達平衡時吸附質(zhì)在溶液中的濃度，吸附達平衡時吸附質(zhì)在溶液中的濃度，mol/L； , n 經(jīng)驗常數(shù)，與溫度、溶質(zhì)、溶劑和固體的性質(zhì)有關(guān)。經(jīng)驗常數(shù)，與溫度、溶質(zhì)、溶劑和固體的性質(zhì)有關(guān)。：，如如C3H7COOH，C4H9OH：極性吸附劑易吸附極性吸附質(zhì)，非極性吸附劑易吸附非極：極性吸附劑易吸附極性吸附質(zhì)，非極性吸附劑易吸附非極性吸附質(zhì)。如活性炭易吸附苯，硅膠易吸附乙醇。性吸附質(zhì)。如活性炭易吸附苯，硅膠易吸附乙醇。6656456HCCOOHHCCClCOOHHCCC例如：因為）硅膠（）硅膠（6656456CCHCCOOHHCClCOOHH所以硅膠從四氯化碳和苯中吸附苯甲酸的吸附等溫線，但要具體情

10、況具體分析。，但要具體情況具體分析。：溫度升高對固體表面吸引力的影響，通常是吸：溫度升高對固體表面吸引力的影響，通常是吸引力減?。粶囟壬邔θ苜|(zhì)溶解度的影響，有的使溶解度增大，引力減??；溫度升高對溶質(zhì)溶解度的影響，有的使溶解度增大，有的使溶解度減小。有的使溶解度減小。 若溫度升高，溶解度增大，則兩種因素作用方向一致，吸若溫度升高，溶解度增大，則兩種因素作用方向一致，吸附量減少，如活性炭從水溶液中吸附乙酸。附量減少，如活性炭從水溶液中吸附乙酸。 若溫度升高，溶解度減小，則兩種因素作用方向相反，看若溫度升高，溶解度減小，則兩種因素作用方向相反，看哪一個因素起主導(dǎo)作用。哪一個因素起主導(dǎo)作用。 若前一

11、因素起主導(dǎo)作用，則溫度升高吸附量減小，如活性若前一因素起主導(dǎo)作用，則溫度升高吸附量減小，如活性炭從稀丁醇溶液中吸附丁醇。若后一因素起主導(dǎo)作用，則溫度炭從稀丁醇溶液中吸附丁醇。若后一因素起主導(dǎo)作用，則溫度升高吸附量增加，如活性炭從濃丁醇溶液中吸附丁醇。升高吸附量增加，如活性炭從濃丁醇溶液中吸附丁醇。第三節(jié)第三節(jié) 吸附吸附固液界面吸附固液界面吸附（2）吸附質(zhì)是強電解質(zhì)）吸附質(zhì)是強電解質(zhì)：當(dāng)離子鍵晶體：當(dāng)離子鍵晶體 (固體固體)從溶液中吸附離子時，從溶液中吸附離子時，溶液中離子與晶體中異號離子形成難溶鹽時則該離子優(yōu)先溶液中離子與晶體中異號離子形成難溶鹽時則該離子優(yōu)先被吸附。被吸附。第四節(jié)第四節(jié) 潤潤

12、 濕濕水、油分別滴在玻璃和石蠟表面上，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？水、油分別滴在玻璃和石蠟表面上，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？這是液體對固體表面的潤濕程度不同造成的。與石油工程有何關(guān)系呢？這是液體對固體表面的潤濕程度不同造成的。與石油工程有何關(guān)系呢？（1）固相物質(zhì)在鉆井液中的潤濕程度直接關(guān)系到鉆井液性能的好壞；）固相物質(zhì)在鉆井液中的潤濕程度直接關(guān)系到鉆井液性能的好壞；（2）鉆井液濾液及其它入井流體對油氣層巖石潤濕性改變，有可能引起油）鉆井液濾液及其它入井流體對油氣層巖石潤濕性改變，有可能引起油氣有效滲透率下降，造成油氣層損害；氣有效滲透率下降，造成油氣層損害；（3）油氣層中地層原油和地層水與油藏巖石的潤濕性直接影

13、響原油采收率，）油氣層中地層原油和地層水與油藏巖石的潤濕性直接影響原油采收率，因此，潤濕是一種很重要的表面現(xiàn)象。因此，潤濕是一種很重要的表面現(xiàn)象。 潤濕是液體和固體表面相接觸時的一種表面現(xiàn)象，而一切潤濕是液體和固體表面相接觸時的一種表面現(xiàn)象，而一切表面現(xiàn)象必然遵循表面現(xiàn)象必然遵循“表面能總趨于降低表面能總趨于降低”的規(guī)律，因此潤濕現(xiàn)的規(guī)律，因此潤濕現(xiàn)象必然受該規(guī)律的支配。由此可以推知，固體表面與液體接觸象必然受該規(guī)律的支配。由此可以推知，固體表面與液體接觸前后的表面能變化前后的表面能變化Us一定小于一定小于0，否則，潤濕不可能發(fā)生，否則，潤濕不可能發(fā)生（ U0為熱力學(xué)自發(fā)過程）。即為熱力學(xué)自發(fā)

14、過程）。即0AAAUs固氣固液固氣固液：固體表面一種流體被另一種流體所取代引起固體表面：固體表面一種流體被另一種流體所取代引起固體表面能下降的過程。能下降的過程。潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)定義定義：過氣液固三相交點對液體作的切線與固液界面包著：過氣液固三相交點對液體作的切線與固液界面包著液體的夾角。液體的夾角。方法要點方法要點：一個點一個點（三相交點）、（三相交點）、兩條線兩條線（兩相界線）、（兩相界線）、 指誰包誰指誰包誰。與潤濕性的關(guān)系與潤濕性的關(guān)系： =0，完全潤濕；，完全潤濕； 90，潤濕不好；，潤濕不好； =180，完全不潤濕。，完全不潤濕。P104 思考題思考題8：玻璃板

15、下有氣泡，其形狀可能有兩種情況，哪種情況液體玻璃板下有氣泡，其形狀可能有兩種情況，哪種情況液體對固體潤濕好？水銀、玻璃和空氣屬哪一種？對固體潤濕好？水銀、玻璃和空氣屬哪一種？P105 思考題思考題9：畫出下面兩種情況的接觸角，哪種液體對固體畫出下面兩種情況的接觸角，哪種液體對固體潤濕好？潤濕好？P105 思考題思考題10：有五種固體它在液面的平衡位置如圖所示，畫出接觸角并有五種固體它在液面的平衡位置如圖所示，畫出接觸角并說明潤濕好壞的順序。說明潤濕好壞的順序。P105 思考題思考題11：P106 思考題思考題12：（1）（2）（3）P107思考題思考題13：接觸角的測量方法接觸角的測量方法投影

16、法dhtg22另外還有插板法、吊片法、另外還有插板法、吊片法、Bartell-Osterhof法等。法等。計算法在氣液固三相交點在氣液固三相交點O處的三種表面張?zhí)幍娜N表面張力達平衡時，滿足下列關(guān)系式：力達平衡時，滿足下列關(guān)系式：cos氣液液固氣固氣液液固氣固cos 氣固氣固- 液固液固= 氣液氣液， cos =1， =0 完全潤濕完全潤濕0 氣固氣固- 液固液固 氣液氣液，cos 1， 氣固氣固 ， cos 90 潤濕不好潤濕不好潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)2.粘附功粘附功將單位面積的固液界面在第三相中拉開所作的功。將單位面積的固液界面在第三相中拉開所作的功。表面能的變化為：表面能的

17、變化為：粘液固氣固氣液WmUs21氣液液固氣固coscos1氣液液固氣固氣液cos1氣液粘WW粘粘越高，越高，cos 越接近于越接近于1， 越接近于越接近于0，液體對固體潤濕越好。，液體對固體潤濕越好。潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)3.潤濕熱潤濕熱 液體在潤濕固體時，單位質(zhì)量的固體放出的熱。潤濕液體在潤濕固體時，單位質(zhì)量的固體放出的熱。潤濕是一種熱力學(xué)自發(fā)過程，即表面能降低（以熱的形式放是一種熱力學(xué)自發(fā)過程，即表面能降低（以熱的形式放出）。潤濕熱越大，潤濕程度越好。出）。潤濕熱越大，潤濕程度越好。例如：硅膠被下列液體潤濕時放出的潤濕熱例如：硅膠被下列液體潤濕時放出的潤濕熱甲醇甲醇 乙醇乙

18、醇 戊烷戊烷 己烷己烷64J/g 61.5J/g 12.97J/g 12.97J/g潤濕反轉(zhuǎn)潤濕反轉(zhuǎn) 潤濕程度主要決定于固體和液體的性質(zhì)，但當(dāng)?shù)跐櫇癯潭戎饕獩Q定于固體和液體的性質(zhì)，但當(dāng)?shù)谌N物質(zhì)，特別是表面活性物質(zhì)的存在時往往會改變?nèi)N物質(zhì)，特別是表面活性物質(zhì)的存在時往往會改變固體表面的親水親油性，甚至使其相互轉(zhuǎn)化。固體表固體表面的親水親油性，甚至使其相互轉(zhuǎn)化。固體表面親水性和親油性的相互轉(zhuǎn)化就叫面親水性和親油性的相互轉(zhuǎn)化就叫潤濕反轉(zhuǎn)潤濕反轉(zhuǎn)。第五節(jié)第五節(jié) 毛細(xì)管現(xiàn)象毛細(xì)管現(xiàn)象玻璃/水=89， 玻璃/汞=139只要是毛細(xì)管，總能使液體上升或下降。這就是毛細(xì)管現(xiàn)象。只要是毛細(xì)管，總能使液體上升或

19、下降。這就是毛細(xì)管現(xiàn)象。毛細(xì)管上升與下降現(xiàn)象毛細(xì)管上升與下降現(xiàn)象毛細(xì)管上升或下降高度計算公式推導(dǎo)毛細(xì)管上升或下降高度計算公式推導(dǎo)r毛細(xì)管半徑， r曲界面曲率半徑 r=rcoscos2216rrppghppw12ghpghppppoo65432代入：ghpghpwo16ghppow16與聯(lián)立，得ghrowcos2整理，得owrghcos2毛細(xì)管上升與下降現(xiàn)象毛細(xì)管上升與下降現(xiàn)象owrghcos2（1）h與與r 成反比，成反比， r =， h=0；（2） ：0 90180；cos ：10- -1； h：（1）親水地層：毛細(xì)管上升）親水地層：毛細(xì)管上升現(xiàn)象是水驅(qū)油的動力?，F(xiàn)象是水驅(qū)油的動力。（2）親

20、油地層：毛細(xì)管下降）親油地層：毛細(xì)管下降現(xiàn)象是水驅(qū)油的阻力。現(xiàn)象是水驅(qū)油的阻力。賈敏效應(yīng)賈敏效應(yīng)- -：221131cos2112RrRRppp推導(dǎo)推導(dǎo)：11212Rppp23222Rppp液流p賈敏效應(yīng)賈敏效應(yīng)賈敏效應(yīng)的特點：賈敏效應(yīng)的特點：（1）始終是阻力效應(yīng)）始終是阻力效應(yīng)：親水地層，發(fā)生在液珠或氣泡通過：親水地層，發(fā)生在液珠或氣泡通過孔喉之前；親油地層發(fā)生液珠或氣泡在通過孔喉之后。孔喉之前；親油地層發(fā)生液珠或氣泡在通過孔喉之后。親水地層親水地層親油地層親油地層賈敏效應(yīng)賈敏效應(yīng)（2）可以疊加）可以疊加：總的賈敏效應(yīng)是流動通道上各個孔喉賈總的賈敏效應(yīng)是流動通道上各個孔喉賈敏效應(yīng)的加和。敏效應(yīng)的加和。