教學指導(表面物理化學).doc

表面物理化學1 基本要求 1.1 掌握表面吉布斯能與表面張力的基本概念和有關(guān)計算，了解影響表面吉布斯能的主要因素。1.2 熟悉彎曲液面的性質(zhì)，掌握拉普拉斯公式和開爾文公式，能用公式做簡單的計算并解釋由于液面彎曲所引起的表面現(xiàn)象。1.3 了解液-液界面性質(zhì)，掌握判斷液體鋪展的標準。1.4 了解固體表面潤濕的幾種類型，掌握判斷固體表面潤濕的標準。1.5 了解溶液表面性質(zhì)，掌握吉布斯溶液表面吸附公式。1.6 了解不溶性表面膜的簡單結(jié)構(gòu)及一般性質(zhì)。1.7 了解表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征、主要特性及應(yīng)用。1.8 了解幾種典型的固體表面吸附等溫線，掌握固體表面吸附的基本理論、常用公式及應(yīng)用。2 重點難點 2.1 重點 主導本章的最重要概念是：物質(zhì)的比表面，表面吉布斯能和表面張力。具有較大比表面的物質(zhì)，由于表面吉布斯能的存在，表現(xiàn)出一些特殊的性質(zhì)。液體表面、溶液表面、液液界面、固體表面和固液界面所表現(xiàn)出的表面性質(zhì)（或界面性質(zhì)）都是非常重要的。2.2 難點表面吉布斯能和表面張力的概念，運用表面吉布斯能和表面張力的概念分析表面現(xiàn)象。彎曲液面的附加壓力及蒸氣壓的改變，并由此產(chǎn)生的亞穩(wěn)定狀態(tài)及其它表面現(xiàn)象。吉布斯溶液表面吸附理論的建立及溶液表面吸附的概念。3 講授學時 建議68學時內(nèi)容提要4.1 第一節(jié) 表面積與表面吉布斯能4.1.1 表面積： 物質(zhì)的比表面 4.1.2 表面吉布斯能和表面張力在等溫、等壓和組成不變的情況下，每增加單位表面積時體系吉布斯能的增量稱表面吉布斯能。表面吉布斯能定義：。表面張力是一種表面收縮力，它的方向和表面相切，垂直作用在表面上的任意一條線段，和表面吉布斯能有相同的數(shù)值和量綱。4.1.3 表面的熱力學關(guān)系式：的廣義熱力學定義：表面吉布斯-亥姆霍茲公式：，4.1.4 影響表面吉布斯能的因素：表面吉布斯能和物質(zhì)性質(zhì)、組成、形成界面的另一相的性質(zhì)以及溫度、壓力有關(guān)。分子間相互作用力大的物質(zhì)表面吉布斯能也較大，溶液濃度對表面吉布斯能的影響和溶質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。4.2 第二節(jié) 彎曲表面的性質(zhì) 4.2.1 曲面的附加壓力：彎曲表面下的液體受到一個指向曲面圓心的附加壓力p：楊-拉普拉斯公式：毛細管現(xiàn)象是由曲面附加壓力引起的。毛細管液面高度：4.2.2 曲面的蒸氣壓：曲面附加壓力的存在使彎曲液面的蒸氣壓不同于正常液面的蒸氣壓：開爾文公式：晶體溶解度和晶粒大小之間的關(guān)系：4.2.3 亞穩(wěn)狀態(tài)和新相的生成：用開爾文公式解釋過飽和蒸氣、過熱液體、過冷液體、過飽和溶液等亞穩(wěn)定狀態(tài)。4.3 第三節(jié) 鋪展與潤濕 4.3.1 液體的鋪展一種液體在另一種不互溶液體表面自動展開的過程稱為鋪展。液體A在液體B表面的鋪展條件：或鋪展系數(shù)4.3.2 固體表面的潤濕 固體表面上的流體被另一種流體取代的過程稱作潤濕，潤濕分為沾濕、浸濕、鋪展三種類型。潤濕能夠自發(fā)進行的條件是新生成的界面使體系的吉布斯能下降。液體表面和固液界面之間的夾角稱接觸角，楊氏公式給出了界面張力和接觸角之間的定量關(guān)系：ss,g -ss,l = sl,g cosq ，潤濕的一般條件：q 90。4.4 第四節(jié) 溶液的表面吸附4.4.1 溶液的表面張力和濃度之間的關(guān)系4.4.2 溶液的表面吸附和吉布斯吸附等溫式4.4.3 表面活性物質(zhì)在溶液表面的定向排列溶液的濃度影響溶液的表面張力。溶液表面張力隨濃度變化的曲線稱表面張力等溫線，有三種基本類型的表面張力等溫線。能使溶液表面張力下降的物質(zhì)稱表面活性物質(zhì)。溶質(zhì)在表面的濃度與在體相中濃度不相等的現(xiàn)象稱為表面吸附。表面吸附量是單位面積表面層中溶質(zhì)的量與具有相同體積溶劑的體相中所含有的溶質(zhì)的量之差。表面吸附量可由吉布斯吸附等溫式定量計算。吉布斯溶液表面吸附等溫式：或在稀溶液中4.5 第五節(jié) 不溶性表面膜4.5.1 不溶性表面膜及其性質(zhì)一些極性不溶性物質(zhì)可在水面上形成單分子層表面膜，并產(chǎn)生表面壓。表面壓可由膜天平測定。不溶性表面膜的表面壓=0 。4.5.2 不溶性表面膜的應(yīng)用：不溶性表面膜可用于分子結(jié)構(gòu)的推定、大分子摩爾質(zhì)量的測定、抑制水分的蒸發(fā)以及進行膜上的化學反應(yīng)等。4.5.3 其它表面膜 如高分子膜、LB膜、雙分子膜等。4.6 第六節(jié) 表面活性劑4.6.1 表面活性劑的分類表面活性劑是能使界面張力顯著降低的一類物質(zhì)。臨界膠團濃度和親水親油平衡值是反映表面活性劑性質(zhì)的重要參數(shù)。表面活性劑具有潤濕、乳化、發(fā)泡、增溶及去污等獨特作用，這使表面活性劑具有極其廣泛的應(yīng)用價值。4.6.2 表面活性劑的親水親油平衡值親水親油平衡值(HLB)可以用來衡量表面活性劑分子親水性和親油性相對強弱。4.6.3 膠束濃度較高時，表面活性劑在溶液中形成膠束。形成膠束的最低濃度稱臨界膠束濃度（CMC），此時溶液的很多性質(zhì)如表面張力、電導率、滲透壓等發(fā)生突變。4.6.4 表面活性劑的幾種重要作用表面活性劑具有潤濕、乳化、發(fā)泡、增溶及去污等獨特作用。4.7 第七節(jié) 氣體在固體表面上的吸附4.7.1 物理吸附和化學吸附氣體在固體表面上的吸附根據(jù)吸附機理的不同可以分為化學吸附和物理吸附。物理吸附的作用力是范德華力，吸附無選擇性且不穩(wěn)定，吸附既可以是單分子層又可以是多分子層，吸附速度較快，低溫即可完成?；瘜W吸附的作用力接近于化學鍵力，吸附熱接近于化學反應(yīng)熱，有選擇性，吸附很穩(wěn)定，是單分子層吸附，隨著溫度升高吸附速度加快。4.7.2 吸附等溫線固體對氣體的吸附曲線包括吸附等溫線、吸附等壓線和吸附等量線。最常用的是吸附等溫線，它是一定溫度下，吸附量與氣體壓力的關(guān)系曲線。4.7.3 弗侖因德立希吸附等溫式弗倫德利希公式是經(jīng)驗式，適用于單分子層吸附。4.7.4 單分子層吸附理論蘭格繆爾吸附等溫式根據(jù)單分子層吸附模型導出的理論公式：或。4.7.5 多分子層吸附理論BET公式BET公式是根據(jù)多分子層吸附模型推導而得：。BET法是測定、計算固體的比表面的重要方法。