第10章 界面現(xiàn)象

1、 第十章界面現(xiàn)象第十章界面現(xiàn)象 1、界面和表面、界面和表面 2、界面現(xiàn)象、界面現(xiàn)象 3、比表面、比表面 基本概念基本概念 1、界面和表面、界面和表面 界面（界面（interface）：兩相間的接觸面。）：兩相間的接觸面。 界面不是簡單的幾何面，而是界面不是簡單的幾何面，而是有一定厚度有一定厚度，約為約為 幾個分子厚幾個分子厚，又稱為界面相；，又稱為界面相； 表面表面（surface） ：物體與物體與真空真空或或本身的飽和蒸氣本身的飽和蒸氣或或 含飽和蒸氣的空氣含飽和蒸氣的空氣相接觸的界面。相接觸的界面。 界面可以是界面可以是宏觀宏觀的，也有的，也有微觀微觀的（如細(xì)胞膜）；的（如細(xì)胞膜）； 自然

2、界中存在著自然界中存在著五種界面五種界面： 2、界面現(xiàn)象、界面現(xiàn)象 相界面上的物質(zhì)，因具有相界面上的物質(zhì)，因具有與體相內(nèi)部不同的結(jié)構(gòu)與體相內(nèi)部不同的結(jié)構(gòu) 和性質(zhì)和性質(zhì)而產(chǎn)生的各種物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象而產(chǎn)生的各種物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為界界 面現(xiàn)象面現(xiàn)象（interface phenomena） 。 潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象( (液固界面液固界面) )硅膠硅膠吸附吸附( (固體表面固體表面) )表面活性劑表面活性劑( (溶液表面溶液表面) ) n 界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象是把是把兩相間的界面兩相間的界面作為研究對象，研究相界面結(jié)作為研究對象，研究相界面結(jié) 構(gòu)、性質(zhì)及其發(fā)生的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象的科學(xué)研究領(lǐng)

3、域，也構(gòu)、性質(zhì)及其發(fā)生的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象的科學(xué)研究領(lǐng)域，也 稱稱界面化學(xué)界面化學(xué)。 3、比表面、比表面 對于一定量的物質(zhì)而言，對于一定量的物質(zhì)而言， 分散程度越高，其表面積就越分散程度越高，其表面積就越 大，表面效應(yīng)就越突出。大，表面效應(yīng)就越突出。 單位體積單位體積物質(zhì)所具有表面積：物質(zhì)所具有表面積： 單位質(zhì)量單位質(zhì)量物質(zhì)所具有表面積：物質(zhì)所具有表面積： ）（ 1 m v a a s v ）（ 12 kgm m a a s s 常用物質(zhì)的常用物質(zhì)的比表面比表面( (specific surface area) )來表示物來表示物 質(zhì)的分散度質(zhì)的分散度( (dispersion degree)

4、 )： 3、比表面、比表面 把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度，稱為分散度。把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度，稱為分散度。 分散度越高，比表面越大。分散度越高，比表面越大。 例如：把邊長為例如：把邊長為1cm的立方體逐漸分割成小立方體時，的立方體逐漸分割成小立方體時， 比表面增長情況列于下表：比表面增長情況列于下表： 邊長邊長l/m 立方體數(shù)立方體數(shù) 比表面比表面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 3、比表面、比表面 達(dá)到達(dá)到nm級級的超細(xì)微粒，具的超細(xì)微粒，具

5、有有巨大的比表面巨大的比表面，因而具有許，因而具有許 多獨(dú)特的多獨(dú)特的表面效應(yīng)表面效應(yīng)，成為新材，成為新材 料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。 納米材料納米材料(nano material)： 膠體表面化學(xué)：膠體表面化學(xué)： 粒徑粒徑11000nm的粒子組成的的粒子組成的分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)稱為稱為膠體膠體， 由于其具有極高的分散度和很大的比表面，因而產(chǎn)生由于其具有極高的分散度和很大的比表面，因而產(chǎn)生 特有的界面現(xiàn)象，經(jīng)常把膠體與界面現(xiàn)象一起來研究，特有的界面現(xiàn)象，經(jīng)常把膠體與界面現(xiàn)象一起來研究， 稱為膠體表面化學(xué)。稱為膠體表面化學(xué)。 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容本章學(xué)習(xí)內(nèi)容 10.2 彎曲液

6、面的附加壓力及其后果彎曲液面的附加壓力及其后果 10.3 固體表面固體表面 10.1 界面張力界面張力 10.4 固固-液界面液界面 10.5 溶液表面溶液表面 10.1 界面張力界面張力 1、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) 2、界面熱力學(xué)方程、界面熱力學(xué)方程 3、界面張力影響因素、界面張力影響因素 、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) 液體表面分子恒受指向液體內(nèi)部液體表面分子恒受指向液體內(nèi)部 的拉力，處于的拉力，處于不對稱力場；不對稱力場； 液體表面如同一張液體表面如同一張繃緊的彈性膜繃緊的彈性膜。 以液體表面為例以液體表面

7、為例 從力的角度分析從力的角度分析 表面分子趨向進(jìn)入體相內(nèi)部表面分子趨向進(jìn)入體相內(nèi)部, ,致致 使表面處處有一種緊縮力，宏觀表使表面處處有一種緊縮力，宏觀表 現(xiàn)為現(xiàn)為液體表面力圖縮小到最??；液體表面力圖縮小到最?。?、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) 問題問題 為什么小液滴總是呈球形？為什么小液滴總是呈球形？ free water droplets are always in ball shape. 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 、表面張力、表面功、表面吉

8、布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) 小實驗小實驗 用細(xì)鋼絲制成一框架，其用細(xì)鋼絲制成一框架，其 一邊可自由活動。將此活動邊一邊可自由活動。將此活動邊 固定后使框架蘸上一層肥皂膜，固定后使框架蘸上一層肥皂膜， 若放松活動邊，肥皂膜會自動若放松活動邊，肥皂膜會自動 收縮以減小表面積。收縮以減小表面積。 即即表面張力表面張力（surface tension），是引起液體表面，是引起液體表面 收縮的單位長度上的力，單位為收縮的單位長度上的力，單位為nm-1。 對對平液面平液面 與液面與液面平行平行 ；對；對彎曲液面彎曲液面 與液面與液面相切相切； 表面張力引起液體表面表面張力引起液體表面收縮收

9、縮。 表面張力的方向如何判斷？表面張力的方向如何判斷？ 表面張力表面張力垂直于邊界垂直于邊界且指向液體；且指向液體； 、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) 討論討論 g s ls lg sg l o 2 l 、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) (a) (b) 表面張力的方向如何判斷？表面張力的方向如何判斷？ 討論討論 你能解釋下面的實驗現(xiàn)象嗎？你能解釋下面的實驗現(xiàn)象嗎？ 、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) 即即為使液體可逆增加單位表面積時環(huán)境需做的為使液體可逆增加單位表面積時環(huán)境需做的 可逆非體

10、積功，稱為可逆非體積功，稱為表面功（表面功（superficial work) ， 單位單位j.m-2。 sr daldxfdxw2 若將體相中分子移到表面以擴(kuò)大液若將體相中分子移到表面以擴(kuò)大液 體表面積，則必須體表面積，則必須由環(huán)境對系統(tǒng)做功：由環(huán)境對系統(tǒng)做功： 從能量角度分析從能量角度分析 2 l 、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) sptr dadgw , wg pt , 可可逆逆 不不可可逆逆 吉布斯函數(shù)判據(jù)：吉布斯函數(shù)判據(jù)： 即即為恒溫恒壓下使液體增加單位表面積時所增加為恒溫恒壓下使液體增加單位表面積時所增加 的吉布斯函數(shù)，稱為的吉布斯函數(shù)，稱為表面

11、吉布斯函數(shù)表面吉布斯函數(shù) ，單位，單位j.m-2。 、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù)、表面張力、表面功、表面吉布斯函數(shù) 描述問題的角度不同；描述問題的角度不同； 表面張力是表面張力是向量向量，表面功和，表面功和表面吉布表面吉布 斯函數(shù)是斯函數(shù)是非向量非向量。 描述體系描述體系同一性質(zhì)同一性質(zhì)，同一熱力學(xué)變量同一熱力學(xué)變量； ； 數(shù)值相等，量綱相同。數(shù)值相等，量綱相同。 相同點(diǎn)相同點(diǎn) 不同點(diǎn)不同點(diǎn) 、界面熱力學(xué)方程、界面熱力學(xué)方程 s da s da s da 多組分多相系統(tǒng)熱力學(xué)方程：多組分多相系統(tǒng)熱力學(xué)方程： b , )( nvs a u b , )( nps a h b , )( nvt

12、 a f b , )( npt a g )()( b b b dnvdpsdtdg )()( b b b dnpdvtdsdu )()( b b b dnvdptdsdh )()( b b b dnpdvsdtda s da （考慮只有一相界面考慮只有一相界面） 、界面熱力學(xué)方程、界面熱力學(xué)方程 系統(tǒng)系統(tǒng)恒溫恒壓組成一定恒溫恒壓組成一定時：時： s dadg 界面吉布斯函數(shù)：界面吉布斯函數(shù)： s s ag 系統(tǒng)界面吉布斯函數(shù)減少系統(tǒng)界面吉布斯函數(shù)減少 s da)()( b b b dnvdpsdtdg 界面現(xiàn)象自發(fā)產(chǎn)生的熱力學(xué)原因？界面現(xiàn)象自發(fā)產(chǎn)生的熱力學(xué)原因？討論討論 降低界面張力降低界面張

13、力 縮小界面面積縮小界面面積 、界面張力影響因素、界面張力影響因素 固體的表面張力一般大于液體表面張力；固體的表面張力一般大于液體表面張力； 物質(zhì)的本性物質(zhì)的本性對界面張力的影響：對界面張力的影響： 兩種液體間界面張力界于兩種液體表面張力之間。兩種液體間界面張力界于兩種液體表面張力之間。 (金屬鍵) (離子鍵) (極性共價鍵) (非極性共價鍵) 溫度溫度對界面張力的影響：對界面張力的影響： 界面張力一般界面張力一般隨溫度升高而減小隨溫度升高而減小； 液體表面張力受溫度影響較大。液體表面張力受溫度影響較大。 分子間力或化學(xué)鍵力越大，界面張力越大；分子間力或化學(xué)鍵力越大，界面張力越大； 3、界面張

14、力影響因素、界面張力影響因素 表面張力一般表面張力一般隨壓力的增加而下降隨壓力的增加而下降，但影響不，但影響不 大可忽略不計。大可忽略不計。 壓力壓力對表面張力的影響：對表面張力的影響： 分散度分散度對界面張力的影響：對界面張力的影響： 物質(zhì)分散到曲率半徑物質(zhì)分散到曲率半徑接近分子大小接近分子大小時分散度對時分散度對 界面張力的影響才較明顯。界面張力的影響才較明顯。 10.2 彎曲液面附加壓力及其后果彎曲液面附加壓力及其后果 1、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力拉普拉斯方程拉普拉斯方程 2、微小液滴飽和蒸氣壓、微小液滴飽和蒸氣壓開爾文公式開爾文公式 3、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的

15、生成 、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力拉普拉斯方程拉普拉斯方程 p 0 p ab 0 p ab 0 p ab p p 的方向的方向指向曲面球心；指向曲面球心； 表面張力表面張力是彎曲液面產(chǎn)生附加壓力的根本原因是彎曲液面產(chǎn)生附加壓力的根本原因； p 總是總是正值正值。 彎曲液面附加壓力：彎曲液面附加壓力： 、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力拉普拉斯方程拉普拉斯方程 拉普拉斯（拉普拉斯（laplace）方程（）方程（1806年）：年）： 該方程適用于該方程適用于小液滴小液滴或或小氣泡小氣泡附加壓力的計算；附加壓力的計算； 對空氣中的氣泡（如肥皂泡）：對空氣中的氣泡（如肥皂泡）：rp/4 任意

16、曲面任意曲面 ： 21 11 rr p 曲率半徑曲率半徑r總是正值，總是正值，p亦總是正值；亦總是正值； 注意注意 、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力拉普拉斯方程拉普拉斯方程 毛細(xì)現(xiàn)象是彎曲液面具有毛細(xì)現(xiàn)象是彎曲液面具有附加壓力附加壓力的必然結(jié)果。的必然結(jié)果。 將毛細(xì)管插入液面后，會發(fā)生液面沿毛細(xì)管將毛細(xì)管插入液面后，會發(fā)生液面沿毛細(xì)管上升上升或或下下 降降的現(xiàn)象；的現(xiàn)象； 毛細(xì)毛細(xì)(capillary)現(xiàn)象現(xiàn)象 、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力拉普拉斯方程拉普拉斯方程 ghrp/2 rr/cos 式中：式中：r 為毛細(xì)管半徑為毛細(xì)管半徑， 為液體為液體表面張力表面張力, 為液體的密度為

17、液體的密度； 為接觸角為接觸角。 若液體對毛細(xì)管若液體對毛細(xì)管不潤濕不潤濕，即，即 ， ， 此時液體會沿毛細(xì)管此時液體會沿毛細(xì)管下降下降。 （呈呈凸面面） 0 90 0cos 若液體對毛細(xì)管能若液體對毛細(xì)管能潤濕潤濕,即即 ， , 此時液體會沿毛細(xì)管此時液體會沿毛細(xì)管上升上升; 0cos （呈呈凹凹面面） 0 90 、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力拉普拉斯方程拉普拉斯方程 練習(xí)題練習(xí)題 如圖所示，毛細(xì)管內(nèi)一如圖所示，毛細(xì)管內(nèi)一 段液體，該液體能潤濕段液體，該液體能潤濕 毛細(xì)管壁（形成凹液面毛細(xì)管壁（形成凹液面 ）。若加熱毛細(xì)管右端）。若加熱毛細(xì)管右端 ，管內(nèi)液體向哪個方向，管內(nèi)液體向哪個方

18、向 移動？移動？ 課后作業(yè)課后作業(yè) p503: : 習(xí)題習(xí)題10.2，10.3 表表面面分分子子數(shù)數(shù)和和總總分分子子數(shù)數(shù)分分散散前后后，一一個個水水滴滴的的 環(huán)環(huán)境境需需做做的的最最小小功功 表表面面吉吉布布斯斯函函數(shù)數(shù)的的變變化化 水水滴滴分分散散前后后的的比比表表面面 ，試試計計算算： ，水水分分子子的的半半徑徑表表面面張張力力 時時水水的的的的小小水水滴滴。已已知成成半半徑徑 的的水水滴滴分分散散下下，將將半半徑徑及及 )4( )3( )2( )1( 10 20. 1/0728. 0 2 .2931000. 1 1000. 112 .293 10 0 9 2 3 1 m rmmn kmr

19、 mrpk 山山 東東 輕輕 工工 業(yè)業(yè) 學(xué)學(xué) 院院 例題：例題： 例題例題 19 2, 13 1 , 3 2 1000. 31000. 3 3 )3/4( 4 )1( mama rr r v a a ss s s ， jrrn aadag nrnr ss a a s s s 914.0)44( )( 10 3 4 3 4 )2( 2 1 2 2 2,1, 18 3 2 3 1 2, 1, 山山 東東 輕輕 工工 業(yè)業(yè) 學(xué)學(xué) 院院 例題例題 3 0 3 3 0 3 2 0 2 2 0 2 )3/4( )3/4( 44 )4( r r r r n r r r r n t s 水水分分子子體體積積

20、 水水滴滴體體積積 水水分分子子截截面面積積 水水滴滴表表面面積積 山山 東東 輕輕 工工 業(yè)業(yè) 學(xué)學(xué) 院院 jgwr914. 0)3( 重點(diǎn)內(nèi)容回顧重點(diǎn)內(nèi)容回顧 b x 、表面張力、表面張力 、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力 、毛細(xì)現(xiàn)象、毛細(xì)現(xiàn)象 sr da w / lf 2/ pt s a g , rp/2 gr h cos2 本堂課學(xué)習(xí)內(nèi)容本堂課學(xué)習(xí)內(nèi)容 b x 10.2 彎曲液面附加壓力及其后果彎曲液面附加壓力及其后果 10.3 固體表面固體表面 10.2 彎曲液面附加壓力及其后果彎曲液面附加壓力及其后果 1、彎曲液面附加壓力、彎曲液面附加壓力拉普拉斯方程拉普拉斯方程 2、微小液滴

21、飽和蒸氣壓、微小液滴飽和蒸氣壓開爾文公式開爾文公式 3、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成 2、微小液滴的飽和蒸氣壓、微小液滴的飽和蒸氣壓開爾文公式開爾文公式 小實驗小實驗 在密閉玻璃罩覆蓋的蠟板在密閉玻璃罩覆蓋的蠟板 上有一杯水和若干小水滴，恒上有一杯水和若干小水滴，恒 溫足夠長時間，溫足夠長時間，小水滴不見了小水滴不見了 ，它們，它們“跑回跑回”到杯中去了！到杯中去了！ 小液滴與平液面的揮發(fā)性能小液滴與平液面的揮發(fā)性能 一定溫度和外壓下，純液體有一定飽和蒸氣壓，一定溫度和外壓下，純液體有一定飽和蒸氣壓， 這是對這是對平液面平液面而言；而言；彎曲液面彎曲液面因因附加壓力附加壓力作用，

22、其飽作用，其飽 和蒸氣壓和蒸氣壓不同于不同于平液面。平液面。 2、微小液滴的飽和蒸氣壓、微小液滴的飽和蒸氣壓開爾文公式開爾文公式 )()()()(平液面小液滴平液面小液滴 ggll gl r lvplvdplvg m pp p mmml 2 )()()( p p rt r g ln 2、微小液滴的飽和蒸氣壓、微小液滴的飽和蒸氣壓開爾文公式開爾文公式 開爾文開爾文(kelvin)公式公式： 一定溫度外壓下，一定溫度外壓下，微小液滴微小液滴飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓大于大于平液平液 面飽和蒸氣壓；液滴越小，其飽和蒸氣壓越大。面飽和蒸氣壓；液滴越小，其飽和蒸氣壓越大。 對于對于凹液面凹液面，其飽和蒸氣壓，

23、其飽和蒸氣壓小于小于平平 液面飽和蒸氣壓。液面飽和蒸氣壓。 注意注意 該公式也可用于該公式也可用于氣氣- -固界面固界面的粗略計算，顆粒越小的粗略計算，顆粒越小 的固體具有越高的飽和蒸氣壓。的固體具有越高的飽和蒸氣壓。 2、微小液滴的飽和蒸氣壓、微小液滴的飽和蒸氣壓開爾文公式開爾文公式 william thomson，lord kelvin （18241907）：）： 英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、發(fā)明家，原名英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、發(fā)明家，原名威廉威廉湯姆遜湯姆遜； 由于裝設(shè)第一條大西洋海底電纜有功，英政府于由于裝設(shè)第一條大西洋海底電纜有功，英政府于1866年封他年封他 為爵士，并于為爵士，并于189

24、2年晉升為年晉升為開爾文勛爵開爾文勛爵； 開爾文研究范圍廣泛，在開爾文研究范圍廣泛，在熱學(xué)、電磁學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)、地?zé)釋W(xué)、電磁學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)、地 球物理、數(shù)學(xué)、工程應(yīng)用球物理、數(shù)學(xué)、工程應(yīng)用等方面都做出了貢獻(xiàn)。等方面都做出了貢獻(xiàn)。 國際計量大會把熱力學(xué)溫標(biāo)（即絕對溫標(biāo)）稱為開爾文溫標(biāo)，國際計量大會把熱力學(xué)溫標(biāo)（即絕對溫標(biāo)）稱為開爾文溫標(biāo)， 熱力學(xué)溫度以開爾文為單位熱力學(xué)溫度以開爾文為單位，國際單位制中七個基本單位之一；，國際單位制中七個基本單位之一； 2、微小液滴的飽和蒸氣壓、微小液滴的飽和蒸氣壓開爾文公式開爾文公式 開爾文公式開爾文公式： 小液滴與平液面的揮發(fā)性能小液滴與平液面的揮發(fā)性

25、能 過飽和蒸氣過飽和蒸氣過熱液體過熱液體 過 飽 和 溶過 飽 和 溶 液液 過冷液體過冷液體 亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài) 、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成 在在熱力學(xué)上不穩(wěn)定熱力學(xué)上不穩(wěn)定，而在，而在動力學(xué)上暫時穩(wěn)定動力學(xué)上暫時穩(wěn)定的狀態(tài)。的狀態(tài)。 皆因最初生成新相的顆粒極其微小，比表面及皆因最初生成新相的顆粒極其微小，比表面及 表面吉布斯函數(shù)大，表面吉布斯函數(shù)大，新相種子難以生成新相種子難以生成。 什么是亞穩(wěn)狀態(tài)？什么是亞穩(wěn)狀態(tài)？ 亞穩(wěn)狀態(tài)為何會存在？亞穩(wěn)狀態(tài)為何會存在？ 、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成 按照相平衡條件按照相平衡條件應(yīng)該凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣應(yīng)該凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸

26、氣。 s p t 平平液液面面 液液滴滴 0 t 過飽和蒸氣過飽和蒸氣 定義：定義： 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 實例分析：人工降雨實例分析：人工降雨 由蒸氣生成小液滴所由蒸氣生成小液滴所 需蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平液面需蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平液面 蒸氣壓。蒸氣壓。 、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成 按照相平衡條件按照相平衡條件應(yīng)該沸騰而未沸騰的液體應(yīng)該沸騰而未沸騰的液體。 過熱液體過熱液體 定義：定義： 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 實例分析：沸石止沸實例分析：沸石止沸 h pghppg 0 ：氣氣泡泡若若存存在在受受到到的的壓壓力力 彎曲液面的附加壓力彎曲液面的附加壓力是造成液體過熱的主要原因。是造成液體

27、過熱的主要原因。 、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成 按照相平衡條件按照相平衡條件應(yīng)該凝固而未凝固的液體應(yīng)該凝固而未凝固的液體。 過冷液體過冷液體 定義：定義： 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 實例分析：實例分析： s p t 普普通通晶晶體體 微微小小晶晶體體 oo 0 t r t lg 純凈的水有時冷卻到純凈的水有時冷卻到-40仍不結(jié)冰。若加入仍不結(jié)冰。若加入 小晶體做新相種子，則過冷液體可迅速凝固。小晶體做新相種子，則過冷液體可迅速凝固。 、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成 按相平衡條件按相平衡條件應(yīng)該析出晶體而未析晶的溶液應(yīng)該析出晶體而未析晶的溶液。 過飽和溶液過飽和溶液 定

28、義：定義： 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 實例分析：陳化過程實例分析：陳化過程 rrt m c c s slsr 2 ln 0 微微小小晶晶體體溶溶解解度度： 溶液中結(jié)晶出的晶體往往大小不均，采用延長溶液中結(jié)晶出的晶體往往大小不均，采用延長 保溫時間可使小晶體不斷溶解而消失，大晶體則不保溫時間可使小晶體不斷溶解而消失，大晶體則不 斷長大，粒子趨于均一。斷長大，粒子趨于均一。 10.3 固體表面固體表面 固體不能像液體那樣以收縮表固體不能像液體那樣以收縮表 面來降低表面吉布斯函數(shù)，而是靠面來降低表面吉布斯函數(shù)，而是靠 吸引吸引氣體分子到表面來減小表面分氣體分子到表面來減小表面分 子受力不對稱程度，子受力

29、不對稱程度，降低表面張力降低表面張力 及表面吉布斯函數(shù)。及表面吉布斯函數(shù)。 相界面上某種物質(zhì)濃度不同于體相濃度的現(xiàn)象稱為相界面上某種物質(zhì)濃度不同于體相濃度的現(xiàn)象稱為 吸附吸附( (adsorption)； 具有吸附能力的固體稱為具有吸附能力的固體稱為吸附劑吸附劑(adsorbent)，被吸附被吸附 的物質(zhì)稱為的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)吸附質(zhì) (adsorbate)； 吸附是表面效應(yīng)吸附是表面效應(yīng)，氣體只停留在固體表面；如果氣，氣體只停留在固體表面；如果氣 體進(jìn)入到固體內(nèi)部，則稱為體進(jìn)入到固體內(nèi)部，則稱為吸收吸收( (absorption) )。 10.3 固體表面固體表面 1、物理吸附與化學(xué)吸附、物理吸

30、附與化學(xué)吸附 2、等溫吸附、等溫吸附 3、弗羅因德利希吸附等溫式、弗羅因德利希吸附等溫式 4、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 5、吸附熱力學(xué)吸附熱力學(xué) 、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 化學(xué)吸附化學(xué)吸附 、物理吸附與化學(xué)吸附、物理吸附與化學(xué)吸附 化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力 吸附熱吸附熱較小、近于液化熱較小、近于液化熱較大，近于化學(xué)反應(yīng)熱較大，近于化學(xué)反應(yīng)熱 選擇性選擇性 無選擇性無選擇性有選擇性有選擇性 吸附穩(wěn)定性吸附穩(wěn)定性 不穩(wěn)定，易解吸不穩(wěn)定，易解吸 比較穩(wěn)定，不易解吸比較穩(wěn)定，不易解吸 吸附層數(shù)吸附層數(shù)單分子層或多分子層單分子層或多分子層單分子層單分子層

31、吸附速率吸附速率 較快，受溫度影響小較快，受溫度影響小 不需要活化能不需要活化能 較慢、溫度升高則較慢、溫度升高則 速度加快需活化能速度加快需活化能 吸附力吸附力范德華力范德華力 化學(xué)吸附化學(xué)吸附物理吸附物理吸附 吸附性質(zhì)吸附性質(zhì) 、物理吸附與化學(xué)吸附、物理吸附與化學(xué)吸附 物理吸附物理吸附僅僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移，僅僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移， 沒沒 有化學(xué)鍵的生成與破壞，也沒有原子重排等；有化學(xué)鍵的生成與破壞，也沒有原子重排等；與氣體與氣體 液化類似，可看作液化類似，可看作“表面凝聚表面凝聚”。 化學(xué)吸附化學(xué)吸附相當(dāng)于吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子相當(dāng)于吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子 發(fā)

32、生發(fā)生 了化學(xué)反應(yīng)了化學(xué)反應(yīng)。在紅外、紫外在紅外、紫外- -可見光譜中會出現(xiàn)新的可見光譜中會出現(xiàn)新的 特征吸收帶。特征吸收帶。 物理吸附與化學(xué)吸附不是截然分開的，兩者有時物理吸附與化學(xué)吸附不是截然分開的，兩者有時 可同時發(fā)生；不同情況下吸附性質(zhì)還可發(fā)生變化?？赏瑫r發(fā)生；不同情況下吸附性質(zhì)還可發(fā)生變化。 氫分子經(jīng)過渡狀態(tài)從氫分子經(jīng)過渡狀態(tài)從物理吸附物理吸附轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)吸附化學(xué)吸附的示意圖的示意圖 nini hh hh hh hh nininini hh nini hh nini h h ni h hh 、物理吸附與化學(xué)吸附、物理吸附與化學(xué)吸附 、等溫吸附、等溫吸附 單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體

33、的單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的物質(zhì)的量物質(zhì)的量： 吸附量吸附量 ( adsorbed amount ) 有兩種表示方法：有兩種表示方法： m n na )( 1 kgmol 單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的體積體積： 體積要換算成體積要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況標(biāo)準(zhǔn)狀況 )( 13 kgm m v v a )325.101,0kpac （ 、等溫吸附、等溫吸附 吸附劑，吸附質(zhì)）吸附量,(ptf ),(ptfv a 吸附劑、吸附質(zhì)定： 吸附等溫線：吸附等溫線： 吸附等壓線：吸附等壓線： 線：（）tvtfv aa p)( 吸附等量線：吸附等量線： 線：（）tptfp a v )( （a

34、dsorption isotherm） (adsorption isobar) (adsorption isostere) 、等溫吸附、等溫吸附 va va va va va 吸附等溫線可以反映出吸附等溫線可以反映出吸附劑表面性質(zhì)吸附劑表面性質(zhì)、孔徑孔徑 分布分布以及以及吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用等有關(guān)信息。等有關(guān)信息。 吸附等溫線大致可歸納為以下五種類型：吸附等溫線大致可歸納為以下五種類型： 第種為單分子層吸附，其余皆為多分子層吸附；第種為單分子層吸附，其余皆為多分子層吸附； 壓力升高，吸附量增大；壓力升高，吸附量增大； 溫度升高，固體表面張力降低，吸附量減小。溫度

35、升高，固體表面張力降低，吸附量減小。 2、等溫吸附、等溫吸附 3、弗羅因德利希吸附等溫式、弗羅因德利希吸附等溫式 弗羅因德利希弗羅因德利希( (freundlich) )經(jīng)驗式：經(jīng)驗式： 和和k是兩個經(jīng)驗常數(shù)，是溫度的函數(shù)是兩個經(jīng)驗常數(shù)，是溫度的函數(shù): : k可視為可視為單位壓力時的吸附量單位壓力時的吸附量，k隨溫度升高而降低隨溫度升高而降低; ; n一般在一般在0與與1之間之間，反映壓力對吸附量影響的強(qiáng)弱。，反映壓力對吸附量影響的強(qiáng)弱。 該公式適用于該公式適用于中壓中壓范圍，可描述范圍，可描述第第類吸附等溫線類吸附等溫線。 n 、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 單分子層吸附理

36、論基本假設(shè)：單分子層吸附理論基本假設(shè)： 單分子層吸附；單分子層吸附； 固體表面是均勻的；固體表面是均勻的； 被吸附的分子間無作用力；被吸附的分子間無作用力； 吸附平衡是動態(tài)平衡。吸附平衡是動態(tài)平衡。 1916年年朗繆爾朗繆爾( (langmuir) )根據(jù)大量實驗事實，從根據(jù)大量實驗事實，從 動力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，提出固體對氣體的吸附理論，稱為動力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，提出固體對氣體的吸附理論，稱為 單分子層吸附理論單分子層吸附理論。 irving langmuir 4、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 )()()( 1 吸吸附附狀狀態(tài)態(tài)表表面面ammga k 設(shè)設(shè)表面覆蓋率表面覆蓋率(cove

37、rage)為為 ， 則空白表面分?jǐn)?shù)則空白表面分?jǐn)?shù)(1 - ) 吸附平衡時吸附平衡時nknpk 11 )1( ）（ 11 kkb 設(shè)設(shè)n為為吸附位置數(shù)吸附位置數(shù)，即固體表面上具有吸附能力的 ，即固體表面上具有吸附能力的 總晶格位置數(shù)；總晶格位置數(shù)； 1 k 公式推導(dǎo)：公式推導(dǎo)： 朗繆爾吸附等溫式朗繆爾吸附等溫式 、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 平平衡衡吸吸附附量量。飽飽和和吸吸附附量量；若若 aa m vv a m a vv 則則： pbvvv a m a m a 1111 該公式適用于該公式適用于單分子層吸附單分子層吸附。 朗繆爾吸附等溫式朗繆爾吸附等溫式 注意注意 b 為吸

38、附作用的平衡常數(shù)，也稱為為吸附作用的平衡常數(shù)，也稱為吸附系數(shù)吸附系數(shù)，其大，其大 小與吸附劑和吸附質(zhì)本性及溫度有關(guān)。小與吸附劑和吸附質(zhì)本性及溫度有關(guān)。b b值越大，值越大， 表示吸附能力越強(qiáng)。表示吸附能力越強(qiáng)。 、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 當(dāng)當(dāng)p很小或吸附很弱時，很小或吸附很弱時，bp1， =1， 與與p無關(guān)，吸附已鋪滿無關(guān)，吸附已鋪滿 單分子層單分子層達(dá)到飽和達(dá)到飽和。 當(dāng)壓力大小或吸附作用適中當(dāng)壓力大小或吸附作用適中 時，時， 與與p呈曲線關(guān)系呈曲線關(guān)系。 朗繆爾等溫式描述朗繆爾等溫式描述型吸附等溫線型吸附等溫線： 、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 v

39、01mol氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積 氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積 l阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù) 每個吸附質(zhì)分子橫截面積每個吸附質(zhì)分子橫截面積 ma )1(飽和吸附量 a m v 吸附劑吸附劑比表面比表面as 的計算的計算： 、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 對對一般化學(xué)吸附一般化學(xué)吸附及及低壓高溫下物理低壓高溫下物理 吸附吸附，該等溫式取得了很大成功。，該等溫式取得了很大成功。 基本假設(shè)不嚴(yán)格基本假設(shè)不嚴(yán)格，如被吸附分子間往，如被吸附分子間往 往存在作用力；固體表面不均勻，吸往存在作用力；固體表面不均勻，吸 附熱隨覆蓋率而變。附熱隨覆蓋率而變。 對對多分子層吸附多分子層吸附不適用。不適用

40、。 朗繆爾吸附等溫式：朗繆爾吸附等溫式： 局限局限 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 、朗繆爾單分子層吸附理論、朗繆爾單分子層吸附理論 美國物理化學(xué)家美國物理化學(xué)家，生于紐約布魯克林的一個貧民家庭；，生于紐約布魯克林的一個貧民家庭； 1909年起到年起到通用電氣公司通用電氣公司電氣工程實驗所工作，電氣工程實驗所工作，1932年后任年后任 該所所長；該所所長； 因?qū)σ驅(qū)Ρ砻婊瘜W(xué)表面化學(xué)研究的功績而獲得研究的功績而獲得1932年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎，這在工，這在工 業(yè)企業(yè)界的研究人員中還是首例；業(yè)企業(yè)界的研究人員中還是首例； 1940年起對云和降水微物理學(xué)和年起對云和降水微物理學(xué)和人工降雨人工降雨試驗作出重要貢獻(xiàn)。

41、試驗作出重要貢獻(xiàn)。 irving langmuir (1881-1957) )： 不僅是一位卓越的科學(xué)家，還是出色的登山運(yùn)動員和飛機(jī)駕駛不僅是一位卓越的科學(xué)家，還是出色的登山運(yùn)動員和飛機(jī)駕駛 員，有廣泛的愛好；還曾獲員，有廣泛的愛好；還曾獲文學(xué)碩士文學(xué)碩士和和哲學(xué)博士哲學(xué)博士學(xué)位。學(xué)位。 。 、吸附熱力學(xué)、吸附熱力學(xué) ）（某些化學(xué)吸附少數(shù)：00sh 吸附過程熱力學(xué)分析：吸附過程熱力學(xué)分析： 吸附為吸附為自發(fā)自發(fā)過程，是吉布斯函數(shù)下降過程即過程，是吉布斯函數(shù)下降過程即g0。 吸附過程中氣體分子由三維空間被吸附到二維表吸附過程中氣體分子由三維空間被吸附到二維表 面，吸附是熵減小過程即面，吸附是熵減

42、小過程即s0。 sthg 吸附過程吸附過程h0， ，吸附通常為 吸附通常為放熱放熱過程。過程。 、吸附熱力學(xué)、吸附熱力學(xué) 下標(biāo)下標(biāo)n-表示吸附量恒定不變表示吸附量恒定不變 adshm- -摩爾吸附焓摩爾吸附焓 吸附熱一般隨吸附量增加而下降吸附熱一般隨吸附量增加而下降，這說明固體表，這說明固體表 面是不均勻的。吸附總是首先發(fā)生在能量較高、活性面是不均勻的。吸附總是首先發(fā)生在能量較高、活性 較大位置較大位置。 吸附熱吸附熱可用量熱計測定，也可利用吸附等量線用可用量熱計測定，也可利用吸附等量線用 熱力學(xué)方法計算（熱力學(xué)方法計算（物理吸附相當(dāng)于氣體液化過程物理吸附相當(dāng)于氣體液化過程）。）。 常用吸附劑

43、常用吸附劑 n活性炭活性炭(active carbon) 組成：組成：c n硅膠硅膠(silica gel) 組成：組成：sio2 xh2o n分子篩分子篩(molecular sieves) 組成：組成：m2/z al2o3 nsio2 mh2o 課后作業(yè)課后作業(yè) p503504: : 習(xí)題習(xí)題10.5，10.9 重點(diǎn)內(nèi)容回顧重點(diǎn)內(nèi)容回顧 b x 微小液滴的飽和蒸氣壓微小液滴的飽和蒸氣壓 1、彎曲液面附加壓力及其后果、彎曲液面附加壓力及其后果 2、固體表面、固體表面 亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài) 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附 朗繆爾單分子層吸附理論朗繆爾單分子層吸附理論 吸附過程熱力學(xué)分析吸附過

44、程熱力學(xué)分析 g0， 0， 0 本堂課學(xué)習(xí)內(nèi)容本堂課學(xué)習(xí)內(nèi)容 10.4 固固-液界面液界面 10.5 溶液表面溶液表面 10.4 固固-液界面液界面 1、接觸角與楊氏方程、接觸角與楊氏方程 2、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 3、固體自溶液中的吸附、固體自溶液中的吸附 、接觸角與楊氏方程、接觸角與楊氏方程 當(dāng)液滴在固體表面不完全展開時，在氣、液、固當(dāng)液滴在固體表面不完全展開時，在氣、液、固 三相結(jié)合點(diǎn)，三相結(jié)合點(diǎn)，液液-固界面水平線固界面水平線與與氣氣-液界面切線液界面切線間間通通 過液體內(nèi)部過液體內(nèi)部的夾角的夾角 ，稱為，稱為接觸角接觸角（contact angle) 。 、接觸角與楊氏方程、接觸角與楊

45、氏方程 楊氏（楊氏（young t）方程）方程描述了描述了接觸角接觸角與與界面張力界面張力 的關(guān)系，該方程亦適用于的關(guān)系，該方程亦適用于液液- -液界面液界面。 o s l ls 接觸角大小可用實驗測量，也可以用楊氏方程計算接觸角大小可用實驗測量，也可以用楊氏方程計算。 、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 潤濕潤濕( (wetting)就就是固體表面的氣體被液體取代的過程是固體表面的氣體被液體取代的過程 。 沾濕（沾濕（adhesion） 浸濕（浸濕（immersion） 鋪展（鋪展（spreading） 按 按潤濕程度的深淺潤濕程度的深淺或或潤濕性能的優(yōu)劣潤濕性能的優(yōu)劣，一般將潤濕，一般將潤濕 分為三類：

46、分為三類： 液 固 g l g s l s 、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 沾濕（沾濕（adhesion，附著潤濕附著潤濕） 、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 lsls a g 1cos l a g 單位面積單位面積沾濕過程吉布斯函數(shù)變：沾濕過程吉布斯函數(shù)變： 若沾濕過程自發(fā)進(jìn)行若沾濕過程自發(fā)進(jìn)行： 0 ag 180 沾濕是任何液體和固體間都能自發(fā)進(jìn)行的過程！沾濕是任何液體和固體間都能自發(fā)進(jìn)行的過程！ 沾濕（沾濕（adhesion，附著潤濕附著潤濕） 固體浸濕過程示意圖 氣 液 固 固體浸濕過程示意圖 氣 液 固體浸濕過程示意圖 氣 液 固體浸濕過程示意圖 氣 液 固體浸濕過程示意圖 氣 液 固 g-s l-s 、

47、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 浸濕（浸濕（immersion，浸漬潤濕浸漬潤濕） 、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 cos l i g 90 sls i g 單位面積單位面積浸濕過程吉布斯函數(shù)變：浸濕過程吉布斯函數(shù)變： 浸濕（浸濕（immersion，浸漬潤濕浸漬潤濕） 0 i g若浸濕過程自發(fā)進(jìn)行：若浸濕過程自發(fā)進(jìn)行： 90 當(dāng) 當(dāng) 時，液體不僅能沾濕固體，亦可浸濕固體。時，液體不僅能沾濕固體，亦可浸濕固體。 、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 l s s 單位面積單位面積鋪展過程吉布斯函數(shù)變：鋪展過程吉布斯函數(shù)變： 鋪展（鋪展（spreading） slls s g 1cos l sg 若鋪展過程自發(fā)進(jìn)行：若鋪展過程自發(fā)進(jìn)行

48、： 0 sg 或不存在或不存在 0 ，鋪展過程自發(fā)進(jìn)行。，鋪展過程自發(fā)進(jìn)行。時，時，當(dāng)當(dāng)0 s llss g 楊氏方程：楊氏方程： cos llss 、潤濕現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象 鋪展鋪展（spreading） 液體在固體表面上液體在固體表面上鋪展的必要條件為鋪展的必要條件為s0，s 越大，鋪展性能越好；若越大，鋪展性能越好；若s 浸濕浸濕 沾濕沾濕; ; 沾濕最易，鋪展最難。沾濕最易，鋪展最難。 沾濕過程沾濕過程： 0 180 浸濕過程：浸濕過程： 0 90 鋪展過程：鋪展過程： 或不存在或不存在0 潤濕過程如何判斷？潤濕過程如何判斷？討論討論 、固體自溶液中的吸附、固體自溶液中的吸附 固體自溶液中

49、吸附固體自溶液中吸附，由于，由于溶劑溶劑的存在，要比固的存在，要比固 體對氣體的吸附復(fù)雜的多。體對氣體的吸附復(fù)雜的多。 m ccv na )( 0 bc bcn n a m a 1 na kcn 固體對溶質(zhì)的吸附量，可根據(jù)固體對溶質(zhì)的吸附量，可根據(jù)溶液濃度變化溶液濃度變化計算：計算： 固體自固體自稀溶液稀溶液中吸附為單分子層吸附：中吸附為單分子層吸附： 極性極性對溶液吸附有著重要的影響。對溶液吸附有著重要的影響。 10.5 溶液表面溶液表面 1、溶液表面的吸附現(xiàn)象、溶液表面的吸附現(xiàn)象 2、吉布斯吸附等溫式、吉布斯吸附等溫式 3、表面活性劑、表面活性劑 、溶液表面的吸附現(xiàn)象溶液表面的吸附現(xiàn)象 溶

50、質(zhì)在溶質(zhì)在溶液表面相溶液表面相的濃度與在的濃度與在溶液體相溶液體相濃度不濃度不 同的現(xiàn)象，稱為同的現(xiàn)象，稱為溶液表面的吸附溶液表面的吸附。 溶液表面界面現(xiàn)象熱力學(xué)分析：溶液表面界面現(xiàn)象熱力學(xué)分析： 一定溫度、壓力下，組成一定的溶液表面吉布一定溫度、壓力下，組成一定的溶液表面吉布 斯函數(shù)降低有兩種途徑斯函數(shù)降低有兩種途徑：溶液表面積縮小；通：溶液表面積縮??；通 過溶液中過溶液中相互作用力相互作用力較弱較弱的分子富集到表面的分子富集到表面來降低來降低 表面張力。表面張力。 、溶液表面的吸附現(xiàn)象、溶液表面的吸附現(xiàn)象 力力 張張 面面 表表 濃濃度度 表面張力與濃度關(guān)系表面張力與濃度關(guān)系 一定溫度的純

51、水中，分別一定溫度的純水中，分別 加入不同種類的溶質(zhì)，溶質(zhì)濃加入不同種類的溶質(zhì)，溶質(zhì)濃 度對溶液表面張力的影響大致度對溶液表面張力的影響大致 可分為可分為三種類型三種類型，如圖所示。，如圖所示。 、溶液表面的吸附現(xiàn)象、溶液表面的吸附現(xiàn)象 類曲線類曲線： 溶質(zhì)多為溶質(zhì)多為無機(jī)酸、堿、鹽無機(jī)酸、堿、鹽或或 含有多個含有多個- -oh基的有機(jī)物基的有機(jī)物。 溶液表面張力隨濃度增加而溶液表面張力隨濃度增加而升高升高； 溶質(zhì)在表面相濃度溶質(zhì)在表面相濃度低于低于體相體相 濃度，溶液表面為濃度，溶液表面為負(fù)吸附；負(fù)吸附； 表面惰性物質(zhì)表面惰性物質(zhì)：使溶液表面：使溶液表面 張力升高的物質(zhì)。張力升高的物質(zhì)。 力

52、力 張張 面面 表表 濃濃度度 表面張力與濃度關(guān)系表面張力與濃度關(guān)系 、溶液表面的吸附現(xiàn)象、溶液表面的吸附現(xiàn)象 、類曲線：類曲線： 曲線曲線溶液表面張力隨溶液濃度增加溶液表面張力隨溶液濃度增加緩慢下降緩慢下降； 溶質(zhì)多為溶質(zhì)多為有機(jī)物有機(jī)物。 表面活性劑：表面活性劑：溶入少量就能顯溶入少量就能顯 著降低溶液表面張力的物質(zhì)。著降低溶液表面張力的物質(zhì)。 力力 張張 面面 表表 濃濃度度 表面張力與濃度關(guān)系表面張力與濃度關(guān)系 溶質(zhì)在表面相濃度溶質(zhì)在表面相濃度高于高于體相體相 濃度，溶液表面為濃度，溶液表面為正吸附；正吸附； 曲線曲線加入少量溶質(zhì)即能引起加入少量溶質(zhì)即能引起 溶液表面張力溶液表面張力急

53、劇下降急劇下降；至某；至某 一濃度后，表面張力幾乎不再一濃度后，表面張力幾乎不再 隨濃度增加而變化。隨濃度增加而變化。 、吉布斯吸附等溫式、吉布斯吸附等溫式 單位面積溶液表面層中，所含溶質(zhì)物質(zhì)的量與同量單位面積溶液表面層中，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)的量的溶劑在溶液本體中所含溶質(zhì)物質(zhì)的量的差值差值，稱為溶質(zhì)，稱為溶質(zhì) 表面吸附量表面吸附量或或表面過剩表面過剩，以，以表示，單位表示，單位molm-2。 ,0 dc d ，c;0正正吸吸附附 若若 ,0 dc d ，c 若若 ;0負(fù)負(fù)吸吸附附 ,0 dc d 無無吸吸附附作作用用0變變不不隨隨 c 若若 、吉布斯吸附等溫式

54、、吉布斯吸附等溫式 c c m 0 溶液表面的吸附等溫線溶液表面的吸附等溫線: : 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 表面活性劑的表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 表面活性劑的表面活性劑的分類分類 表面活性劑的表面活性劑的基本性質(zhì)基本性質(zhì) 表面活性劑的表面活性劑的hlb值值 表面活性劑的表面活性劑的實際應(yīng)用實際應(yīng)用 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 非極性基非極性基極性基極性基 表面活性劑分子表面活性劑分子具有具有不對稱性不對稱性： 一部分為一部分為親油親油(lipophilic)非極性基團(tuán)非極性基團(tuán)疏水基疏水基 (hydrophobi

55、c group) （含有含有10個以上碳原子的烷基）；個以上碳原子的烷基）； 表面活性劑具有兩親性質(zhì)又稱為表面活性劑具有兩親性質(zhì)又稱為兩親分子兩親分子(amphiphile)。 另一部分為另一部分為極性基團(tuán)極性基團(tuán)親水基親水基(hydrophilic group) ， 如如-cooh，-oh，-coo-等等 。 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 離子型離子型 ionic 非離子型非離子型 nonionic 陽離子型陽離子型cationic 兩性型兩性型amphoteric 陰離子型陰離子型anionic 表面活性劑的分類：表面活性劑的分類： 按表面活性劑在溶液中解離出的按表

56、面活性劑在溶液中解離出的活性基團(tuán)活性基團(tuán)分類：分類： 按 按用途用途分類：分類： 洗滌劑，潤濕劑，乳化劑，抗靜電劑，殺菌劑，柔洗滌劑，潤濕劑，乳化劑，抗靜電劑，殺菌劑，柔 順劑，起泡劑等等。順劑，起泡劑等等。 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 表面活性劑在表面活性劑在界面層定向排列；界面層定向排列； 表面活性劑在表面活性劑在溶液內(nèi)部形成膠束溶液內(nèi)部形成膠束。 表面活性劑表面活性劑顯著降低溶液表面張力；顯著降低溶液表面張力； 表面活性劑分子都是由親水性的表面活性劑分子都是由親水性的極性基團(tuán)極性基團(tuán)和憎水和憎水 性的性的非極性基團(tuán)非極性基團(tuán)構(gòu)成；構(gòu)成； 表面活性劑的基本性質(zhì)表面

57、活性劑的基本性質(zhì)： 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 表面活性劑在表面活性劑在界面層定向排列；界面層定向排列； 表面活性劑的基本性質(zhì)表面活性劑的基本性質(zhì)： 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） kc kc m 1 c m 0 m稱為稱為飽和吸附量飽和吸附量，可近似看作單位表面上定向，可近似看作單位表面上定向 排排 列呈單分子層吸附時溶質(zhì)物質(zhì)的量。列呈單分子層吸附時溶質(zhì)物質(zhì)的量。 l a m m 1 實驗測得溶液表面飽和吸附時不同表面活性劑分子實驗測得溶液表面飽和吸附時不同表面活性劑分子 橫截面積橫截面積( (am) )皆為皆為0.205nm2，這實際就是這實

58、際就是碳?xì)滏湹臋M截碳?xì)滏湹臋M截 面積面積，說明，說明表面活性劑分子定向排列在表面層。表面活性劑分子定向排列在表面層。 表面活性劑在表面活性劑在界面層定向排列；界面層定向排列； 表面活性劑的基本性質(zhì)表面活性劑的基本性質(zhì)： 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 表面活性物劑在表面活性物劑在溶液內(nèi)部形成膠束溶液內(nèi)部形成膠束。 表面活性劑的基本性質(zhì)表面活性劑的基本性質(zhì)： 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 膠束（膠束（micelle）是由幾十個或幾百個表面活性是由幾十個或幾百個表面活性 劑分子，排列成劑分子，排列成憎水基團(tuán)向里憎水基團(tuán)向里，親水基團(tuán)向外親水基團(tuán)向外的多

59、的多 分子聚集體。分子聚集體。 表面活性物劑在表面活性物劑在溶液內(nèi)部形成膠束溶液內(nèi)部形成膠束。 表面活性劑的基本性質(zhì)表面活性劑的基本性質(zhì)： 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） 形成一定形狀膠束所需表形成一定形狀膠束所需表 面活性劑的面活性劑的最低濃度最低濃度，以，以cmc 表示。表示。cmc和在溶液表面開始和在溶液表面開始 形成飽和吸附層（單分子膜）形成飽和吸附層（單分子膜） 所對應(yīng)濃度范圍一致。所對應(yīng)濃度范圍一致。 00.20.40.60.81.0 表面張力表面張力 臨界膠束濃度臨界膠束濃度 去污作用去污作用 密度改變密度改變 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率 滲透壓滲透

60、壓 濃度濃度 表面活性劑溶液的性質(zhì)表面活性劑溶液的性質(zhì) 臨界膠束濃度臨界膠束濃度: : （critical micelle concentration） 表面活性物劑在表面活性物劑在溶液內(nèi)部形成膠束溶液內(nèi)部形成膠束。 表面活性劑的基本性質(zhì)表面活性劑的基本性質(zhì)： hlb (hydrophilic-lipophilic balance)值值 ： 表面活性劑種類繁多，應(yīng)用廣泛。為解決表面表面活性劑種類繁多，應(yīng)用廣泛。為解決表面 活性劑的選擇問題，活性劑的選擇問題，1945年格里芬（年格里芬（griffin）提出提出 了了hlb法：法： 3、表面活性劑（、表面活性劑（surfactant） hlb值值