物理化學(xué)08-第八章膠體界面

表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)（一）表面現(xiàn)象P311（二）分散系統(tǒng)P4042023/1/1613.1表面自由能與表面張力界面是指兩相接觸的約幾個(gè)分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。一.表面與界面P3112023/1/16表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同。二.界面現(xiàn)象的本質(zhì)P311以純液體及其蒸氣組成的表面為例表面分子受到被拉入體相的作用力。這種作用力使表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)，并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。2023/1/16三.表面張力與表面自由能P313(1)

表面張力:液體表面收縮作用在單位長(zhǎng)度單位的力(2)

表面吉布斯自由能P3152023/1/16a.物質(zhì)本性對(duì)于同一種物質(zhì)：(3)影響表面張力的因素b.溫度：溫度升高，表面張力通常下降。γ

（固體）>γ

（液體）>γ

（氣體）2023/1/1613.2彎曲表面的附加壓和蒸氣壓P318一.附加壓力P318表面張力使彎曲表面產(chǎn)生附加壓，其方向指向曲面圓心2023/1/16二.毛細(xì)管現(xiàn)象P320毛細(xì)管現(xiàn)象：P321毛細(xì)管插入水中，凹面，附加壓P’指向液體外部，表面所受凈壓力=(P0-P’)<P0，使管內(nèi)液面升高；毛細(xì)管插入汞中，凸面，附加壓P’指向液體內(nèi)部，表面所受凈壓力=(P0+P’)>P0，使管內(nèi)液面降低；液滴、氣泡呈球形---附加壓2023/1/16三.曲率對(duì)蒸氣壓的影響P3241.開爾文公式P324液滴越小，其蒸氣壓越大2.開爾文公式的應(yīng)用示例P324（2）過熱液體的形成機(jī)理（1）人工降雨的原理2023/1/16四.液體的潤(rùn)濕與鋪展接觸角θP343

1.潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕P340<90o固體能被液體所潤(rùn)濕。>90o固體完全不潤(rùn)濕。如水銀滴在玻璃上。=0o,固體完全潤(rùn)濕。P3432023/1/162.親液性固體與憎液性固體P3443.液體的鋪展現(xiàn)象P3422023/1/16氣體在固體表面上的吸附P356一.氣固吸附的一般常識(shí)1.固體吸附氣體的內(nèi)在原因P3562.吸附質(zhì)與吸附劑P358

當(dāng)氣體或蒸汽在固體表面被吸附時(shí)，固體稱為吸附劑，被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)。常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等。2023/1/163.吸附類型P369物理吸附：化學(xué)吸附：吸附力吸附選擇性吸附速率范德華力化學(xué)鍵力無有吸附熱較小較大較快較慢4.吸附平衡與吸附量（1）吸附平衡當(dāng)吸附和脫附的速率相等時(shí)，就達(dá)到吸附平衡。2023/1/16達(dá)到吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的物質(zhì)的量或體積。

（2）吸附量qP3582023/1/16朗格繆爾(Langmuir)吸附等溫式P3605.吸附關(guān)系式b.基本假設(shè)(1)吸附是單分子層的；(2)固體表面是均勻的，被吸附分子之間無相互作用。a.基本觀點(diǎn)氣體在固體表面上的吸附是氣體在吸附劑表面凝集與逃逸（吸附與解吸）的平衡，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。2023/1/16c.表面覆蓋度P360固體表面被覆蓋的百分?jǐn)?shù)稱為表面覆蓋度，用表示。2023/1/16d.Langmuir吸附公式P3612023/1/16（1）假設(shè)吸附是單分子層與事實(shí)不符。（2）假設(shè)固體表面是均勻的也不符合實(shí)際。（3）在覆蓋度q較大時(shí)，Langmuir吸附等溫式不適用。f.對(duì)Langmuir吸附理論的評(píng)價(jià)：貢獻(xiàn)：存在的缺點(diǎn)：

Langmuir吸附等溫式是一個(gè)理想的吸附公式，它在吸附理論中所起的作用類似于氣體運(yùn)動(dòng)論中的理想氣體狀態(tài)方程。2023/1/16溶液的表面吸附一.溶液表面的吸附現(xiàn)象P325

正吸附---表面活性物質(zhì)負(fù)吸附---非表面活性物質(zhì)2023/1/162.表面活性劑P344（1）定義：能使溶劑的表面張力γ明顯降低的溶質(zhì)稱為表面活性劑。（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：“雙親性”極性基團(tuán)(親水)非極性基團(tuán)(憎水)2023/1/16兩親分子在氣液界面上的定向排列。3.表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)2023/1/16表面活性劑及其應(yīng)用離子型非離子型正離子型負(fù)離子型表面活性劑一.表面活性劑的分類P344二.膠束和臨界膠束濃度P3471.膠束：表面活性劑溶解在水中達(dá)一定濃度時(shí)，其分子會(huì)自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種多分子聚集體稱為～

。2023/1/16隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。2.臨界膠束濃度：表面活性劑在水溶液中形成膠束所需的最低濃度，或開始形成膠束的最低濃度，稱為～。2023/1/162023/1/16三.表面活性劑的作用P352表面活性劑的用途極廣，主要有五個(gè)方面：1.潤(rùn)濕作用表面活性劑可以降低液體表面張力，改變接觸角的大小，從而達(dá)到所需的目的。例如，要農(nóng)藥潤(rùn)濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90°。2023/1/162.起泡作用“泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。也有時(shí)要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度，消除氣泡，防止事故。2023/1/163.增溶作用非極性有機(jī)物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。溶解作用會(huì)使溶劑的依數(shù)性出現(xiàn)很大變化，增溶作用對(duì)依數(shù)性影響很小。2023/1/164.乳化作用P446一種或幾種液體以極小的液滴形式分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散體系稱為乳狀液。要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的水包油乳狀液(O/W)，或以油為連續(xù)相的油包水乳狀液(W/O)。有時(shí)為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。2023/1/165.洗滌作用洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對(duì)被清洗物體的潤(rùn)濕作用，又要有起泡、增白、占領(lǐng)清潔表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性劑的去污過程可用示意圖說明：A.水的表面張力大，對(duì)油污潤(rùn)濕性能差，不容易把油污洗掉。2023/1/16

B.加入表面活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。

C.污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，潔凈表面被活性劑分子占領(lǐng)。2023/1/16分散系統(tǒng)的分類P404把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散系統(tǒng)。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相，另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)。按分散相粒子大小可分為3.粗分散系統(tǒng)粒子大小2.膠體分散系統(tǒng)1.分子分散系統(tǒng)<10-9m(1nm)10-9-10-7m(1～100nm)>10-7m(100nm)2023/1/16膠體和膠體的基本性質(zhì)P405膠體---溶膠2023/1/16四、溶膠粒子的結(jié)構(gòu)P407

由于很高的表面能，表面吸附能力強(qiáng)，膠核會(huì)選擇性地吸附體系中的某種離子。2023/1/16膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示膠核膠粒膠團(tuán)緊密層分散層例：KI+AgNO3→AgI（I-過量）2023/1/16膠粒是帶電的（增強(qiáng)了溶膠的穩(wěn)定性），所帶電性由被吸附的離子決定，膠團(tuán)（溶膠）是電中性的。若制備AgI溶膠時(shí)，AgNO3溶液過量，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)可表示為：膠核膠粒膠團(tuán)2023/1/16溶膠的光學(xué)及力學(xué)性質(zhì)

1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會(huì)聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一混濁發(fā)亮的光柱，這就是Tyndall效應(yīng)。一.Tyndall效應(yīng)P424

2023/1/16可見光的波長(zhǎng)約在400~700nm之間，膠體分散體系（大分子化合物溶液）分散相粒子半徑在1～100nm，主要發(fā)生光散射作用出現(xiàn)Tyndall現(xiàn)象。Tyndall效應(yīng)實(shí)質(zhì)是粒子對(duì)光的散射作用。

Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與小分子溶液的最簡(jiǎn)便的方法。2023/1/16二.Brown運(yùn)動(dòng)P4171827年植物學(xué)家布朗（Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運(yùn)動(dòng)為布朗運(yùn)動(dòng)。2023/1/16P417通過大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。其運(yùn)動(dòng)激烈的程度不隨時(shí)間而改變，但隨溫度的升高而增加。2023/1/16Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)1905年和1906年愛因斯坦（Einstein)和斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski)分別闡述了Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。認(rèn)為Brown運(yùn)動(dòng)是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對(duì)膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隨著粒子增大，撞擊的次數(shù)增多，而作用力抵消的可能性亦大。2023/1/162023/1/16三、擴(kuò)散P418膠粒也有熱運(yùn)動(dòng)，因此也具有擴(kuò)散。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。擴(kuò)散速率與濃度梯度和截面積成正比。2023/1/16四、沉降與沉降平衡P421當(dāng)重力作用下的沉降與濃差作用下的擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度。這種平衡稱為沉降平衡。2023/1/16溶膠的電性質(zhì)P428一、電動(dòng)現(xiàn)象P4292.電滲

P4321.電泳

P429在外電場(chǎng)作用下，分散相與分散介質(zhì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電動(dòng)現(xiàn)象。在電場(chǎng)作用下，固體的分散相粒子在液體介質(zhì)中作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。在電場(chǎng)作用下，固體膠粒不動(dòng)，液體介質(zhì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電滲。2023/1/16實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：氫氧化鐵、氫氧化鋁溶膠以及次甲基藍(lán)等堿性染料帶正電；金、銀、鉑、三硫化二砷、硅酸等溶膠及淀粉顆粒、微生物等常帶負(fù)電。從電泳現(xiàn)象可以獲得膠?；虼蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)、大小和形狀等有關(guān)信息。1.電泳2023/1/162.電滲如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)向陰極移動(dòng)；反之，多孔膜吸附陽離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽極移動(dòng)。電滲方法有許多實(shí)際應(yīng)用，如溶膠凈化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。在U型管1,2中盛電解質(zhì)溶液，將電極5,6接通直流電后可從有刻度的毛細(xì)管4中，準(zhǔn)確地讀出液面的變化。2023/1/166.4平衡常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定（1）物理方法

直接測(cè)定平衡系統(tǒng)的物理性質(zhì)如折光率、電導(dǎo)率、顏色、體積、壓力、密度等，求出平衡的組成。（2）化學(xué)方法用驟冷、抽去催化劑或沖稀等方法使達(dá)到平衡的反應(yīng)停止，然后用化學(xué)分析的方法求出平衡的組成。無論哪一種方法，都要首先判斷系統(tǒng)是否達(dá)到平衡1/16/2023判斷是否達(dá)到平衡的方法若體系已達(dá)到平衡，在外界條件不變時(shí)，體系中各物質(zhì)的濃度不再隨時(shí)間而變化。無論反應(yīng)物從正向開始還是產(chǎn)物從逆向開始，達(dá)到平衡后，所得平衡常數(shù)相等。任意改變參