胶体与界面化学习题ppt.ppt

表面现象 1、表面现象产生的根本原因是什么？ 答：物质表面层的分子与内部分子的周围环境不同。内部分子所受其周围邻近相同分子的作用力是对称的，各方面的力彼此抵消。但在表面层的分子却不一样，它们一方面受到本相内分子的作用，另一方面又受到相邻分子的作用，这两方面的作用力是不相同的，不能抵消 因此，表面层的分子与内部的分子不相同，表面层的性质与内部也不相同。这就是产生表面现象的根本原因。 2、液体表面能是怎样产生的？ 答 液体内部的分子，所受其周围的分子的作用力是对称的，彼此可以抵消。而处于液体表面层的分子则不同。表面层 的液体分子一方面受到内部分子的作用力，另一方面又受到气相分子的作用力。由于气相密度小，表面层分子所受到的内部分子力对他的引力要远远大于气相分子对它的引力。这些力的总效果是指向内部的拉力。这个力总是力图把液体表面层分子拉向内部，使表面积缩小。因此，液体内部的分子要移到表面 层来，就必须反抗这个指向内部的拉力而作功。这个功就成了表面层分子的位能而储存在表面。即表面层分子比内部分子具有较多的能量。这就是液体的表面能。 3 在什么情况下要考虑物质的表面性质？举例说明。 答 一般说来，当物质分散度比较高，比表面很大，表面能占有不可忽视的地位时，就要考虑表面性质。例如：水的饱和蒸汽压是温度的函数。在20度时，蒸气压17.5mmHg柱，这是对正常的水而言的。如果水滴很小，其蒸气压就不止是温度的函数，而且与水滴的半径有关。水滴半径越小，蒸气压越大。当水 滴半径小到10—6cm时，蒸气压是正常值的1.114倍。这就要考虑表面的性质了 4 表面能、表面自由焓，比表面自由焓 表面张力是否是同一概念？ 答 由于液体表面层分子受到一个指向内部的力，当其表面扩大时，必有一部分内部的分子转移到表面上来，这就要克 此拉力而作功。此功就成为表面分子的位能（比内部分子多余的能量）而储存在表面。这就是表面能。通常所说的表面能就等于增加单位表面积所要对体系所做的功。即表面能。 当把比表面能与体系的热力学函数联系起来时，要注意条件。在恒温恒压和组成不变的情况下，表面积增加DA所需的 对体系做的功为： σ就是恒温恒压下和组成不变的条件下增加单位表面积所引起的体系的自由焓变化，称为能够为表面自由焓（简称表 面自由焓）。可见，表面能、表面能、比表面自由焓都是同一个概念的不同称法。 表面张力是力图缩小液面的一种张力。它是作用在液面上任一条线的两侧，垂直于该线并沿液面的切面向着两侧的拉力。要使液面表面增加，就要反抗表面张力而对体系作功。表面张力的单位是 牛顿/米。若分子分母都乘以米，则变成焦耳/米2，就是表面能的单位。可见，表面张力不仅在数值上，而且在量纲上都等于表面能。所以，一般把σ也称为表面张力。在许多公式推导中，表面能和表面张力都用σ这个符号，互相代替也不会引起误会。 但是严格说来，表面张力是一种张力， 表面能是一种能量，在概念上是不同的由于他们关系密切，在数值上，量纲上都一致。所以，可以互相代用。 5 表面张力的存在是由于液体表面层分子受到一个指向内部的力而引起的，然而表面张力作用的方向却是沿液面的切向方向。二者的方向不同，是否矛盾？ 答 从力学上来看，一个力在与其作用方向相垂直的方向上的分力等于零。从这种意义上来说，表面层分子所受到的指向液体内部的拉力，不可能在沿液面方向有分力。但是要注意的是：表面层分子所受到的这种拉力，是分子之间的引力，是微观的里。而表面张力是一种宏观的力，是表面层亿万分子受到上述微 观力的作用后的宏观表现。这样理解就不会感到有矛盾了。 6 一把小麦，用火柴点燃并不容易着火若将它磨成极细的面粉，并使之分散在一定的容积的空气里，却很容易着火，甚至会引起爆炸。这是为什么？ 答 这有两方面的原因。磨成极细的面粉 后，比表面大大增加。磨的越细，其表面能越高，所处的状态就越不稳定，其化学活性也越大，因而容易着火。这是热力学方面的原因。另外，由于细粉的比表面很大，着火后，燃烧反应的速度很大，单位时间放出的热量越多，也容易引起爆炸。 7 容器内放有油和水，用力震荡使油和水充分混合，但是静止后，为什么油和水仍然自动分层？ 答 用力震荡十油和水充分混合，油和水的分散度增高，油水界面增大，体系的表面能也增大，处于不稳定状态。静止后，油和水分分层的过程是一个减小油水界面积的过程，是自由焓降低的过程 所以自动进行。 8 为什么小液滴和小气泡总是呈球状而不会成别的几何形状？为什么液滴越小，越更接近球形？ 答 由于表面张力的作用，或由于表面自由焓降低是自发的，液滴总是力图缩小其表面积。比表面记最小的几何形状就 是球形，所以小液滴和小气泡总是球形的。小液滴越小，比表面越大，表面现象越突出，越更容易接近球形。 9 弯曲的液面不是球