第六讲 界面现象和吸附.ppt

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当分子从液体内部移向表面时,须克服此力作用做功。使表面分子能量要高于内部分子能量。于是当液体表面积增加(即把一定数量液体内部分子转变为表面上分子)体系总能量将随体系表面积增大而增大。 表面(过剩)自由能:对一定量的液体,在恒T.P下体系增加单位表面积外界所做的功。即增加单位表面积体系自由能的增量。dG = -SdT + VdP + σdA 注意:表面自由能并非表面分子总能量,而是表面分子比内部分子自由能之增值。 (1)极性物质的γ非极性物质; (2)结构相似时,分子量越大,γ越高; (3)芳环或共轭双键一般 饱和碳氢化合物; (4)一般有机液体的γ在20~50 mN/m; (5)水是常见液体中表面张力最高的约72 mN/m; (6)熔盐及液体金属γ最高。Hg 486.520, Fe He 0.3651K 。 3. 温度压力对表面张力的影响 一般液体的表面张力皆随温度升高而降低(几乎全部,有特例)表面张力可看作分子间作用力的一种度量。温度升高,分子动能增加,分子间吸引力部分被克服。故dγ/ dT 0。 个别液体的表面张力温度系数为正值例如液体金属铜和锌。 温度变化不大时(10~20℃)有近似的线性关系。 通常压力对表面张力影响不大。 原则上,知道密度差和表面张力值就可以得出液面外形曲线z*=f(x*);反之,有了滴外形曲线、大子因子和密度亦能计算表面张力值。为此需微分方程式、但此式过于复杂,难以求出分析解,B-A给出了数值解。以? 和? 为参量算出对应的x/b和z/b列成数据表,简称B-A数据表。 在重力场中,只有密度差为0时才会出现球形液面。? 值相同b值不同,液滴形状相同,差别在于大小不同,故b值收做大小因子。 二、弯曲液面 所取? 值的变化范围是从0.125~100,取值间隔为0.125,0.25(? =0.25~1.0),0.5(? =1.0~20.0),1.0(? =20~50,96~100),2.0(? =50~96),? 值的变化范围从5°~180°,间隔为5°。B-A方程是精确研究许多表面性质的基础,B-A表宠大,精确,发表于1883年,迄今已有100多年的历史,是在还没有计算机的年代算出来的,后来用电子计算机验算证明它精确无误。在此基础上又扩大了B-A表? 值的范围,缩小了? 及? 取值间隔,使之更为精确。 二、弯曲液面 5. 表面张力的测定 (1)毛细管上升法 毛细管上升或下降的高度公式: 式中,r——毛细管半径; 当液体完全润湿时,?=0°,因此可用高度来计算?值。 二、弯曲液面 当在空气中,简化为 (2) 环法(Du Nouy法) 通常用铂丝制成圆挂环,将它挂在扭力秤上,然后转动扭力丝使环缓缓上升,当环与液面突然脱离时,所需的最大拉力为F,它和液柱重量相等,也和沿环周围的表面张力相等,即: F = 4?(R + r)? R——球的内半径; r——环的丝半径。 二、弯曲液面 环法表面张力仪原理图 所以 实际上,拉起的液柱重量并不是圆柱形,故上式必须乘上一个校正因子f 。 二、弯曲液面 校正因子f 是(R3/V)和(R/r)的函数,其中V是圆环提起的液体体积,可自F = mg = V?g的关系算出,从而算出(R3/V),结合(R/r)从表中查出。 (3)吊片法(又称Wilhelmy法) 二、弯曲液面 与脱环法相似,是测定液面拉脱吊片时的最大拉力,后来经改进,不再将片拉脱液面,他们用打毛的铂片,测定当片的底边平行液面并刚好接触液面时的拉力F,使此法具有完全平衡的特点。 F = 2 (L + L’)? L 和L’分别代表吊片宽度和厚度,2 (L + L’)为吊片周长,也可看作仪器常数,用已知表面张力的液体较正得出。 吊片法测定液体表面张力 该法设备简单,操作方便,除测力装置的精度外,唯一的要求是液体必须能很好地润湿吊片,保持接触角为0°,否则将使测定值明显偏低,将吊片打毛有助于达到这一要求。 二、弯曲液面 (4) 最大压差法(气泡最大压力法) 最大压差法测定液体表面张力 二、弯曲液面 基本公式 R——毛细管内半径,可由已知表面张力的液体测出。 该法仪器设备简单,操作方便,常常用来测定熔融金属及熔盐的表面张力。缺点是气泡不断生成可能扰动液面的平衡,引起液面污染及改变液

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