10界面现象1课件.VIP

第十章 界面现象 Interface Phenomenon 学习要求： 第十章 界面现象 引 言 2.气-固界面 3.液-液界面 4.液-固界面 5.固-固界面 §10.1 界面张力1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数 3.界面张力及其影响因素 §10.2 弯曲液面的附加压力及其后果1.弯曲液面的附加压力——拉普拉斯方程 2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔文公式 3.亚稳状态及新相的生成 §10.3 固体表面 1.物理吸附与化学吸附 2.等温吸附 3.吸附经验式——弗罗因德利希公式 4.朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式 朗缪尔的生平简介 5.多分子层吸附理论——BET公式 BET公式 BET公式 BET公式 6.吸附热力学 §10.4 液-固界面1.接触角与杨氏方程 2.润湿现象 3.固体自溶液中的吸附 §10.5 溶液表面1.溶液表面的吸附现象 2.表面过剩与吉布斯吸附等温式 3.表面活性物质在吸附层的定向排列 4.表面活性物质 根据这种紧密排列的形式，可以计算每个分子所占的截面积am。 式中L为阿伏加德罗常数，Gm原来是表面过剩，当达到饱和吸附时,Gm可以作为单位表面上溶质的物质的量。 物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键相结合。 物理吸附与化学吸附 物理吸附 1.吸附力是范德华引力，一般比较弱。 2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个 kJ/mol以下。 3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体。 4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 5.吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。 总之，物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。 化学吸附 1.吸附力是化学键力，一般较强。 2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol 以上。 3.吸附有选择性。 4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。 5.吸附是单分子层的。 总之，化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。 吸附量的大小，一般用单位质量吸附剂所吸附气体的物理的量来表示 (1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。 (2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。 对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即： 通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如： (1)T=常数，Va = f (p)，得吸附等温线。 (2)p=常数，Va = f (T)，得吸附等压线。 从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。 常见的吸附等温线有如下5种类型：(图中p/ps称为比压，ps是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压，p为吸附质的压力) (Ⅰ)在2.5nm以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。例如78K时N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的吸附。 (Ⅱ)常称为S型等温线。发生多分子层吸附。在比压接近1时，发生毛细管和孔凝现象。 (Ⅲ)这种类型较少见。当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温线，如352K时，Br2在硅胶上的吸附。 (Ⅳ)多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。例如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。 (Ⅴ)发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。例如373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。 n和k是两个经验常数，对于指定的吸附系统，它们是温度的函数。Freundlich公式适用于中压范围。 以lgVa-lgp作图，得一直线，由直线的斜率和截距可求出n和k。 单分子层吸附理论要点： （1）单分子层吸附； （2）固体表面是均匀的； （3）被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力； （4）吸附平衡是动态平衡。 设：表面覆盖率 则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数 v(吸附)=k1p( 1-q )N v(脱附)=k-1qN 达到平衡时，吸附与脱附速率相等。 θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积 v(吸附)=k1p( 1-q ) v(脱附)=k-1q = k1 k-1 k1=p(1 - q )=k-1q 设b = k1/k-1 得： 这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中b称为吸附系数，它的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。 美国物理化学家朗缪尔(Langmuir)，1881年1月31日生于纽约的一个贫民家庭。1903年毕业于哥仑比亚