物理化学胡英第四版配套课件第7章界面化学3.ppt

LB膜(Langmuir Blodgett film) 　 物??? 理??? 吸??? 附 化??? 学??? 吸??? 附 吸附力 范德华力 化学键力 吸附热 较小，近于液化热，一般在5-40kJ每摩尔 较大，近于化学反应热，一般绝对值大于80 kJ·mol-1 选择性 无选择性 有选择性 稳定性 不稳定，易脱附 比较稳定，不易脱附 分子层 单分子层或多分子层 单分子层 吸附速率 较快，不受温度影响，故一般不需要活化能 较慢，温度升高则速度加快，故需活化能 物理吸附和化学吸附的势能曲线示意 X2双原子气体分子在金属M上吸附 化学吸附 物理吸附 解离能 Ea 吸附大小的描述 以固体对气体的吸附为例。 吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的气体体积 （一般换算成STP下的体积）或物质的量 ，称为吸附量。用Γ表示。 一定固体对特定气体的吸附量是温度和压力的函数。 吸附等压线 吸附等温线 吸附等量线 吸附曲线 吸附等压线 随着温度增加，吸附量减少。 吸附等量线 一定吸附量下，升高温度，气体压力增大。 吸附等温线 五种类型 I. 78 K, N2 / active carbon II. 78 K N2 / silica gel or iron catalyst III. 352 K Br2 / silica gel IV. 323 K benzene / Fe2O3 V. 373 K water / active carbon 吸附等温线 * * 7.5 Gibbs等温方程 溶液表面吸附现象 单位界面过剩量（吸附量） 应用 恒温下溶液表面张力与溶液浓度的关系 I II III 三种类型 溶剂 溶质 A A A B 溶液表面的吸附现象 A B A B （1） （2） 表面张力减小， 表面相浓度高，正吸附 表面张力增大， 表面相浓度低，负吸附 B A 溶质在表面相中的浓度不同于其在体相中的浓度 水溶液表面张力与浓度的关系（I） I. 溶质为无机盐、不挥发性酸碱（Na2SO4，KOH等） 水 极性分子 无机盐、不挥发性酸碱 带电离子 强烈作用 表面张力 溶质在表面层的浓度 负吸附 水溶液表面张力与浓度的关系（II） II. 溶质为有机脂肪酸、醇、醛、胺及其衍生物 水 极性分子 有机物 非极性分子 弱相互作用 表面张力 溶质在表面层富集 正吸附 III. 溶质为表面活性物质 使溶液表面张力降低的溶质称为表面活性物质。 例如有肥皂、8碳以上直链有机酸的碱金属盐、直链烷基磺酸钠、高级脂肪酸等。 表面活性剂的一端具有亲水基，另一端具有憎水基。 水溶液表面张力与浓度的关系（III） 亲水基 憎水基/亲油基 正吸附 负吸附 表面定向排列，形成致密膜--单分子层膜. 单分子层膜由Langmüir通过他的早期实验观察到，指出C14 到 C18的脂肪酸紧密堆积(close packed)时每个分子占据的面积是相同的，与碳链的长短无关。 表面活性剂在水中存在的状态 CMC：临界胶束浓度 形成胶束后，溶解度增加 Gibbs界面模型 (教材p125-128) 单位界面过剩量 单位：mol m-2 吉布斯认为界面过剩量是由于表面的吸附造成的。 单位界面吸附量：即单位界面过剩量。 由于SS’的位置有任意性，Gibbs提出将SS’面定在溶剂的界面过剩为0的地方。则其代表相对于溶剂1的溶质i的相对单位界面过剩量。 正吸附 负吸附 吉布斯吸附等温方程(p139) 又 所以 稀溶液 吸附等温线 吸附等温线举例 NaCl NaCl 丁酸 丁酸 表面张力与浓度变化图 界面吸附量与浓度变化图 ?2(1) 的单位是 mol m-2, 因此每个被吸附分子所占的平均横截面积 Ao： L是Avogadro常数 0.274 ~ 0.289 R-OH 0.302 ~ 0.310 R-COOH A0 / nm2 compounds 应用：估算吸附分子的横截面积 是饱和界面吸附量 例如： 表面活性剂的重要应用 矿物浮选 由上世纪20一30年代由美国科学家I.Langmuir及其学生K.Blodgett建立的一种单分子膜沉积技术。即在水—气界面上将不溶解的分子加以紧密有序排列，形成单分子膜，然后再转移到固体上的制膜技术。 构筑有序分子 利用LB法制备的固体支撑纳米粒子阵列 生物膜与仿生膜 2003年Nobel化学奖 小结： 单位界面过剩量 Gibbs等温式 表面活性物质与表面非活性物质 吸附等温线 饱和吸附量 估算每个被吸附分子所占的横截面积 某表面活性剂的