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第4、5、7章要点总结
第4、5、7章要点总结
一、基本要求
1.理解表面吉布斯函数、表面张力的概念。
2.正确理解弯曲液面下的附加压力的概念,掌握拉普拉斯(Laplace)方程及应用。
3.了解润湿现象,掌握接触角概念及杨氏(T.Young)方程。
4.理解弯曲液面上的饱和蒸气压与平面液体饱和蒸气压的不同,掌握开尔文(Kelvin)公式的意义及应用。
5.理解亚稳状态可能存在的原因。
6.理解物理吸附与化学吸附的区别。
7.掌握兰格谬尔(Langmuir)单分子层吸附理论和吸附等温式及应用。
8.了解B.E.T多分子层吸附等温式意义及其应用。
9.了解溶液表面上的吸附现象,理解正吸附和负吸附的热力学原因及有关计算。
10.了解表面活性剂的分类及临界胶束浓度(C.M.C)概念。
11.了解表面活性剂的主要作用。
二、内容精要
1.表面与界面
密切接触的两相之间的过渡区称为界面,它包括气——液、气——固、液——液、液——固及固——固的界面。含有气相组成的界面如气——液、气——固称为表面。
2.分散度
分散度:物质分散成细小微粒的程度。通常用比表面来表示,即用单位体积或单位质量的物质所具有的表面积来表示分散度。
3.表面功、表面吉布斯函数与表面张力
(1)表面功:在温度、压力和组成恒定时,可逆地使表面积增加dA所需要对体系作的功。可表示为
(2)表面吉布斯函数:广义地定义是指在相应的特征变量和组成不变的情况下,每增加单位表面积时其热力学函数的增值;
狭义地定义是指在温度、压力和组成恒定时,可逆地增加单位表面积时体系吉布斯函数的增值。
(3)表面张力:指在液体表面的切线方向上垂直作用于单位长度上的紧缩力。它在数值上等于当温度、压力及组成恒定时,增加单位表面积时对体系所必须做的可逆非体积功,即
或
表面张力、表面功与表面吉氏函数是不同的概念,单位不同,但数值和量纲相同。
(4)注意事项:
①分子间力与表面张力:分子之间作用力是产生表面张力的微观原因,而表面张力则是界面层大量分子受到这种微观作用后在宏观上的反映。
②表面张力与物质本性有关,分子间作用力越大,表面张力也越大。
③表面张力与接触相的性质有关,通常所说的液体表面张力是指它与其饱和蒸汽的空气相接触而言的。
④表面张力与温度有关,一般地,液体的表面张力随温度升高而降低。
⑤表面张力是强度性质。
⑥高度分散的系统,表面积A作为系统状态的参数,不可忽视。
4.润湿现象
(1)润湿的分类
①沾湿:液体直接与固体接触,变气----液界面和气----固界面为液----固界面的过程。沾湿能否自发进行,可用恒温恒压下表面吉氏函数判据来确定。
②浸湿:固体直接浸入液体中,气----液界面变为液----固界面的过程。浸湿能否自发进行,可用恒温恒压下表面吉氏函数判据来确定。
③铺展:液体在固体(或液体)表面上排除空气自动展开的过程。铺展能否自发进行,也可用恒温恒压下表面吉氏函数判据来确定
(2)润湿角()与杨氏(T.Young)方程
润湿角:液滴在固体表面平衡,三相交点为O,沿气——液界面画切线,和液固(包括)的夹角θ称润湿角(或称接触角),如图所示。
杨氏(T.Young)方程:平衡时,三界面张力在O点的合力为零,即
上式谓杨氏方程,亦称润湿方程。
润湿程度习惯以润湿角大小判别,θ<90o为润湿,θ>90o为不润湿,θ=0o完全润湿,θ=180o为完全不润湿。
5.弯曲液面下的附加压力与毛细现象
(1)弯曲液面下的附加压力:由于表面张力的作用,弯曲液面的两侧存在一压力差△p,称为弯曲液面下的附加压力。可表示为
其中,r为曲率半径,若为水平液面,r=∞ , △p=0;若为凸液面 r取正值,△p>0;若为凹液面,r取负值,△p<0;若为空气中的气泡,因有两个气液界面,视内外r相等,
(2)毛细现象:将毛细管插入液体中,发生液面沿毛细管上升或下降的现象,称为毛细现象。上升或下降的高度h可由下式来求
其中,ρ是液体的密度,σ为液体的表面张力,g是重力加速度,r是毛细管半径,θ为接触角。
6.弯曲液面上的饱和蒸汽压----开尔文(Kelvin)方程
曲率半径为r的弯曲液面上的饱和蒸汽压pr可由下式求得,
该式称为开尔文(Kelvin)方程,恒温时,M(液体的摩尔质量)、p(水平液面的饱和蒸汽压)、R、ρ均为常数。
对于凸液面(如微小液滴),r>0,则pr>p,r越小、pr越高(蒸气过饱和现象由此产生),凹液面(如液体中的小气泡),r<0,pr<p,r越小、pr越低(毛细管冷凝,过热液体等现象由此产生)。
此方程适用于在一定温度下圆形液滴或固体粒子上的饱和蒸汽压pr的计算。
7.亚稳状态
亚稳状态
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