清华 朱文涛 物理化学 完整版11 表面化学与胶体的基本知识.ppt

若?G 0，则铺展 若?G≥0，则不铺展 ∴ ?G＝ ?l-g A + ?s-l A －?s-g A 即 ?G/m2＝ ?l-g + ?s-l －?s-g 0 则铺展 ≥ 0 则不铺展 润湿与铺展问题的区别，处理方法的共性及普遍意义： 三、毛细现象及液体表面张力的测定方法： 自学 11－5 溶液表面 液体自动降低表面能 纯液体：A↓ A↓ ?↓：通过自发改变表面情况(∵ sln的?与浓度有关) 溶液 一、溶液的表面张力和表面吸附现象 (Surface tension of solution and adsorption at solution surface) ?* ? Ⅰ(无机盐) Ⅱ(极性有机物) Ⅲ(表面活性剂) 1.溶液表面张力与浓度的关系： ? =? (T, p, cB) or ? =? (T, p, bB) 在等T等p下： ? =? (cB) cB (bB) 2. 溶液表面吸附现象： A B ?(表面相)，bB? fA fB sln (溶液体相或本体)， bBsln fA ≠ fB 若fA fB ，则 bB? bBsln (f大者更易进入本体)。 若fA fB ，则 bB? bBsln。 正吸附 负吸附 定义： bB? ≠ bBsln 的现象，叫表面吸附 吸附平衡： 3. 表面吸附量： 达吸附平衡时，表面相含： nA? ， nB? 体相中nA?溶剂所溶溶质： nB’ 令?nB = nB? - nB’ 定义： 意义：1m2表面上的溶质比同量溶剂在体相中所溶溶质的超出量。表面超量、表面过剩、表面浓度，mol.m-2。 ?反映吸附的性质和强弱： ? 0，正吸附， ?越正表明正吸附越强 ? 0，负吸附， ?越负表明负吸附越强 二、Gibbs吸附方程 对均相系统(以二元为例)：G = G(T, p, nA, nB)。若把?视为一个相：G? = f(T, p, nA?, nB?, A)，是nA?, nB?, A的一次齐函数。 Euler定理： (1) 基本关系式： (2) (1)=(2)： 在等T等p下： (3) (表面相G-D公式) (表面相集合公式) (3) 体相G-D公式 即 代入(3)： 即 即： 近似： or Gibbs吸附方程 (1) 意义： 表面活性物质， ? 0，正吸附，B在表面上浓集； 则? 0，负吸附，A在表面上浓集； (2) 的求取： 方法 经验公式 实验 ∴ 能够使?降低的物种总是相对浓集在表面上 (3) 最大吸附量 (饱和吸附量) 许多? -cB测定结果均为 ? cB ?max ?max的意义： 代表的表面状态： 11－6 表面活性剂 Surface active agent (SAA) 定义：加入少量即能够明显降低水的表面张力 的物质。大量正吸附。 一、SAA的分子特征 不对称性：一端是极性的亲水基，另一端是非极性的憎水基(亲油基)。例如脂肪酸钠 CH3-CH2-…-CH2-C O ONa 憎水 亲水 g sln (1) SAA分子在溶液表面上定向排列： 相界面两侧极性不同； “相似相溶”原理。 (2) 在溶液内部形成胶束 (micella) 定义及产生原因： 分类： 球状 层状 棒状 内部形成胶束的溶液与真溶液不同：多相 内部形成胶束的溶液与一般多相系统不同： 低G，稳定 临界胶束浓度 Critical micellar concentration (CMC) 二、SAA的分类 离子型：电离，如脂肪酸钠 非离子型：不电离，如多元醇 三、SAA的应用 应用广泛，无处不在，发展快 1. 改变润湿程度： 喷洒农药 棉布的防水处理 l 3. 起泡作用： 泡沫的稳定性是相对的：不稳定性 是绝对的 p1 p2 p2 p1 2. 增溶作用： p p p p p p Plateau通道 Gibbs三角 加入SAA会延长泡沫寿命，即增强稳定性。 4. 反胶束法制备Pt/C和Pt-Ru/C催化剂 研究目的 制备尺寸均一、大小可控的Pt及Pt合金颗粒 现有制备工艺 浸渍法 B?nnemann法 插层化合物反应合成方法 离子交换法 胶体法 反胶束法制备纳米微粒的形成机理示意图： A B A B Mixing Nucleation Growth C Interchange 11－7 固体表面 (Solid surface) 一、固体表面的吸附现象 (Adsorption) g s 固体是如何自动降低表面能的： 从外部空间捕获气体分子(吸附) 吸附实例：防毒面具、催化、 分子筛 吸附剂和吸附质 (Adsorbent and adsorb