第三节 表面现象(合).ppt

第三章 表 面 现 象 界面与表面： 密切接触的两相的过渡区，称为界面，如果其中一相为气相，称为表面。 气液、气固、液液、液固、固固界面 界面现象： 指发生在界面上的一切物理现象（如吸附、润湿） 和化学现象（如在固体催化剂表面上发生催化反应）。 本章内容 1 表面张力 2 曲界面两侧的压力差 3 吸附 4 润湿 5 毛细管现象 第一节 表面能与表面张力 一、表面张力 单位表面所具有的表面能（能量） 增加单位表面所需要做的功（功） 作用在单位长度表面的力（力） 从力角度理解表面（界面）张力 （1）作用在表面的边界线上； （2）垂直于边界线； （3）指向表面的中心并与表面相切 二、影响表面张力大小的因素 1、温度越高，表面张力越低 二、影响表面张力大小的因素 2 压力变高，表面张力变低; 压力对液液界面张力影响小 三、表面能自动趋于减少的规律 在净吸引力的作用下，表面有自动收缩的倾向（液体表面就如同一层绷紧了的富于弹性的橡皮膜，不是很贴切的类比）。 在等温条件下，表面能自动趋于减少。 曲界面压力差、吸附、润湿和毛细管现象都是该规律起作用的表现。 第二节 曲界面两侧的压力差 曲界面压差的实验证明 从能量的角度阐述曲界面两侧压差产生原因： 对于液体下的一个气泡，半径为r，我们 试图使其半径增加dr，则 体积增加 ， 表面积增加 ， 此过程作功： 曲界面两侧压差公式推导 按照表面能的概念，表面能增加 ?dA= ? 8?rdr 因此 ?p 4?r2dr= ? 8?rdr 曲界面压差公式推导 说 明 r为曲率半径； ?p?1/r； 只适用于球形界面； 说 明 曲界面两侧压差，方向会判断 例题1 例2 练 习 104页7题 练 习：推导肥皂泡内外压差计算公式 练 习：推导肥皂泡内外压差计算公式 第三节 吸 附 基本概念 吸附：相表面浓度与相内部浓度不同的现象。 正吸附：相表面浓度大于相内部浓度的现象。 负吸附：相表面浓度小于相内部浓度的现象。 基本概念 表面活性物质：产生正吸附从而使表面张力 降低的现象。有机酸、醇、 醛、酮等。 表面惰性物质：产生负吸附从而使表面张力 升高的现象。无机酸、碱、 盐等。 主要内容 一、气液界面上的吸附 二、液液界面上的吸附 三、固体从溶液中吸附 一、气液界面上的吸附 吸附量：单位面积上吸附的物质的量。 脂肪酸的吸附规律 甲酸 乙酸 丙酸 丁酸 一、气液界面上的吸附 一、气液界面上的吸附 十二烷基硫酸钠 Gibss吸附等温式 作用：描述吸附量与溶液浓度、表面张力随浓度变化率的关系。 内容： Gibss吸附等温式 Г-吸附量，mol/m2 C-吸附质在溶液内部的浓度，mol/L R-通用气体常数，N.m/(K.mol) T-热力学温度，K σ-表面张力，N/m 说 明 1、注意单位的使用 2、d?/dc的含义及求法 3、d?/dc与吸附量?的符号 4、由热力学导出，适应于气液界面和液液界面（稀溶液） 练 习 在25?C时，乙醇的水溶液的表面张力与其浓度的关系为（Cb为乙醇的浓度）： σ=72 – 0.5Cb + 0.2 Cb2 式中，σ的单位为mN·m-1，Cb的单位为mol·L-1。计算乙醇的浓度在0.5 mol·L-1的吸附量。 二、液液界面上的吸附 液液界面与气液界面的相同点： 表面活性物质发生正吸附 表面活性物质在界面上定向排列 Gibbs吸附等温式可用 液液界面与气液界面的不同点： 液液界面张力小于气液界面张力 表面活性物质与两相的亲力对吸附量有很大影响 三、固体从溶液中吸附 溶质、溶剂都有可能在固体界面上吸附，因此溶质和溶剂相互影响，存在竞争吸附，所以固体从溶液中的吸附比较复杂，至今未建立起成熟的理论来解释固体从溶液中叙吸附的全部规律。 本节主要介绍一些经验规律和经验公式。 1、经验公式 (1) Freundlish吸附等温式 Г-每千克固体所吸附溶质的物质的量，mol/kg C-溶液中溶质的浓度，mol/l β，n-与温度、溶质、溶剂和固体性质有关的常数 1、经验公式 (1)Freundlish吸附等温式 1、经验公式 (2)Langmuir吸附等温式 Г-每千克固体所