表界面现象和吸附.ppt

一、 表面张力和表面能 二、 弯曲界面 三、 润湿和铺展 四、 固体表面的吸附作用 五、 吸附等温方程式 六、Polanyi吸附势能理论 和D-R公式 第一节 表面张力和表面能 (1) 界面和表面 密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称为界面(interface)。如果其中一相为气体，这种界面称为表面(surface)。 表面包括在界面的概念之内 由于界面两侧的环境不同，因此表面层的分子与液体内的分子受力不同： (1)液体内部分子的吸引力是对称的，各个方向的引力彼此抵销，总的受力效果是合力为零。 (2)处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的，不对称的，存在一个净吸力。??? 净吸力力图把表面层分子拉入内部，因此液体表面有自动收缩的趋势。 表面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势，借以补偿力场的不对称性。 由于有上述两种趋势的存在，在表面会发生许多现象，如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气过饱和、吸附作用等，统称界面现象。 (3) 表面能、表面自由能和表面功 表面上的物质微粒比他们处于体相内部时多出的能量叫表面能或总表面能。 由于表面的变化通常在等温等压条件下进行，因此这时的表面能实际上就是表面自由能。 在等温等压且组成不变的条件下，以可逆方式增加体系的表面积时所做的非体积功叫表面功，它在数值上等于表面吉布斯自由能。 - dG＝δW’可 dG = -SdT + VdP + σdA 复习一下物理化学里的热力学基本方程，麦克斯维关系式，导数关系。 看课本P10页公式1－10等。 (4) 表面张力（比表面能） 表面张力就是单位面积上的表面能量，即比表面能，因为它与力有相同的量纲，故叫表面张力。 表面张力的SI单位为：N·m-1 表面张力永远和液体液面相切，而和净吸力相互垂直。 物质的本性 例，20℃时水的σH2O＝72.75 mN·m-1， σHg＝485 mN·m-1 相界面性质 两个液相之间的界面张力： σ1,2＝σ’1 －σ’2 ( Antonoff法则) 温度 温度升高，一般液体的表面张力降低，非缔合性液体的σ-T 有线性关系。 压力 一般表面张力随压力的增大而减小，但影响很小。 例如，水在0.098 MPa,σ为72.82mN·m-1,在9.8MPa时为66.43 mN·m-1 第二节 弯曲界面 由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体于平面不同，它受到附加的压力(ps)。 如果液面是水平的，则表面张力f也是水平的。当平衡时，沿周界的表面张力互相抵消。此时液体表面内外压相等，而且等于表面上的外压力p0。 如果液面是弯曲的，则沿AB周界面上的表面张力f不是水平的。当平衡时，表面张力将有一合力。 当液面为凸形时，合力指向液体内部。 表面内部的液体分子所受压力必大于外部压。 液面为凹形时，合力指向液体外部。液体内部的压力将小于外面的压力。 2. 曲界面两侧压力差与曲率半径的关系 3. 毛细管上升和下降现象 意义： 表示同种液体的两个液滴的饱和蒸气压与液滴曲率半径的关系。 小液滴的曲率半径 r2’ 越小，其饱和蒸气压P2越大，可解释小液滴比大液滴易蒸发的原因。 意义： 表示物质的溶解度与其固体颗粒的大小的关系。 物质颗粒半径越小，它的溶解度越大。 适用条件：温度一定，物质密度ρ、固—液界面张力σs－l均不变 。 第三节 铺展和润湿 第四节 固气界面的吸附作用 物理吸附：吸附力是物理性的，主要是Van　der Waals力。吸附发生时，吸附分子和固体表面组成均不会改变。 化学吸附：吸附分子与固体表面间有某种化学作用，即它们之间有电子交换、转移或共有，从而导致原子的重排，化学键的形或破坏。 （一） 吸附量与吸附曲线 吸附量：1g吸附剂（或1m2吸附剂表面积）上吸附物质的量　 　　　　（质量、体积、摩尔分数）来表示。 　　取决于：吸附质、吸附剂、温度、压力 吸附曲线：吸附量～温度～压力，三者之一恒定后二者的关系 　　(1)　T=常数，q = f (p)，得吸附等温线。 　　(2)　p=常数，q = f (T)，得吸附等压线。 　　(3)　q=常数，p = f (T)，得吸附等量线。 吸附等温线的类型 吸附等温线的类型 吸附等温线的类型 吸附等温线的类型 吸附等温线的类型 比表面，孔容和孔分布是多孔催化剂和吸附剂的重要参数，这些参数