第10章_ 界面吸附过程热力学 华东理工大学 热力学 课件 .ppt

第7章 界面热力学基础 当 时， —— Langmuir 吸附等温式 (ｂ) 忽略吸附分子吸附协面积： —— Freundlich吸附等温式 (ｃ) BET多分子层吸附等温式 其中c为与首层吸附热和冷凝热有关的特性参数 (ｄ) 其它类型真实气体状态方程为基础 如Van der Waals方程，Virial方程等，都可导出其吸附等温式 改写为： 由此可求得c和　　。 BET吸附等温式能较好地表达全部5种类型吸附等温线的中间部分，以 间为最佳。 10.3.3 混合气体吸附平衡计算 混合气体在固体表面吸附时，吸附量和界面相组成不仅与温度、压力有关，而且会随着气相组成的变化而改变。 计算方法：气固吸附平衡的计算与汽液平衡计算类似 达到平衡时，组分的界面相逸度与体相逸度相等，即 两种方法：（１）界面方程法； 　　　　　（２）活度系数法。 以下给出的是界面状态方程法。 因此： ——用作混合气体吸附平衡计算的相平衡关系 界面相中组分 i 的分逸度 计算方法类似于常规的 气体混合物组分逸度的计算方法，使用不同的状态方法和 混合规则，即可进行气固吸附平衡计算。 这些在工程上都具有重要的应用。 组分 i 在体相中的逸度： Hoory与Prausnitz定义的组分 i 的二维界面逸度： 取Henry定律的界面为吸附标准态 * * 内容概要 气体、液体、固体相互接触的分界面称为相)界面。 第10章 界面热力学基础 界面是物体的一个特殊部分。由于界面分子受到来自两相的不同分子间力的作用，在界面上存在界面张力、吸附、润湿、电泳、毛细作用等现象，使之具有与体相不同的性质。 界面科学是一门独立的学科，是生物化学、材料科学、环境化学、化学工程、固体物理等学科相互渗透、相互融合的交汇点，在研制开发新材料、新技术方面起着重要作用。 表面活性剂、微乳液、有机与无机膜材料及膜组件的开发与应用等也是蛋白质分离、纳米粒子制备、三次采油等先进技术的基础。 一些重要应用领域： 重点内容： 界面吸附与界面张力 界面张力对液体性质的影响 溶液界面吸附热力学 气固界面吸附热力学 研究方法： 将界面相视为与体相同等的地位，也具有类似于体相的p、V、T、x(物质的量)关系与其它热力学性质。因此表征界面相的热力学函数特征和研究方法应与体相是相同或类似的。 10.1 界面现象的热力学基础 10.1.1 界面张力和铺展压 与存在界面有关的各种物理现象和化学现象称为界面现象。 界面现象的发生与界面层的特殊性有关，单位长度上的张力称为界面张力，用符号 表示，单位 。 对于液态溶液的气液界面，纯溶剂及溶液分别与饱和了相应蒸气空气间的界面张力不同，前者用 ，后者用 表示。二者之差即为铺展压，用符号? 表示 ，定义为 铺展压将使溶液的气液界面更为铺展。铺展压也称界面压。 界面层是介于两体相间的一个过渡区域，一般有几个分子的厚度，将界面层成为界面相是一种模型化的做法。 10.1.2 存在界面相的热力学基本方程 该热力学基本方程表达了系统与环境之间的物质与能量传递以及具有界面功交换的规律 基本热力学性质之一，其应符合与各热力学性质之间的联系和相互推算关系。 如具有界面热力学能 、焓 、熵 —对于液体 界面可逆功 界面热 的结果。在Gibbs界面模型中， 自然等于 是忽略了界面相体积变化 界面相的Gibbs-Duhem方程 它在吸附平衡的计算中非常有用。 界面张力温度系数为-0.43 例10.1 已知液态铁在1535℃时的界面张力为1880 ，求它的界面焓 解：由 计算式可知 ， 。 物质在界面上富集的现象称为吸附，表现为物质在界面和体相内部浓度不均匀。描述吸附现象的基本物理量是界面吸附量。在吸附平衡中，通常用单位面积总吸附量 10.1.3 界面吸附量 以及某组分 的吸附量 来表征，简称 单位界面吸附量。 式中， 、 、 和 量、组分 分别是界面面积、界面相的总 的界面量和相应界面组成。 尔表面积。 为摩 单位界面吸附量的计算看似简单，实际确有困难，因为并不知道界面相的确切厚度。常采用模型的方法来克服这一困难， Gibbs界面相模型解决相界面组成的确定问题，它将系统处理成一个由 两个体相以及无厚度无体积的界面相 组成，如图10-1所示。 界面相中 —即溶质(2)相对于溶剂(1)的吸附量为： AS：相界面积，n1、n2：溶剂、溶质在溶液体相中的摩尔数。 溶剂、