物理化学教学课件第八章界面现象.pptVIP

第三节固体表面的吸附现象 六、化学吸附热 化学吸附和物理吸附过程都是自发过程，过程中 Gibbs自由能减少，即 ΔG0。当气体分子在固体表面上吸附后，气体分子从原来的空间自由运动变成限制在表面层上的二维运动，运动的自由度减少了，因此熵也减小，即ΔS0，因此ΔH=ΔG+TΔS0，所以通常吸附为放热过程。 吸附热可用量热计测量，也可以通过吸附等量线用热力学方法计算，推导过程类似克劳修斯克拉佩龙方程的推导。也有人用气相色谱来测定吸附热。从吸附热数据可以更多地了解吸附的性质及固体表面的性质。 第三节固体表面的吸附现象 七、固体表面吸附的应用——气固相催化反应 吸附作用在生产和科学实验中应用很广，如活性炭脱色、硅胶吸附水气使样品干燥、催化反应过程等。 在多相催化中，催化反应是在固体催化剂的表面上进行的，即反应物分子必须被化学吸附在催化剂表面，然后才能在表面上发生化学反应。反应后的产物是吸附在表面上的，要使反应继续在表面上发生，则产物必须从表面上不断地脱附下来。因此，吸附是气－固相催化反应的必经阶段。 对于气－固相催化反应来说，固体表面是反应的场所，比表面的大小直接影响反应的速率，增加催化剂的比表面总是可以提高反应速率，因此人们多采用比表面大的海绵状或多孔性的催化剂。近年来，人们多倾向于把固体催化剂制成纳米粒子，或把催化剂中有效成分负载在惰性的纳米粒子上，以增加其表面积。 第四节固－液界面的润湿现象 一、接触角与杨氏方程 在固体表面上滴一滴液体，液体的形状主要是由各种界面张力的大小来决定的，比较典型的两种液滴形状如图8－15（a）、（b）所示。 第四节固－液界面的润湿现象 二、润湿现象 1.沾湿 沾湿是指液体与固体从不接触到接触，使部分液气界面和固气界面转变成新的固液界面的过程，如图8－16所示。 第四节固－液界面的润湿现象 二、润湿现象 在沾湿过程中，消失了单位液体表面和固体表面，产生了单位液－固界面。沾湿功就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值的负值。 在一定条件下，沾湿单位面积的固体表面时过程的吉布斯自由能变化值为: 第四节固－液界面的润湿现象 二、润湿现象 2.浸湿 在恒温、恒压条件下，将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中，气－固界面转变为液－固界面的过程称为浸湿过程，如图8－17所示。 第四节固－液界面的润湿现象 二、润湿现象 3.铺展 恒温、恒压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的固气界面并产生了单位面积的液－气界面的过程即为铺展，如图8－18所示。在恒温、恒压条件下可逆铺展单位面积时，体系吉布斯自由能的变化值为: 第四节 固－液界面的润湿现象 二、润湿现象 将上述公式代入杨氏方程，可得到 第五节 溶液表面的吸附和表面活性剂 一、溶液表面的吸附 1.溶液表面的吸附现象 一般来说，溶液的表面张力会由于溶质分子的存在而与纯溶剂有所不同。实验表明，在一定温度下，不同种类的溶质分别加入到纯水中，溶液中溶质的含量对溶液表面张力的影响大致有三种类型，如图8－19所示。 一、溶液表面的吸附 2.吉布斯吸附等温式 在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与同量溶剂在溶液本体中所含物质的量的差值，称为溶质的表面过剩（表面超额）或表面吸附量，用符号Γ表示，单位为 mol·m-2。吉布斯（Gibbs）用热力学方法导出了恒温下溶液的浓度、表面张力与表面吸附量之间的定量关系的微分方程，称为吉布斯吸附等温式。对于理想溶液或理想稀溶液，吉布斯吸附等温式通常表示为如下形式： 第五节 溶液表面的吸附和表面活性剂 二、表面活性剂 （一）表面活性剂的性质 　1.临界胶束浓度 许多表面活性剂都具有类似图8－19中曲线Ⅲ所示的特征。 第五节 溶液表面的吸附和表面活性剂 2.亲水亲油平衡 为解决表面活性剂的选择问题，格里芬 （Griffin）提出了HLB法，即亲水亲油平衡值。HLB值愈大，表示该表面活性物质的亲水性愈强。根据表面活性物质的HLB值的大小，就大致可知道它适宜的用途。例如，HLB值为2～6的表面活性物质可作油包水型的乳化剂；HLB值为8～10的表面活性物质可作润湿剂；HLB值为12～18的表面活性物质可作为水包油型乳化剂。为了获得良好的应用效果，常常需要根据特定的要求将两种或更多种表面活性剂混合复配使用。 第五节 溶液表面的吸附和表面活性剂 （二）表面活性剂分类 表面活性剂通常按化学结构来分类，可分为离子型和非离子型两大类，离子型又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂，如表8－5所示。阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。 第五节 溶液表面的吸附和表面活性剂 （三）表面活性剂的实际应用 表面活性剂的用途极广，主要介绍以下几个方面的用途。