表面現(xiàn)象和膠體化學(xué)

1、Physical Chemistry表面現(xiàn)象和膠體化學(xué)表面現(xiàn)象和膠體化學(xué)化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩重要概念及相關(guān)公式重要概念及相關(guān)公式 表面張力表面張力 表面功表面功 表面吉布斯能表面吉布斯能 彎曲表面的附加壓力彎曲表面的附加壓力 拉普拉斯方程拉普拉斯方程 毛細現(xiàn)象毛細現(xiàn)象 開爾文公式開爾文公式1 1g g = F/l在兩相界面上，存在的一種與表面相切，在兩相界面上，存在的一種與表面相切，垂直于表面的邊界，指向兩相界面的力。垂直于表面的邊界，指向兩相界面的力。= (d dWr / dAs )T，p，N= ( G/ As) T，p，NsBBBdddddGS TV pAng s1211prr

2、gs2prg2cosspghrg 2121211lnpMRTprrg對凸面，r 取正值，r 越小，液滴外的蒸汽壓越高；對凹面，r 取負值，r 越小，汽泡內(nèi)的蒸汽壓越低。lS, l gg, s gg, l sg化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩重要概念及相關(guān)公式重要概念及相關(guān)公式 潤濕潤濕 沾濕沾濕 浸濕浸濕 鋪展鋪展 潤濕角潤濕角 吸附：吸附： LangmuirLangmuir吸附等溫式、覆蓋度吸附等溫式、覆蓋度，吸附系數(shù)，吸附系數(shù)a，BET多層吸附公式多層吸附公式 表面過剩表面過剩 表面活性劑，臨界膠束濃度表面活性劑，臨界膠束濃度lS, l gg, s gg, l sg部分部分s, g界面被界

3、面被l, s界面取代的過程界面取代的過程l-sl-gs-gGgggaW稱為沾濕功l sg siGWgg稱為浸濕功g sg ll sSGggg 稱為鋪展系數(shù)g- ls - lg- scosgggad1k pkadkak1apapc dRT dcg-mss()1 (1)/CpVVppCppC是與吸附熱有關(guān)的常數(shù)，是與吸附熱有關(guān)的常數(shù)，Vm為鋪滿單分子層所需氣體的體積為鋪滿單分子層所需氣體的體積，p和和V分別為吸附時的壓力和體積，分別為吸附時的壓力和體積，ps是實驗溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓。是實驗溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓。化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩典型的計算類型典型的計算類型1 1從潤濕現(xiàn)象做

4、附加壓力，毛細現(xiàn)象，微小液滴從潤濕現(xiàn)象做附加壓力，毛細現(xiàn)象，微小液滴飽和蒸氣壓的計算以及解釋過飽和現(xiàn)象。飽和蒸氣壓的計算以及解釋過飽和現(xiàn)象。2 2從吸附出發(fā)進行氣體在固體或液體在液體表面從吸附出發(fā)進行氣體在固體或液體在液體表面上的吸附相關(guān)的計算。上的吸附相關(guān)的計算。化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩典型的計算類型典型的計算類型例題例題1(2001年題年題)：在在273K時用鎢粉末吸附正丁烷分子，壓力為時用鎢粉末吸附正丁烷分子，壓力為11kPa和和23kPa時，對應(yīng)的吸附體積時，對應(yīng)的吸附體積(標(biāo)準(zhǔn)體積標(biāo)準(zhǔn)體積)分別為分別為1.12dm3kg-1和和1.46dm3kg-1，假設(shè)吸附服從，假設(shè)吸附服

5、從Langmuir等溫方程。等溫方程。(1)計算吸附系數(shù)計算吸附系數(shù)a和飽和吸附體積和飽和吸附體積V。(2) 若知鎢粉末的比表面積為若知鎢粉末的比表面積為1.55104m2kg-1，計算在分子層覆蓋下，計算在分子層覆蓋下吸附的正丁烷分子的截面積。吸附的正丁烷分子的截面積。 已知已知L6.0221023mol-1。(10分分)解：解：(1) Langmuir等溫方程等溫方程 =V/ V= ap /(1+ap)，兩種不同壓力下的數(shù)，兩種不同壓力下的數(shù)據(jù)相比數(shù)得據(jù)相比數(shù)得 V/ V = (1+1/ap)/(1+1/ap) 1.46/1.12=(1+1/11kPa/a)/ (1+1/23kPa/a)

6、可得可得 a=0.156 kPa-1 所以所以 V= V(1+ap) / ap1.12dm3kg-1(1+0.15611)/(0.15611) =1.77 dm3kg-1化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩典型的計算類型典型的計算類型例題例題1(2001年題年題)：在在273K時用鎢粉末吸附正丁烷分子，壓力為時用鎢粉末吸附正丁烷分子，壓力為11kPa和和23kPa時，對應(yīng)的吸附體積時，對應(yīng)的吸附體積(標(biāo)準(zhǔn)體積標(biāo)準(zhǔn)體積)分別為分別為1.12dm3kg-1和和1.46dm3kg-1，假設(shè)吸附服從，假設(shè)吸附服從Langmuir等溫方程。等溫方程。(1)計算吸附系數(shù)計算吸附系數(shù)b和飽和吸附體積和飽和吸附體

7、積V。(2) 若知鎢粉末的比表面積為若知鎢粉末的比表面積為1.55104m2kg-1，計算在分子層覆蓋下，計算在分子層覆蓋下吸附的正丁烷分子的截面積。吸附的正丁烷分子的截面積。 已知已知L6.0221023mol-1。(10分分)解：解： (2)比表面比表面 As= VLA/(0.0224m3mol1) ，可得截面積為，可得截面積為A(0.0224m3mol1) As / VL (0.0224m3mol1)1.55104 m2kg-1 /(1.77103m3kg-16.0221023mol-1) 3.2571019m2 化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩典型的計算類型典型的計算類型例題例題2(9

8、9年年)：已知已知 27 和和 100 時水的飽和蒸氣壓時水的飽和蒸氣壓 p* 分別為分別為 3.529kPa、101.325kPa；密度；密度分別為分別為 0.997103 kgm-3和和 0.958103 kgm -3；表面張力；表面張力分別為分別為 7.1810-2 Nm -1 和和 5.8910-2 Nm-1；水在；水在 100、101.325kPa 下的下的摩爾氣化焓摩爾氣化焓 vapHm為為 40.67 kJmol-1。(1)若若27時水在某毛細管中上升高度為時水在某毛細管中上升高度為0.04m，水和毛細管的接觸角為，水和毛細管的接觸角為20，試求該毛細管的半徑試求該毛細管的半徑r

9、(已知已知g=9.80Nkg-1)。(2)當(dāng)毛細管半徑當(dāng)毛細管半徑r=10-9m時，試求時，試求27下水在該毛細管內(nèi)的飽和蒸氣壓。下水在該毛細管內(nèi)的飽和蒸氣壓。(3)外壓為外壓為101.325kPa時，試求時，試求r=10-6m的毛細管中水的沸騰溫度的毛細管中水的沸騰溫度(設(shè)水和毛細設(shè)水和毛細管的接觸角為管的接觸角為20)。(10分分)解：解：(1)2 cos rghg2104-3-12 7.18 10 N mcos203.45 10 m997kg m9.80N kg0.04m化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩典型的計算類型典型的計算類型例題例題2(99年年)：已知已知 27 和和 100 時水

10、的飽和蒸氣壓時水的飽和蒸氣壓 p* 分別為分別為 3.529kPa、101.325kPa；密度；密度分別為分別為 0.997103 kgm-3和和 0.958103 kgm -3；表面張力；表面張力分別為分別為 7.1810-2 Nm -1 和和 5.8910-2 Nm-1；水在；水在 100、101.325kPa 下的下的摩爾氣化焓摩爾氣化焓 vapHm為為 40.67 kJmol-1。(2)當(dāng)毛細管半徑當(dāng)毛細管半徑r=10-9m時，試求時，試求27下水在該毛細管內(nèi)的飽和蒸氣壓下水在該毛細管內(nèi)的飽和蒸氣壓。(2)凹液面，曲率半徑為負值。凹液面，曲率半徑為負值。02coslnrpMpRTrgm

11、)(-10m997kg300.2molK8.3145J20cosmolkg1002.18mN1018. 729-3-1 -1 -1312 = -0.9771 pr = p00.3764= 3.529kPa0.3764= 1.328 kPa2121211lnpMRTprrg化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩典型的計算類型典型的計算類型例題例題2(99年年)：已知已知 27 和和 100 時水的飽和蒸氣壓時水的飽和蒸氣壓 p* 分別為分別為 3.529kPa、101.325kPa；密度；密度分別為分別為 0.997103 kgm-3和和 0.958103 kgm -3；表面張力；表面張力分別為分別為

12、 7.1810-2 Nm -1 和和 5.8910-2 Nm-1；水在；水在 100、101.325kPa 下的下的摩爾氣化焓摩爾氣化焓 vapHm為為 40.67 kJmol-1。(3)外壓為外壓為101.325kPa時，試求時，試求r=10-6m的毛細管中水的的毛細管中水的沸騰溫度沸騰溫度(設(shè)水和毛細管的接觸角為設(shè)水和毛細管的接觸角為20)。(10分分)空氣泡的半徑為空氣泡的半徑為 r= r/cos = 10-6m/cos 20 =1.0610-6m 若使液面下毛細管內(nèi)的空氣泡產(chǎn)生，則氣泡內(nèi)蒸氣壓若使液面下毛細管內(nèi)的空氣泡產(chǎn)生，則氣泡內(nèi)蒸氣壓p至少應(yīng)達到至少應(yīng)達到外壓和氣泡所受附加壓力之和

13、。外壓和氣泡所受附加壓力之和。322 0.0589(101.325)kPa212.457kPa1.06 10pppprg 外外由克由克-克方程求該壓力下的沸騰溫度克方程求該壓力下的沸騰溫度vapm1111ln()HppRTT )K2 .37311(KmolJ3145. 8molJ40670kPa325.101kPa457.212ln1 -1 -1TT = 395.5 K化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩典型的計算類型典型的計算類型例題例題3(2003年年)：25 時乙醇水溶液的表面張力時乙醇水溶液的表面張力g g 與乙醇濃度的關(guān)系如下與乙醇濃度的關(guān)系如下 g g / (103Nm1)=720.5

14、(c/c )+0.2(c/c )2試解決下列問題：試解決下列問題：(1) (1) 25 時時將一個半徑為將一個半徑為10-5-5m的毛細管插入水溶液中，試計算毛細管中的液面的毛細管插入水溶液中，試計算毛細管中的液面將升高多少？假設(shè)潤濕角為將升高多少？假設(shè)潤濕角為0，純水的密度為，純水的密度為1.00kgdm-3, g=9.80ms2。(2) 計算計算25 時乙醇濃度為時乙醇濃度為0.1moldm-3的表面吸附量。的表面吸附量。 (8分分) 解：解：(1) 純水的表面張力純水的表面張力 g g =72103Nm1，則升高高度有，則升高高度有 h=2 g g cos / gr = 272103Nm

15、1cos0/(1000kgm-39.80 ms2105m)1.47m(2) G G =(c/RT)dg g/dc =0.1moldm3/(8.315JK1mol1298.2K)(0.5+0.40.1) (103Nm)(mol1dm3) =1.861.86108mol1m2 2cosspghrg化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩重要概念及相關(guān)公式重要概念及相關(guān)公式 膠體系統(tǒng)膠體系統(tǒng) 親液溶膠親液溶膠（大分子溶液）（大分子溶液）和憎液溶膠和憎液溶膠（分散相不溶于分散介質(zhì)）（分散相不溶于分散介質(zhì)） 動力性質(zhì)動力性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì) 電性質(zhì)電性質(zhì) 電泳電泳 電滲電滲 流動電勢流動電勢 沉降電勢沉降電勢

16、 電勢電勢分散相粒子半徑在分散相粒子半徑在1100 nm之間，目測均勻的多相不均勻系統(tǒng)。之間，目測均勻的多相不均勻系統(tǒng)。布朗運動：布朗運動：膠體粒子受分散介質(zhì)不規(guī)則熱運動撞擊產(chǎn)生。膠體粒子受分散介質(zhì)不規(guī)則熱運動撞擊產(chǎn)生。 Tyndall效應(yīng)：效應(yīng)：膠體粒子直徑小于入射光波長發(fā)生散射造成。膠體粒子直徑小于入射光波長發(fā)生散射造成。222222122212424()2nnA VInn散射光總能量與入射光散射光總能量與入射光波長波長的的4次方成反比。次方成反比。分散相與介質(zhì)分散相與介質(zhì)折射率折射率n相差愈大散射愈強著。相差愈大散射愈強著。散射光強度與單位體積中的散射光強度與單位體積中的粒子數(shù)粒子數(shù)v成

17、正比。成正比。Eu分散介質(zhì)介電常數(shù)，分散介質(zhì)介電常數(shù)，E電勢梯度，電勢梯度，介質(zhì)粘度，介質(zhì)粘度，u電泳速率電泳速率 。在外電場的作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中定向移動的現(xiàn)象。在外電場的作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中定向移動的現(xiàn)象。 在多孔膜在多孔膜(或毛細管或毛細管)兩端施加電壓，液體通過多孔膜而定向流動的現(xiàn)象兩端施加電壓，液體通過多孔膜而定向流動的現(xiàn)象 在外力作用下液體通過多孔膜在外力作用下液體通過多孔膜(或毛細管或毛細管)定向流動時在膜兩端產(chǎn)生的電勢差。定向流動時在膜兩端產(chǎn)生的電勢差。 分散相粒子在力場作用下迅速移動時，在移動方向的兩端所產(chǎn)生的電勢差。分散相粒子在力場作用下迅速移動時，在移動方

18、向的兩端所產(chǎn)生的電勢差。 化學(xué)因化學(xué)因“理理”而精彩而精彩重要概念及相關(guān)公式重要概念及相關(guān)公式 膠團結(jié)構(gòu)膠團結(jié)構(gòu) 電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用 雙電層雙電層DLVODLVO理論理論 乳狀液乳狀液 (AgI)m n I (n-x)K+x xK+ 膠核 膠粒(帶負電) 膠團(電中性)固相固相緊密層緊密層擴散層擴散層溶液本體溶液本體滑動面滑動面膠粒帶電、溶劑化作用和布郎運動是溶膠穩(wěn)定的原因。膠粒帶電、溶劑化作用和布郎運動是溶膠穩(wěn)定的原因。 1. 起聚沉作用的是與膠粒帶相反電荷的離子起聚沉作用的是與膠粒帶相反電荷的離子(即反離子即反離子)；2. 反離子價數(shù)越高，聚沉能力愈大，聚沉值愈小。反離子價數(shù)越高，聚沉能力愈大，聚沉值愈小。3. 與溶膠具有同樣電荷的離子能削弱反離子的聚沉能力，且價數(shù)愈高，削弱作用愈強。與溶膠具有同樣電荷的離子能削弱反離子的聚沉能力，且價數(shù)愈高，削弱作用愈強。4. 有機化合物的離子都具有很強的聚沉能力。有機化合物