章表面現(xiàn)象秋解析學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1章表面現(xiàn)象秋解析章表面現(xiàn)象秋解析(ji x)第一頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-51. 1. 表面現(xiàn)象及其本質(zhì)表面現(xiàn)象及其本質(zhì)(bnzh)(bnzh) 凝聚態(tài)(液態(tài)、固態(tài))物質(zhì)與其飽和蒸氣達(dá)平衡(pnghng)時(shí)，兩相緊密接觸、約有幾個(gè)分子厚度的過(guò)渡區(qū)，稱(chēng)為該凝聚態(tài)的表面（surface），是兩相界面的特殊情形。表面(biomin) 界面（interface）通常指不同相態(tài)之間的過(guò)渡區(qū)。界面 9.1 表面自由能和表面張力第1頁(yè)/共77頁(yè)第二頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5空氣4CuSO溶液氣-液界面 9.1 表面(biomin)自由能和表面(biomin)張力第2頁(yè)/共77頁(yè)第三頁(yè)，共77頁(yè)

2、。2022-5-5氣-固界面 9.1 表面(biomin)自由能和表面(biomin)張力第3頁(yè)/共77頁(yè)第四頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52H OHg液-液界面 9.1 表面自由(zyu)能和表面張力第4頁(yè)/共77頁(yè)第五頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 9.1.1 9.1.1 表面現(xiàn)象及其本質(zhì)表面現(xiàn)象及其本質(zhì)(bnzh)(bnzh)液-固界面(jimin)玻璃板Hg2H O液-固界面第5頁(yè)/共77頁(yè)第六頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 9.1 表面自由(zyu)能和表面張力例第6頁(yè)/共77頁(yè)第七頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 9.1.1 9.1.1 表面現(xiàn)象及其本質(zhì)表面現(xiàn)象及其本質(zhì)(bnzh)(

3、bnzh)固-固界面(jimin)鐵管Cr鍍層固-固界面第7頁(yè)/共77頁(yè)第八頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5表面現(xiàn)象的本質(zhì)(bnzh)表面層分子與體相內(nèi)部分子相比，所處環(huán)境(hunjng)不同，受力不均等。體相內(nèi)部分子所受四周分子作用力對(duì)稱(chēng)，各個(gè)方向(fngxing)的力彼此抵銷(xiāo)。 處在界面層的分子，其作用力不能相互抵銷(xiāo)。 由于剩余作用力的存在，使界面層顯示出一些獨(dú)特的性質(zhì)。毛細(xì)現(xiàn)象如 表面張力表面吸附 9.1 表面自由能和表面張力第8頁(yè)/共77頁(yè)第九頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5比表面 比表面通常用來(lái)表示物質(zhì)(wzh)分散的程度，有兩種常用的表示方法：式中，m 和V 分別(fnbi)為固體的質(zhì)

4、量和體積，AS 為其總表面積s0ASms0ASV單位21mg單位單位23mm 9.1 表面自由(zyu)能和表面張力第9頁(yè)/共77頁(yè)第十頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52. 2. 表面表面(biomin)(biomin)自由能自由能f,RsdWA式中 為比例系數(shù)，稱(chēng)為(chn wi)表面Gibbs自由能 等溫等壓條件下，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做的可逆非膨脹功為可逆表面(biomin)功，等于系統(tǒng)Gibbs自由能的增加值?？赡姹砻婀视霉奖硎緸?9.1 表面自由能和表面張力第10頁(yè)/共77頁(yè)第十一頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 在數(shù)值上等于在等溫等壓及組成恒定的條件(tiojin)下，增加單位表面積時(shí)所必須

5、對(duì)系統(tǒng)做的可逆非膨脹功。 保持溫度(wnd)、壓力和組成不變，每增加單位表面積時(shí)，Gibbs自由能的增加值稱(chēng)為表面Gibbs自由能，簡(jiǎn)稱(chēng)表面自由能或表面能。Bs, ,T p nGA單位2J m表面(biomin)Gibbs自由能 9.1 表面自由能和表面張力第11頁(yè)/共77頁(yè)第十二頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 9.1 表面自由(zyu)能和表面張力 砸碎石頭做了功，但同時(shí)(tngsh)增加了石頭的Gibbs自由能，能量守恒。 如 東西放久了會(huì)發(fā)現(xiàn)有灰塵附著，就是因?yàn)?yn wi)灰塵附著降低了物體的表面積，從而降低了物體的Gibbs自由能。 第12頁(yè)/共77頁(yè)第十三頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5

6、-52 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l 將一含有一個(gè)活動(dòng)邊框的金屬線(xiàn)框架放在肥皂液中，然后(rnhu)取出懸掛，活動(dòng)邊在下面。 去掉活動(dòng)邊插銷(xiāo)，由于金屬框上的肥皂膜的表面張力作用(zuyng)，可滑動(dòng)的邊會(huì)被向上拉，直至頂部。3. 表面張力(biominzhngl) 9.1 表面自由能和表面張力第13頁(yè)/共77頁(yè)第十四頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5如果在活動(dòng)邊框(binkung)上掛一重物，此時(shí) 12()Fmm g l 是滑動(dòng)邊的長(zhǎng)度(chngd)，因膜有兩個(gè)面，所以邊界總長(zhǎng)度(chngd)為2l2 l2W2 l2W2 l2W

7、2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2m1m使重物質(zhì)量m2與邊框質(zhì)量m1所產(chǎn)生的重力F，與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再(b zi)滑動(dòng)。2Fl 就是作用于單位長(zhǎng)度邊界上的力，稱(chēng)為表面張力。 9.1 表面自由能和表面張力第14頁(yè)/共77頁(yè)第十五頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5表面張力(biominzhngl) 在一定溫度和壓力下，在兩相(特別是氣-液)界面上，處處存在著一種張力，這種力垂直于單位(dnwi)長(zhǎng)度的邊界，與表面相切 (使表面收縮的力)。單位1N m表面張力與溫度(wnd)的關(guān)系 達(dá)超臨界狀態(tài)時(shí)，氣、液相密度相同，氣-液界

8、面消失， 表面張力趨于零。 氣、液相密度差減小，表面層分子的剩余作用力變小。溫度升高: 分子運(yùn)動(dòng)加劇，相互作用力減弱。溫度升高，表面張力下降。用 表示表面張力與溫度的關(guān)系溫度升高，表面張力下降。表面張力與溫度的關(guān)系溫度升高，表面張力下降。 9.1 表面自由能和表面張力第15頁(yè)/共77頁(yè)第十六頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5表面張力(biominzhngl)是物質(zhì)的本性 對(duì)純液體或純固體(gt)，表面張力的大小決定于原子、離子或分子間相互作用力的強(qiáng)弱。 (金屬鍵) (離子鍵) (極性共價(jià)鍵) (非極性共價(jià)鍵)一般化學(xué)鍵越強(qiáng)的物質(zhì)(wzh)，其表面張力越大：液體中，汞的表面張力最大，金屬鍵。水的表面

9、張力很大，極性共價(jià)鍵 + 氫鍵。非極性有機(jī)液態(tài)化合物的表面張力較小，非極性共價(jià)鍵。 9.1 表面自由能和表面張力第16頁(yè)/共77頁(yè)第十七頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5表面(biomin)張力單位： 力長(zhǎng)度-1，Nm-1表面(biomin)自由能單位： 功面積-1，Jm-2表面(biomin)張力 從力的角度表征表面(biomin)現(xiàn)象表面(biomin)自由能 從能量的角度表征表面(biomin)現(xiàn)象表面張力(biominzhngl)與表面自由能比較：二者量綱相同，數(shù)值相等，用同一符號(hào) 表示 9.1 表面自由能和表面張力但物理意義不同、單位不同：第17頁(yè)/共77頁(yè)第十八頁(yè)，共77頁(yè)。2022-

10、5-51. 1. 彎曲彎曲(wnq)(wnq)液面的附加液面的附加壓力壓力平液面上任意(rny)一點(diǎn)A 達(dá)氣液平衡(pnghng)時(shí)，平液面上任一點(diǎn)所受壓力都相等，等于其飽和蒸氣壓 p0。平液面俯視圖 在平液面上0pA 9.2 彎曲液面的附加壓力不產(chǎn)生附加壓力第18頁(yè)/共77頁(yè)第十九頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-50spp 在凸液面上 一個(gè)液滴懸浮在其飽和蒸氣中，在液滴球面上A點(diǎn)周?chē)谋砻鎻埩Χ寂c液面相切，但不在同一平面上,不能相消,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向(zh xin)球心的合力，此合力即附加壓力。A0psp附加(fji)壓力pS與蒸氣壓力p0方向一致所有(suyu)點(diǎn)產(chǎn)生的合力為 pS球面上受的總壓

11、力為： 9.2 彎曲液面的附加壓力第19頁(yè)/共77頁(yè)第二十頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 在凹液面上0spp 一個(gè)處于液體內(nèi)部的該液體的蒸氣泡，其內(nèi)表面為凹液面。在氣泡上A點(diǎn)周?chē)谋砻鎻埩?biominzhngl)都與氣泡壁相切,大小相等，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向球心的合力附加壓力pS 。Asp0p液體蒸氣(zhn q)泡內(nèi)壁凹面上受的凈壓力為：附加壓力(yl)pS與氣泡中蒸氣壓力(yl)p0方向相反。 9.2 彎曲液面的附加壓力第20頁(yè)/共77頁(yè)第二十一頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52. Young-Laplace 2. Young-Laplace 公式公式(gngsh)(gngsh) 1805年，Y

12、oung-Laplace導(dǎo)出了附加壓力與曲率(ql)半徑之間的關(guān)系式。最簡(jiǎn)單(jindn)情況：球面 在毛細(xì)管內(nèi)充滿(mǎn)液體，管端有半徑為R的球狀液滴與蒸氣平衡。 外壓為p0，附加壓力為 ps ,液滴所受總壓為：0sppR0psp0p 9.2 彎曲液面的附加壓力第21頁(yè)/共77頁(yè)第二十二頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 對(duì)活塞(husi)稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許，相應(yīng)(xingyng)地其表面積增加dAS。使液滴體積(tj)增加dV， 由于活塞上原來(lái)壓力為p0，故需克服的壓力只是附加壓力ps，所做的膨脹功等于可逆增加表面積的Gibbs自由能。ssddp VAR0psp0p 9.2 彎曲液面的

13、附加壓力第22頁(yè)/共77頁(yè)第二十三頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5代入ssddp VA得R0psp0pYoung-Laplace公式的特殊形式(xngsh)只適用于球形液面s2pR 9.2 彎曲(wnq)液面的附加壓力34 3VR2 d4dVRR第23頁(yè)/共77頁(yè)第二十四頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5附加壓力：與液體的表面張力(biominzhngl)成正比 與球面的曲率半徑成反比為了體現(xiàn)附加壓力的方向(fngxing)，規(guī)定:凸面的曲率半徑(bnjng)取正值凹面的曲率半徑取負(fù)值所以，凸面的附加壓力指向液體，凹面的附加壓力指向氣體，即附加壓力總是指向球面的球心。s2pR 9.2 彎曲液面的附加

14、壓力第24頁(yè)/共77頁(yè)第二十五頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-53. 3. 毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象(mo x xin (mo x xin xing)xing)毛細(xì)現(xiàn)象(mo x xin xing) 當(dāng)把毛細(xì)管插入液體(yt)中,管中液面會(huì)高于或低于管外的平面。如：植物依賴(lài)毛細(xì)管吸取土壤中的水分和養(yǎng)料。在低于飽和蒸氣壓力下,毛細(xì)管中有液體凝聚等。毛細(xì)現(xiàn)象原因 在彎曲表面上有附加壓力存在,使毛細(xì)管內(nèi)液體自發(fā)流動(dòng)以達(dá)到新的力平衡。 9.2 彎曲液面的附加壓力第25頁(yè)/共77頁(yè)第二十六頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5當(dāng)把潔凈的玻璃(b l)毛細(xì)管插入汞中時(shí),管內(nèi)液面呈凸面故管內(nèi)(un ni)液面下降，直到下降的液

15、柱所對(duì)應(yīng)的凈壓力等于附加壓力時(shí)，達(dá)成新的平衡。h高度的汞柱壓力,就等于(dngy)附加壓力。0pAhHg凸面在A點(diǎn)處，由于凸面有向下的附加壓力，使A點(diǎn)處壓力比平面上大。 9.2 彎曲液面的附加壓力第26頁(yè)/共77頁(yè)第二十七頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-50pAhHg凸面的附加壓力(yl)為正值，而凸面的 h 0故無(wú)論凸液面還是凹液面，毛細(xì)管上升高度均可表示為： 9.2 彎曲液面的附加壓力第29頁(yè)/共77頁(yè)第三十頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5為了體現(xiàn)附加壓力的方向， 曲率半徑R?與毛細(xì)管半徑 R 的關(guān)系(gun x)可表示為 接觸角,可用實(shí)驗(yàn)(shyn)測(cè)量故毛細(xì)管上升高度(god)h又可表示為0

16、 ,180RR時(shí) 9.2 彎曲液面的附加壓力第30頁(yè)/共77頁(yè)第三十一頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-51. 1. 彎曲彎曲(wnq)(wnq)液面的蒸氣壓液面的蒸氣壓彎曲(wnq)液面的蒸氣壓當(dāng)該液體(yt)分成小液滴時(shí),與其蒸氣達(dá)成平衡l0spppd (B,l)d (B,g) 小液滴表面所承受的壓力 小液滴表面上的飽和蒸氣壓 平液面上的飽和蒸氣壓則當(dāng)純液體B的平面液體與其蒸氣達(dá)成平衡時(shí) 9.3 彎曲液面的蒸氣壓第31頁(yè)/共77頁(yè)第三十二頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5m(B)(B) G對(duì)純液體(yt) B 有因?yàn)?yn wi)dddGS TV p TGVp則mlmg(B,l)d(B,g)dVpV

17、p設(shè)B蒸氣(zhn q)為i. g. 則由于壓力改變而引起G 的變化，故可做變換： 9.3 彎曲液面的蒸氣壓故變換為第32頁(yè)/共77頁(yè)第三十三頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5對(duì)上式積分，區(qū)間為液相：從平液面上所受壓力到小液滴上所受壓力氣相：從平液面上飽和(boh)蒸氣壓到小液滴上飽和(boh)蒸氣壓mlg(B,l)ddln VpRTp左邊(zu bian)積分2(B,l)MR 9.3 彎曲(wnq)液面的蒸氣壓m(B,l)(B,l)MV2R()第33頁(yè)/共77頁(yè)第三十四頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5則此式稱(chēng)為(chn wi) Kelvin 公式 它指出了彎曲液面的飽和蒸氣(zhn q)壓 pr

18、與平液面上飽和蒸氣(zhn q)壓 p0 之間的關(guān)系。右邊(yu bian)積分R 當(dāng) 時(shí)， 9.3 彎曲液面的蒸氣壓第34頁(yè)/共77頁(yè)第三十五頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5此式為Kelvin 公式(gngsh)另一形式 同一液體(yt)、不同曲率半徑的彎曲液面上蒸氣壓的關(guān)系式為 對(duì)于同一液體，影響彎曲液面飽和蒸氣壓的主要因素(yn s)是曲率半徑。 9.3 彎曲液面的蒸氣壓第35頁(yè)/共77頁(yè)第三十六頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52. Kelvin 2. Kelvin 公式公式(gngsh)(gngsh)的應(yīng)的應(yīng)用用 在凸面上 曲率半徑(bnjng)取正值,附加壓力與蒸氣壓力方向相同,總壓力是

19、兩者加和 。故小液滴、小顆粒的蒸氣壓隨曲率(ql)半徑的減小而升高。 9.3 彎曲液面的蒸氣壓a. 過(guò)飽和蒸氣在一定溫度下，壓力超過(guò)其飽和蒸氣壓的蒸氣，稱(chēng)為過(guò)飽和蒸氣。 第36頁(yè)/共77頁(yè)第三十七頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5人工降雨(rngngjingy)的原理 9.3 彎曲(wnq)液面的蒸氣壓Irving Langmuir（伊文蘭格繆爾） 1932年，蘭格繆爾因表面化學(xué)和熱離子發(fā)射(fsh)方面的研究成果獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。（過(guò)飽和蒸氣的實(shí)際應(yīng)用）第37頁(yè)/共77頁(yè)第三十八頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 9.3 彎曲(wnq)液面的蒸氣壓 當(dāng)他把一些干冰（固態(tài)(gti)CO2的氣化熱很大，

20、-60時(shí)為87.2卡/克），放到冰箱的冰室中，很快，小冰粒在冰室內(nèi)飛舞盤(pán)旋，霏霏雪花從上落下。 1946年7月，蘭格繆爾正緊張地進(jìn)行(jnxng)實(shí)驗(yàn)，冰箱卻停止制冷，冰箱內(nèi)的溫度降不下來(lái)。 這是由于干冰具有獨(dú)特的凝聚水蒸氣的作用，即作為“種子”的云中冰晶的成核作用。低溫是使水蒸氣變?yōu)橛甑闹匾蛩刂?，蘭格繆爾不斷調(diào)整干冰的量并改變溫度，當(dāng)溫度降到-40以下，人工降雨就可能成功。第38頁(yè)/共77頁(yè)第三十九頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 這一年，在蘭格繆爾指揮下，一架飛機(jī)騰空而起，試驗(yàn)人員將207公斤干冰撒入云海(ynhi)，30分鐘后，狂風(fēng)驟起，下起傾盆大雨，第一次人工降雨試驗(yàn)獲得成功。 蘭格

21、繆爾開(kāi)創(chuàng)了人工降雨的新時(shí)代。根據(jù)過(guò)冷云層冰晶成核作用(zuyng)的理論，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了可以用AgI 等作為“種子”進(jìn)行人工降雨，效果比干冰更好?？梢栽诘厣先霾ィ脷饬魃仙淖饔?zuyng)，漂浮到空中的云層里，比干冰降雨簡(jiǎn)便易行。 9.3 彎曲(wnq)液面的蒸氣壓第39頁(yè)/共77頁(yè)第四十頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 對(duì)固體物質(zhì)的不飽和溶液不斷加熱蒸發(fā)，當(dāng)達(dá)飽和濃度時(shí)，固體仍未析出(xch)晶體，稱(chēng)為過(guò)飽和溶液。 9.3 彎曲(wnq)液面的蒸氣壓b. 過(guò)飽和溶液(bo h rn y)開(kāi)爾文公式第40頁(yè)/共77頁(yè)第四十一頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5因此固體小顆粒的飽和(boh)溶解

22、度隨曲率半徑的減小而升高。將液體表面張力 用l - s界面張力 代替，摩爾質(zhì)量和密度也用相應(yīng)的固體摩爾質(zhì)量與密度代替，則 9.3 彎曲(wnq)液面的蒸氣壓對(duì)小顆粒，應(yīng)用Henry定律 ，pkc用c 代替p，將開(kāi)爾文公式應(yīng)用于固體(gt)小顆粒：第41頁(yè)/共77頁(yè)第四十二頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 在凹面上 曲率半徑取負(fù)值，附加(fji)壓力與蒸氣壓力方向相反，總壓力是二者之差。小氣泡內(nèi)的蒸氣(zhn q)壓隨曲率半徑絕對(duì)值的減小而下降。這可以解釋(jish)有機(jī)蒸餾中過(guò)熱液體的暴沸現(xiàn)象。 9.3 彎曲液面的蒸氣壓 在一定壓力下，當(dāng)液體的溫度已高于該壓力下液體的沸點(diǎn)，而液體仍未沸騰，稱(chēng)為過(guò)

23、熱液體。 第42頁(yè)/共77頁(yè)第四十三頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 9.3 彎曲(wnq)液面的蒸氣壓水的相圖(xin t)A. 過(guò)飽和蒸氣(zhn q)B. 過(guò)熱液體C. 過(guò)冷液體/Pap/KTO273.16lsg510ACB 上述一系列現(xiàn)象都是物質(zhì)處于亞穩(wěn)相時(shí)的情形，以水的相圖為例加以說(shuō)明。 在一定壓力下，當(dāng)液體的溫度已低于該壓力下液體的凝固點(diǎn)，而液體仍未凝固，此時(shí)的液體稱(chēng)為過(guò)冷液體。 第43頁(yè)/共77頁(yè)第四十四頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5(1)(2)(3)c 1. 表面活性物質(zhì)(wzh)與非表面活性物質(zhì)(wzh) 9.4 溶液的表面(biomin)吸附無(wú)機(jī)酸、堿、鹽、多羥基(qingj

24、)化合物等c， ，稱(chēng)為非表面活性物質(zhì)。醇、酸、醛、酯、酮、醚等極性有機(jī)物c， 。表面活性劑(8個(gè)C以上的有機(jī)酸鹽、胺等)c， 。第44頁(yè)/共77頁(yè)第四十五頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52. Gibbs 吸附(xf)等溫式BB, ac分別為溶質(zhì)B的活度和濃度 的單位2mol m Gibbs用熱力學(xué)方法，求得在等溫下溶液濃度(nngd)、表面張力與吸附量之間的定量關(guān)系的微分方程，稱(chēng)為Gibbs吸附等溫式。BBBTaRTa 或BBBTcRTc 9.4 溶液(rngy)的表面吸附 溶質(zhì)B的表面超額（或表面超量、表面過(guò)剩）B第45頁(yè)/共77頁(yè)第四十六頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5表面(biomin)超額

25、 的物理意義 在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)(rngzh)的物質(zhì)的量與具有相同數(shù)量溶劑的本體溶液中所含溶質(zhì)(rngzh)的物質(zhì)的量之差值。 9.4 溶液的表面(biomin)吸附B0 TcB 0討論BBBTcRTc 第46頁(yè)/共77頁(yè)第四十七頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 增加溶質(zhì)B的濃度使表面張力下降，表面超額為正值，是正吸附，表面層中溶質(zhì)濃度大于本體溶液(rngy)中溶質(zhì)濃度，如表面活性物質(zhì)。 增加(zngji)溶質(zhì)B的濃度使表面張力上升，表面超額為負(fù)值，是負(fù)吸附。表面層中溶質(zhì)濃度小于本體濃度，如非表面活性物質(zhì)。B0 TcB 0 9.4 9.4 溶液溶液(rngy)(rngy)的表面吸附的

26、表面吸附第47頁(yè)/共77頁(yè)第四十八頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-53. 3. 分子在界面上的定向分子在界面上的定向(dn (dn xin)xin)排列排列表面(biomin)活性劑分子是兩親分子，含親水和憎水基團(tuán)。表面活性劑分子在溶液(rngy)表面的定向排列溶液表面碳?xì)滏?9.4 溶液的表面吸附第48頁(yè)/共77頁(yè)第四十九頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5液體(yt) 1 的表面張力為1 液體(yt) 2 的表面張力為2 兩種液體(yt)的界面張力為1,2 一種液體能否在另一種不互溶的液體上鋪展，取決于兩種液體本身的表面張力和兩種液體之間的界面張力。1. 鋪展9.5 9.5 鋪展與鋪展與潤(rùn)濕潤(rùn)濕第4

27、9頁(yè)/共77頁(yè)第五十頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 液體 2 能否在液體 1 界面上鋪展，取決于鋪展前后界面張力(zhngl)的改變。21,21 不能鋪展(pzhn)9.5 9.5 鋪展與鋪展與潤(rùn)濕潤(rùn)濕1 2 1,2 12第50頁(yè)/共77頁(yè)第五十一頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52.2. 接觸角接觸角 在氣、液、固三相交界點(diǎn)，氣-液界面與液-固界面張力之間的夾角(ji jio)稱(chēng)為接觸角，通常用 表示。 接觸角大于90，液體不能潤(rùn)濕固體，如汞在潔凈的玻璃(b l)表面； 接觸角小于90，液體能潤(rùn)濕固體，如水在潔凈(jijng)的玻璃表面。 接觸角大小可用實(shí)驗(yàn)測(cè)量，也可用公式計(jì)算:s-gs-ll-

28、gcos9.5 鋪展與潤(rùn)濕第51頁(yè)/共77頁(yè)第五十二頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-53. 3. 潤(rùn)濕潤(rùn)濕(rn sh)(rn sh)作用作用 液體能自發(fā)占據(jù)固體表面，把固體表面掩蓋起來(lái)，稱(chēng)之為液體能潤(rùn)濕(rn sh)固體，反之，則不能。液體(yt)能否潤(rùn)濕固體，取決于三個(gè)張力的相對(duì)大小。Hgs-ll-gs-g能潤(rùn)濕不能潤(rùn)濕 90應(yīng)用舉例s-gs-ll-gcos9.5 鋪展與潤(rùn)濕 水溶性農(nóng)藥溶液中加入表面活性劑，使之能潤(rùn)濕帶蠟的植物葉子。第52頁(yè)/共77頁(yè)第五十三頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-51. 1. 表面表面(biomin)(biomin)活性劑的活性劑的分類(lèi)分類(lèi)表面(biomin)活性劑的分

29、類(lèi)1.離子型2.非離子型陽(yáng)離子型陰離子型兩性(lingxng)型表面活性劑 9.6 表面活性劑及其作用第53頁(yè)/共77頁(yè)第五十四頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5陰離子型+15311531C H COONaC H COONa陽(yáng)離子型1633316333C HNH ClC HNHCl兩性(lingxng)型 CH3 |R-N+-CH2COONa | CH3 CH3 |R-N+-CH2COO- +Na+ | CH3第54頁(yè)/共77頁(yè)第五十五頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52. 2. 膠束和臨界膠束和臨界(ln ji)(ln ji)膠束濃膠束濃度度臨界(ln ji)膠束濃度（CMC，Critical Mi

30、celle Concentration ） 在水中隨著濃度增大(zn d)， 表面活性劑在表面上聚集形成定向排列的緊密單分子層。 多余的活性劑分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成多分子聚集體 膠束。這種開(kāi)始形成膠束的最低濃度稱(chēng)為臨界膠束濃度。 如果繼續(xù)加入表面活性劑，表面層基本不發(fā)生變化，表面張力不再降低，而溶液中膠束不斷增多、增大。9.6 表面活性劑及其作用第55頁(yè)/共77頁(yè)第五十六頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5活性劑濃度(nngd)低于CMC小型(xioxng)膠束活性劑濃度(nngd)等于CMC層狀膠束 活性劑濃度大于CMC9.6 表面活性劑及其作用第56頁(yè)/共77

31、頁(yè)第五十七頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5第57頁(yè)/共77頁(yè)第五十八頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-53. 3. 親水親水- -親油平衡親油平衡(pnghng)(pnghng)對(duì)非離子型表面(biomin)活性劑，HLB值的計(jì)算公式為： Griffin提出(t ch)用一個(gè)相對(duì)值即親水親油平衡（HLB）值來(lái)表示表面活性劑的親水性。參考標(biāo)準(zhǔn)：石蠟無(wú)親水基，所以 HLB = 0聚乙二醇，全部是親水基，HLB = 20其余非離子型表面活性劑的HLB值介于 0 20 之間HLB值 =親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量 + 憎水基質(zhì)量100/59.6 表面活性劑及其作用第58頁(yè)/共77頁(yè)第五十九頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-

32、560HLB 親水親油平衡(pnghng) ( Hydrophilic-Lipophilic Balance ) 第59頁(yè)/共77頁(yè)第六十頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-54. 4. 表面表面(biomin)(biomin)活性活性劑的作用劑的作用例 乳化(rhu)作用 一種或幾種液體以大于10-7 m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成(xngchng)的粗分散系統(tǒng)稱(chēng)為乳狀液。 要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同，可以形成以水為連續(xù)相的水包油型乳狀液(O/W)或形成以油為連續(xù)相的油包水型乳狀液(W/O)。表面活性劑的作用 潤(rùn)濕、 起泡（消泡）、增溶、乳化（破乳）、洗滌等。9.

33、6 表面活性劑及其作用 一種或幾種液體以大于10-7 m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散系統(tǒng)稱(chēng)為乳狀液。 要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同，可以形成以水為連續(xù)相的水包油型乳狀液(O/W)或形成以油為連續(xù)相的油包水型乳狀液(W/O)。 一種或幾種液體以大于10-7 m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散系統(tǒng)稱(chēng)為乳狀液。 要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同，可以形成以水為連續(xù)相的水包油型乳狀液(O/W)或形成以油為連續(xù)相的油包水型乳狀液(W/O)。第60頁(yè)/共77頁(yè)第六十一頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5乳化劑是兩親分子(fnz)乳化劑在

34、分散相周?chē)ㄏ?dn xin)排列水水包油型乳狀液油包水型乳狀液油油滴水滴表面活性劑第61頁(yè)/共77頁(yè)第六十二頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5檢驗(yàn)(jinyn)水包油型乳狀液加入(jir)水溶性染料如亞甲基藍(lán)，說(shuō)明水是連續(xù)相即分散介質(zhì)。加入油溶性的染料紅色蘇丹(sdn)，說(shuō)明油為不連續(xù)相即分散相。9.6 表面活性劑及其作用第62頁(yè)/共77頁(yè)第六十三頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-564 在固體或液體表面，某物質(zhì)的濃度與體相(t xin)濃度不同的現(xiàn)象稱(chēng)為吸附。被吸附(xf)的物質(zhì) 吸附(xf)質(zhì) 有吸附能力(nngl)的物質(zhì) 吸附劑 固體表面是不均勻的，即使從宏觀(guān)上看似乎很光滑，但從原子水平上看是凹

35、凸不平的。 正是由于固體表面原子受力不對(duì)稱(chēng)和表面結(jié)構(gòu)的不均勻性，它可以吸附氣體或液體分子，使固體表面的自由能下降。1. 吸附劑與吸附質(zhì)吸附 9.7 固體表面的吸附第63頁(yè)/共77頁(yè)第六十四頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-52. 物理吸附(xf)和化學(xué)吸附(xf)物理吸附(xf)與化學(xué)吸附(xf)的比較 9.7 固體(gt)表面的吸附第64頁(yè)/共77頁(yè)第六十五頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-53. 3. 吸附吸附(xf)(xf)等溫線(xiàn)等溫線(xiàn)吸附量通常(tngchng)有兩種表示方法(2)單位質(zhì)量吸附劑所吸附氣體(qt)的物質(zhì)的量(1)單位質(zhì)量吸附劑所吸附氣體的體積注：體積要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP)31

36、g m/ qV m單位：1 m/ol g qn m單位： 9.7 固體表面的吸附第65頁(yè)/共77頁(yè)第六十六頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5 對(duì)于一定的吸附劑與吸附質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量是吸附溫度和吸附質(zhì)壓力(yl)的函數(shù)：通常固定一個(gè)變量(binling)，求出另外兩個(gè)變量(binling)之間的關(guān)系：( , )qf T p(1) T =常數(shù)(chngsh)，q = f (p)，吸附等溫線(xiàn)(2) p =常數(shù)，q = f (T)，吸附等壓線(xiàn)(3) q =常數(shù)，p = f (T)，吸附等量線(xiàn) 9.7 固體表面的吸附第66頁(yè)/共77頁(yè)第六十七頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5由飽和吸附(xf

37、)量Vm 計(jì)算吸附(xf)劑的比表面積3-1m/(22.4dmmol ) (STP)nVm - 吸附劑質(zhì)量(zhling)A - 吸附(xf)質(zhì)分子的截面積AS - 吸附劑的表面積S0為吸附劑的比表面積0s/SA m 9.7 固體表面的吸附S0 - 吸附劑的比表面積第67頁(yè)/共77頁(yè)第六十八頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-54. 4. 吸附吸附(xf)(xf)等溫式等溫式 Langmuir 吸附(xf)等溫式Langmuir 在推導(dǎo)該公式的過(guò)程(guchng)引入幾個(gè)重要假設(shè)： 吸附是單分子層的。 固體表面是均勻的，被吸附分子之間無(wú)相互作用。 吸附平衡是吸附與解吸的動(dòng)態(tài)平衡。 描述吸附量與被吸附物

38、質(zhì)蒸氣壓力之間的定量關(guān)系公式，稱(chēng)為吸附等溫式。吸附等溫式 9.7 固體表面的吸附第68頁(yè)/共77頁(yè)第六十九頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5則空白(kngbi)表面為達(dá)平衡(pnghng)時(shí)，吸附與脫附速率相等設(shè)表面(biomin)覆蓋度為(1)aa(1)k pradrraa(1)k pkadak ppkk吸附速率 Vm為鋪滿(mǎn)單分子層的飽和吸附量V為壓力為p時(shí)的實(shí)際吸附量設(shè)表面覆蓋度為 Vm - 鋪滿(mǎn)單分子層的飽和吸附量V - 壓力為p時(shí)的實(shí)際吸附量mVVddkr脫附速率 9.7 固體表面的吸附吸附速率脫附速率則第69頁(yè)/共77頁(yè)第七十頁(yè)，共77頁(yè)。2022-5-5adak ppkk得設(shè)此式稱(chēng)為(chn wi) Langmuir 吸附等溫式adkak式中a 稱(chēng)為吸附系數(shù)