物理化學-物化a2合集

基本要求理解表面張力及表面

函數(shù)的概念。理解接觸角、潤濕、附加壓力的概念及其與表面張力的關(guān)系。掌握

方程及開爾文公式的應(yīng)用。理解亞穩(wěn)狀態(tài)與新相生成的關(guān)系。理解物理吸附與化學吸附的含義和區(qū)別。掌握朗

單分子層吸附理論及朗

吸附等溫式。掌握楊氏方程及潤濕公式。了解溶液表面的吸附及表面活性物質(zhì)的作用與應(yīng)用。掌握

吸附等溫式的含義和應(yīng)用。一、概念

：即表面張力，看作是引起表面收縮的單位長度上的力，單位：N·m-1。（1）液體的表面張力2l

F（2）表面功W

rd

A

s

（3）表面

函數(shù)s

：使系統(tǒng)增加單位表面所需的可逆功，稱為表面功。單位：J·m-2。

G

AT

,

p

：恒溫恒壓下，增加單位表面時系統(tǒng)所增加的Gi

函數(shù)。單位：J·m-2。三者物理意義不同，但量值和量綱等同，單位均可化為：N·m-1表面張力的作用方向:Ldl平液面:沿著液面并與液面平行彎曲液面:與液面相切恒T、p、、恒組分下，有：G

s

A

s全微分得：sT

,pdG

s

dA自發(fā)降低表面

函數(shù)有兩種途徑---------降低表面積

如：小液滴

成大液滴--------

降低表面張力

如：多孔固體表面吸附氣體T

,

pdG

s

0(c)附加壓力方向示意圖氣

p

pgpl???????(a)液

plpg

??p

?

(b)p=0

液

氣

p

l????????（4）彎曲液面的附加壓力

Δp

=p內(nèi)－p外p內(nèi)----凹液面一側(cè)壓力，p外----凸液面一側(cè)壓力。p總是一個正值，方向指向凹面曲率半徑中心。（5）亞穩(wěn)狀態(tài)新相生成過程中產(chǎn)生的熱力學不完全穩(wěn)定狀態(tài)-------亞穩(wěn)狀態(tài)四種不穩(wěn)定狀態(tài)（亞穩(wěn)態(tài)）：過飽和蒸氣，過熱液體，過冷液體，過飽和溶液（6）在固體或液體表面，某物質(zhì)的濃度與體相濃度不同的現(xiàn)象稱為吸附。被吸附的物質(zhì)——有吸附能力的物質(zhì)——吸附量：當吸附平衡時，單位重量吸附劑吸附的吸附質(zhì)即：單位：molkg-1n

anm=或：

單位：

m3kg-1V

amV:被吸附的氣體在0

oC，101.325kPa下的體積=

V10物理吸附與化學吸附：性質(zhì)物理吸附化學吸附吸附力力化學鍵力吸附層數(shù)單層或多層單層吸附熱?。ń谝夯療幔┐螅ń诜磻?yīng)熱）選擇性無或很差較強可逆性可逆不可逆吸附平衡易達到不易達到（7）

接觸角（潤濕角）P

l

sNMO

sl接觸角：氣液固三相點處，氣液界面的切線與固液界面的夾角經(jīng)過液體潤濕：固體表面上的氣體被液體取代的過程。接觸過程的

△G＜0。Gi

函數(shù)降低越多，越易潤濕。12（8）溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度與在溶液本體中濃度不同的現(xiàn)象——溶液表面的吸咐表面層濃度高于本體濃度—正吸附表面層濃度低于本體濃度--負吸附表面過剩或表面吸附量：Γ

=Asn單位為molm-2—單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量與同量溶劑在溶液本體中所含溶質(zhì)物質(zhì)的量的差值二、方程及等溫式1.（Laplace)方程彎曲液面的曲率半徑為rr2p

液體表面該形式的Laplace方程只適用于球形液面，如小液滴或液體中的小氣泡。對空氣中的氣泡，如肥皂泡，有兩個氣-液界面，p=4

/r。r

gh

hrlrr——毛細管半徑；——液體密度g——重力加速度cos

rl當接觸角θ<90o時，液體在毛細管中上升，凹液面；當接觸角θ>90o時，液體在毛細管中下降，凸液面。2.

附加壓力產(chǎn)生的毛細管現(xiàn)象16曲率半徑為r的液滴R

T

ln

pr

=p r

rp，pr——平液面及曲率半徑為r的液滴的飽和蒸氣壓M，——液體的摩爾質(zhì)量及密度液滴越小，r

越小，pr

越大3.

開爾文（Kelvin）公式毛細管中曲率半徑為r的凹液面R

T

ln

pr

＝-

2gV

mp

r凹液面的曲率半徑越小，pr

越小以水為例：pr(凸液面)>pr(平液面)>pr(毛細管中凹液面)，且曲率半徑r

越小，偏離程度越大。固體表面1.朗吸附等溫式

bp1

bpk-1b

k1或：bpV

a

V

am

1

bpmmmp

1V

aV

aV

ab

pmV

aV

aV

ab1

11

1或

p

或取倒數(shù)：m斜率

bPV

a1

與1

成直線，截距

V

a

,192.吸附熱力學物理吸附為自發(fā)過程，G

<0；而氣體吸附到表面，

度減少，故S

<

0；H

<0，吸附為放熱過程。固-液界面1.楊氏方程

s

sl

l

cosP

l

sl潤濕達平衡時，在O點處必有：

sNMO

2.

潤濕方程：≥

0，θ≤180o≥

0，θ

≤

90o≥0，θ＝0o或不存在g

sl-

D

G

a

=

g

s

-

g

sl

+

g

l

=

g

l(cos

q

+

1)- D

G

i

=

g

s

-

=

g

l

cos

qg

sl

--

D

G

s

=

g

s

-

g

l

=

g

l(cos

q

-

1)S

≥0

自動鋪展鋪展系數(shù)：g

lS

=

-

D

G

s

=

g

s－g

sl

-22用接觸角θ的大小用來判斷潤濕的種類和效果

<90°潤濕；

>90°不潤濕

=0°或不存在，完全潤濕；

=180°完全不潤濕。對于理想稀溶液1.吸附等溫式c

dgR

T

dcG

=

-Γ：溶質(zhì)在單位面積的表面層中的吸附量(molm-2)c:

溶質(zhì)在溶液本體中的平衡濃度溶液表面2.

表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列一般情況下，表面活性物質(zhì)的-c

曲線G

=

G

kcm

1

+

kc1.

表面現(xiàn)象在自然界普遍存在，但有些自然現(xiàn)象與表面現(xiàn)象并不密切相關(guān)，例如(A)

氣體在固體上的吸附(C)

微小液滴自動呈球形(B)

微小固體在溶劑中溶解(D)

不同濃度的蔗糖水溶液混合答案：D液體的附加壓力和表面張力的聯(lián)系與區(qū)別在于產(chǎn)生的原因和方向相同而大小不同作用點相同而方向和大小不同作用點相同而產(chǎn)生的原因不同產(chǎn)生的原因相同而方向不同答案：D3.

對于理想的水平液面，其值為零的表面物理量是(A)

表面功(C)

表面張力(B)表面

函數(shù)(D)

附加壓力答案：D4.

表面張力是物質(zhì)的表面性質(zhì)，其值與很多因素有關(guān)，但是它與下列因素無關(guān)(A)

溫度(B)

壓力

(C)

組成

(D)

表面積答案：D若多孔性物質(zhì)能被水潤濕，則當水蒸氣含量較大時，可首先在該多孔性物質(zhì)的孔隙中凝結(jié)，這是因為平液面的蒸氣壓小于凸液面的蒸氣壓平液面的蒸氣壓大于凸液面的蒸氣壓平液面的蒸氣壓大于凹液面的蒸氣壓平液面的蒸氣壓小于凹液面的蒸氣壓答案：C對彎曲液面上的蒸氣壓的描述正確的是大于平面液體的蒸氣壓小于平面液體的蒸氣壓大于或小于平面液體的蒸氣壓都不對答案：C7.

當在空氣中形成一個半徑為r的小氣泡時，泡內(nèi)壓力與泡外壓力之差為答案：B8.

若天空云層中小水滴的大小發(fā)生變化時，一定是(A)

大水滴變大，小水滴變小(C)

大小水滴都變大(B)

大水滴變小，小水滴變大(D)

大小水滴都變小答案：A。因小水滴的蒸氣壓大于大水滴的蒸氣壓。(A)

2g

(B)rr4g(C)

-

(D)04gr一定條件下液體在毛細管中上升的高度與毛細管的半徑(A)

無關(guān)

(B)

成正比

(C)

成反比

(D)不確定答案：C對物理吸附的描述中，哪一條是不正確的？吸附速度較快吸附層可以是單分子層或多分子層吸附熱較小吸附力來源于化學鍵力，吸附一般不具選擇性答案：D11.

表面活性劑是針對某種特定的液體或溶液而言的，表面活性劑的實質(zhì)性作用是(A)

作用(C)

降低表面張力(B)

增溶作用(D)

增加表面張力答案：C使用表面活性物質(zhì)時應(yīng)當特別注意的問題是兩性型和非離子型表面活性劑不能混用陽離子型和陰離子型表面活性劑不能混用陽離子型和非離子型表面活性劑不能混用陰離子型表面活性劑不能在酸性環(huán)境中使用答案：B。若混用可能產(chǎn)生沉淀或降低其表面活性劑的作用。sT

,pdG

s

dA分析：利用0.4865分散前后質(zhì)量不變，體積不變0.48656.114J(As2-As1)【10.3】計算373.15K時，下列情況下彎曲液面承受的附加壓力。已知373.15K時水的表面張力為58.91×10-3N

?m-1。水中存在的半徑為0.1um的小氣泡空氣中存在的半徑為0.1um的小液滴空氣中存在的半徑為0.1um的小氣泡分析：

利用

方程p

2r解：

（1）和（2）兩種情況下均只存在一個氣-液界面，其附加壓力相同。根據(jù)

方程32

2

58.91103

p

Pa

1.178

10

kPar0.1106

（3）空氣中存在的氣泡，有兩個氣-液界面，其附加壓力為34

4

58.91103

p

Pa

2.356

10

kPar0.1106【10.4】

在293.15K時，將直徑為0.1mm的玻璃毛細管乙醇中。問需要在管內(nèi)加多大的壓力才能液面上升？若不加任何壓力，平衡后毛細管內(nèi)液面的高度為多少？已知該溫度下乙醇的表面張力為22.3×10

-3N·m

-1，密度為789.4

kg·m

-3，重力加速度為9.8m

·s

-2。設(shè)乙醇能很好地潤濕玻璃。分析：

利用

方程及毛細現(xiàn)象公式h

r管

grp

2液r液=r管r液

0o，cos

=1=r管h

2r管

gr管2

22.3103N

m10.05

103m

789.4kg

m3

9.8m

s20.115m解：2

2

22.310-3

0.05

10-3p

=r

Pa=892Pa液r液=r管r液

0o，cos

=1=r管【10.5】水蒸氣迅速冷卻至298.15K時可達到過飽和狀態(tài)。已-1知該溫度下水的表面張力為71.97×10-3

N·m

，密度為997kg·m-3。當過飽和水蒸氣壓力為平液面水的飽和蒸氣壓的4倍時，計算：（1）開始形成水滴的半徑；（2）每個水滴中所含水分子的個數(shù)。分析：利用開爾文公式R

T

ln

r

p

r34V

水滴=3

p

r=

MVr

L水分子VN

=

水滴V

水分子解：（1）利用開爾文公式R

T

ln

r

pr得10-3

?

0.018= 7.569

?

10- 10

m2g

Mr

=pr R

T

ln

pr驏2

創(chuàng)71.97=m琪琪琪桫997

創(chuàng)8.314 298.15

ln

4（2）每個水滴的體積33-

10(7.569

?

10

)

m3-

27

34

4V

水滴=

3

p

r

=

3

創(chuàng)3.141.815

?

10

m3-

29

3230.018V

水分子=m

= 3.00

?

10

mMr

L驏=

琪琪桫997

創(chuàng)6.022

1010-

2710-

29=

1.