《表面化學(xué)》課件

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根據(jù)物質(zhì)存在的形態(tài)：固(s)、氣(g)、液(l)，界面有5類：氣液：g-L

氣固：g-S習(xí)慣上稱之為“外表〞〔有一相為氣相〕

液液：L-L

液固：L-S

固固：S-S

“界面〞界面的種類根據(jù)物質(zhì)存在的形態(tài)：固(s)、氣(g)、液(l)2《表面化學(xué)》課件3《表面化學(xué)》課件4《表面化學(xué)》課件5《表面化學(xué)》課件68.1外表吉布斯函數(shù)與外表張力以液體和空氣相接觸的情況為例內(nèi)局部子：受鄰近各方向的力彼此抵消；界面分子：受不同的兩相中的物質(zhì)分子的作用。8.1外表吉布斯函數(shù)與外表張力以液體和空氣相接觸的情況為例71.外表吉布斯函數(shù)如前分析，氣-液外表相分子受到垂直指向液體內(nèi)部的吸引力，即表相分子比本體相分子具有額外的〔外表〕勢能。要使外表積增加，即把分子從體相拉到表相，外界必須做功。1.外表吉布斯函數(shù)如前分析，氣-液外表相分子受到垂直指向液體8外表功：我們把這種在形成新外表的過程中所需環(huán)境對(duì)體系做的功稱為外表功,這是熱力學(xué)中所提到的非體積功W非的一種。等溫等壓可逆過程：W非=(△G

)T,P

也即在形成新外表過程中所需的外表功應(yīng)等于體系吉布斯函數(shù)的增加；由于這一增加是由體系外表積的增加大所引起，所以稱為外表吉布斯函數(shù)，用G表表示，單位為Jm-2。外表功：我們把這種在形成新外表的過程中所需環(huán)境對(duì)體系做的功稱9比外表吉布斯函數(shù)：等溫等壓下，增加單位面積外表時(shí)，吉布斯函數(shù)的增加，用表示。增加面積為A(m2)時(shí)：W′非=A

＝G表比外表吉布斯函數(shù)：增加面積為A(m2)時(shí)：10顯然系統(tǒng)自由能：

G=G內(nèi)+G表G內(nèi):假設(shè)所有分子均為體相分子〔內(nèi)局部子〕時(shí)的系統(tǒng)自由能；G表:表相分子比等量的體相分子多出的額外〔外表〕勢能。當(dāng)系統(tǒng)分散度很小時(shí)，G表0，G=G內(nèi)當(dāng)系統(tǒng)分散度很大時(shí)，G=G內(nèi)+G表=G內(nèi)+A顯然系統(tǒng)自由能：G內(nèi):假設(shè)所有分子均為體相分子〔內(nèi)局部子11比外表〔A0〕把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。常用比外表〔A0〕來表示多相的分散系統(tǒng)的分散程度?！矄挝惑w積物質(zhì)所具有的外表積〕把一定大小的物質(zhì)分割得越小，那么分散度越高，比外表A0也越大。比外表〔A0〕把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。常用12例如，把邊長為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比外表增長情況列于下表：邊長l/m立方體數(shù)比表面A0/（m2/m3）1×10-216×102

1×10-31036×103

1×10-51096×105

1×10-710156×107

1×10-910216×109

可見到達(dá)nm級(jí)的超細(xì)微粒具有巨大的比外表積，因而具有許多獨(dú)特的外表效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。例如，把邊長為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比13《表面化學(xué)》課件14(1)什么是外表張力2、外表張力(1)什么是外表張力2、外表張力15為垂直作用于液體外表單位長度邊界限上與液面相切的收縮力，稱為外表張力，單位Nm-1。為垂直作用于液體外表單位長度邊界限上與液面相切的收縮力，稱16Ldl(a)平液面表面張力示意圖球形液面表面張力示意圖表面張力外表張力是垂直作用于外表上單位長度的收縮力，其作用的結(jié)果使液體外表縮小，其方向?qū)τ谄揭好媸茄刂好娌⑴c液面平行，對(duì)于彎曲液面那么與液面相切。Ldl(a)平液面表面張力示意圖球形液面表面張力示意圖表面17比外表吉布斯函數(shù)與外表張力的異同點(diǎn)異：物理概念、意義不同：2〕外表張力〔通?！持讣兾镔|(zhì)的外表層分子間實(shí)際存在著的〔收縮〕張力。單位：Nm-1。(力學(xué)角度)1〕比外表吉布斯函數(shù)表示形成單位面積新外表時(shí)系統(tǒng)外表吉布斯函數(shù)的增加〔熱力學(xué)、能量的角度〕，單位：Jm-2：比外表吉布斯函數(shù)與外表張力的異同點(diǎn)異：物理概念、意義不同：18同：外表張力和比外表吉布斯函數(shù)是同一物理量，二者雖單位不同，但其量綱一致：比外表吉布斯函數(shù)Jm-2=(Nm)m-2=Nm-1外表張力同：外表張力和比外表吉布斯函數(shù)是同一物理量，二者雖單位不同，19(2)影響外表張力的因素①分子間相互作用力的影響對(duì)純液體或純固體，外表張力決定于分子間形成的化學(xué)鍵能的大小，一般化學(xué)鍵越強(qiáng)，外表張力越大。(2)影響外表張力的因素①分子間相互作用力的影響對(duì)純液體或純20②溫度的影響溫度升高，界面張力下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界溫度Tc時(shí)，界面張力趨向于零等式左方為正值，因?yàn)橥獗矸e增加，熵總是增加的。所以σ隨T的增加而下降。②溫度的影響溫度升高，界面張力下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界溫度Tc時(shí)，界21③壓力的影響外表張力一般隨壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾?，氣相密度增加，外表分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)。另外，假設(shè)是氣相中有別的物質(zhì)，那么壓力增加，促使外表吸附增加，氣體溶解度增加，也使外表張力下降。③壓力的影響外表張力一般隨壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾樱?21.縮小外表積2.降低外表張力—吸附現(xiàn)象3.同時(shí)變化—潤濕現(xiàn)象同一質(zhì)量的物質(zhì)，分散度〔比外表積A0=A/V)越大，外表吉布斯函數(shù)越大，系統(tǒng)總吉布斯函數(shù)越大，系統(tǒng)越不穩(wěn)定，將向減小吉布斯函數(shù)的方向變化。可通過以下三種方式自發(fā)地使系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)：1.縮小外表積同一質(zhì)量的物質(zhì)，分散度〔比外表積A0=A/V)238.2吸附作用④吸附原因：外表分子受力不均，存在過剩的外表吉布斯函數(shù)，可以吸引那些能降低其外表吉布斯函數(shù)的氣體或液體。吸附現(xiàn)象及其本質(zhì)①吸附:物質(zhì)界面吸引了周圍介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)而使其暫時(shí)停留的現(xiàn)象。②吸附劑：能把周圍介質(zhì)吸引在自己外表上的物質(zhì)③吸附質(zhì)：被吸附劑吸附的物質(zhì)。8.2吸附作用④吸附原因：外表分子受力不均，存在過剩的外表24吸附為自發(fā)過程例如，活性炭外表吸引了乙醚分子或醋酸分子后，使得固體外表分子除受內(nèi)局部子的引力外，又增加了吸附質(zhì)與吸附劑分子之間的引力，這兩種方向相反的力使得外表分子受內(nèi)局部子的拉力減弱，固體吸附劑的外表張力下降，外表吉布斯函數(shù)降低，因此固體能吸附其它物質(zhì)。ΔG表=A·Δσ吸附結(jié)果Δσ＜0ΔG表＜0自發(fā)過程吸附為自發(fā)過程例如，活性炭外表吸引了乙醚分子或醋25物理吸附和化學(xué)吸附特點(diǎn)：吸附穩(wěn)定性不高，吸附和解吸速率都很快；吸附無選擇性，任何固體可以吸附任何氣體，當(dāng)然吸附量會(huì)有所不同。吸附過程不發(fā)生化學(xué)反響，不需要活化能；放熱過程，高溫對(duì)吸附不利。1.物理吸附定義：吸附起源于吸附劑與吸附質(zhì)之間的范德華力，這種吸附為物理吸附。物理吸附和化學(xué)吸附特點(diǎn)：1.物理吸附定義：吸附起源于吸附劑與26特點(diǎn)：吸附力是由吸附劑與吸附質(zhì)分子之間產(chǎn)生的化學(xué)鍵力，一般較強(qiáng)。吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸。吸附有選擇性，固體外表的活性位只吸附與之可發(fā)生反響的氣體分子，如酸位吸附堿性分子，反之亦然。2.化學(xué)吸附定義：吸附劑與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響。特點(diǎn)：2.化學(xué)吸附定義：吸附劑與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響。27

物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力（多為共價(jià)鍵）吸附層單層或多層單層吸附熱近似等于氣體凝結(jié)熱，較小，ΔH＜0近似等于化學(xué)反應(yīng)熱，較大，ΔH＜0吸附選擇性無選擇性（吸附量可不同）有選擇性吸附可逆性可逆不可逆吸附速率快，易達(dá)平衡慢，不易達(dá)平衡溫度低溫（沸點(diǎn)附近或以下）高溫》Tb才發(fā)生明顯吸附。物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別

物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力（多為共價(jià)鍵）吸附層28吸附劑與吸附質(zhì)的性質(zhì)〔同極性相吸〕一般來說，極性吸附劑(硅膠，活性氧化鋁)吸附極性物質(zhì)的能力強(qiáng)，如硅膠易除去空氣中的水分；而非極性吸附劑易吸附非極性的物質(zhì)，如木炭吸附乙醇的能力比吸附苯的能力差。分散度越大，吸附劑的吸附能力越強(qiáng)增溫吸附量降低吸附質(zhì)為氣體時(shí)，吸附量與氣體壓力有關(guān)影響吸附作用的因素吸附劑與吸附質(zhì)的性質(zhì)〔同極性相吸〕影響吸附作用的因素29吸附劑的應(yīng)用固體催化劑凈化空氣回收溶劑廢水處理脫色、除臭，除重金屬等吸附劑的應(yīng)用固體催化劑308.3外表活性劑定義：外表活性劑是這樣一種物質(zhì)，它能吸附在表(界)面上，在參加量很少時(shí)即可顯著改變表(界)面的物理化學(xué)性質(zhì)，從而產(chǎn)生一系列的應(yīng)用功能。8.3外表活性劑定義：外表活性劑是這樣一種物質(zhì)，它能吸附在表31具有雙親構(gòu)造的有機(jī)化合物例：肥皂CH3(CH2)16COONa親油基親水基1.外表活性劑的構(gòu)造特點(diǎn)油酸表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征COO-CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+具有雙親構(gòu)造的有機(jī)化合物1.外表活性劑的構(gòu)造特點(diǎn)油酸表322.外表活性劑的分類按化學(xué)構(gòu)造分：離子型和非離子型按離子類型分：陰離子、陽離子、兩性按用途分：起泡劑、潤濕劑、洗滌劑、增溶劑等陰離子外表活性劑RCOONa

羧酸鹽R-OSO3Na 硫酸酯鹽R-SO3Na 磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽其特點(diǎn)是洗凈去污能力強(qiáng)，在化裝品中的應(yīng)用主要是清潔洗滌作用。2.外表活性劑的分類按化學(xué)構(gòu)造分：離子型和非離子型按離子類型33陽離子外表活性劑R-NH2·HCl伯胺鹽

CH3|R-N-HCl 仲胺鹽|H

CH3|R-N-HCl 叔胺鹽|

CH3

CH3|R-N+-CH3Cl-

季胺鹽|CH3其特點(diǎn)是具有較好的殺菌性與抗靜電性，在化裝品中的應(yīng)用是柔軟去靜電。陽離子外表活性劑R-NH2·HCl伯胺鹽CH334兩性外表活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3其特點(diǎn)是具有良好的洗滌作用且比較溫和，常與陰離子型或陽離子型外表活性劑搭配使用。兩性外表活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型35R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非離子外表活性劑R2N-(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH

脂肪醇聚氧乙烯醚其特點(diǎn)是平安溫和，無刺激性，具有良好的乳化、增溶等作用，在化裝品中應(yīng)用最廣。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH非離子外表活性劑R2N361.外表活性劑的性質(zhì)(1)外表吸附1.外表活性劑的性質(zhì)(1)外表吸附37《表面化學(xué)》課件38(2).形成膠團(tuán)CMC─臨界膠束濃度。外表活性劑溶液中形成膠束所需外表活性劑最低濃度。(2).形成膠團(tuán)CMC─臨界膠束濃度。外表活性劑溶液中39小膠團(tuán)小膠團(tuán)40球形膠團(tuán)球形膠團(tuán)41棒狀膠束棒狀膠束42層狀膠束層狀膠束43脂質(zhì)雙層與細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層與細(xì)胞膜44(1)

潤濕作用潤濕的概念從力學(xué)角度：當(dāng)固體分子對(duì)液體分子的粘附力大于液體分子的內(nèi)聚力時(shí)，發(fā)生潤濕。從熱力學(xué)角度：為固液二相接觸后，系統(tǒng)的外表吉布斯函數(shù)降低的現(xiàn)象。2.外表活性劑的作用(1)潤濕作用潤濕的概念從力學(xué)角度：當(dāng)固體分子對(duì)液體分子的45接觸角：三相接觸達(dá)平衡時(shí)，過三相接觸點(diǎn)沿液氣界面的切線與固液界面的夾角。σl-gσs-

lσs-gθσs-g=σl-gCOSθ+σs-

lCOSθ=(σs-g-σs-l)/σl-g接觸角與界面張力的關(guān)系接觸角：三相接觸達(dá)平衡時(shí)，過三相接觸點(diǎn)沿液氣σl-gσs-46接觸角與潤濕程度之間的關(guān)系：接觸角與潤濕程度之間的關(guān)系：47(2)

乳化作用乳化：一種液體在另一種不溶性液體中，被分散成細(xì)小粒子稱為乳化。乳化作用：在一定條件下，使不相混溶的兩種液體形成具有一定穩(wěn)定性的液液分散體系的作用。在乳濁液中，分散相呈細(xì)小的液滴分散在介質(zhì)中，相界面積很大，體系能量很高，為熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。乳化劑：能增加乳濁液穩(wěn)定性的物質(zhì)叫乳化劑。(2)乳化作用乳化：一種液體在另一種不溶性液體中，被分散成48降低界面張力形成結(jié)實(shí)的乳化膜乳化膜帶電適當(dāng)?shù)耐獗碚扯热榛瘎┐蠖嗍峭獗砘钚詣?，主要穩(wěn)定原因：乳化劑大多是外表活性劑，主要穩(wěn)定原因：49乳狀液的類型乳狀液的類型50破乳過程絮凝過程聚結(jié)過程分層破乳過程絮凝過程聚結(jié)過程分層51破乳方法物理機(jī)械方法化學(xué)方法破乳方法物理機(jī)械方法化學(xué)方法52(3)

增溶作用定義：某些難溶或不溶于水的有機(jī)物可因外表活性膠團(tuán)的形成而大大提高其溶解度的作用。(3)增溶作用定義：某些難溶或不溶于水的有機(jī)物可因外表活性53機(jī)理：單態(tài)模型和多態(tài)模型機(jī)理：單態(tài)模型和多態(tài)模型54增溶方式增溶方式55(4)起泡和消泡作用氣泡：不溶性氣體分散在液體或固體中所生成的分散體系。泡沫：多數(shù)氣泡的集合體。起泡劑：起泡性能好的物質(zhì)稱為起泡劑。用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等。(4)起泡和消泡作用氣泡：不溶性氣體分散在液體或固體中所生成56浮游選礦首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中參加捕集劑和起泡劑等外表活性劑；攪拌并從池底鼓氣，礦物會(huì)附在氣泡上一起升到液面。帶有有效礦粉的氣泡聚集外表，收集并滅泡濃縮，從而到達(dá)了富集的目的。不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時(shí)去除。 當(dāng)?shù)V砂外表有5%被捕集劑覆蓋時(shí)，就使外表產(chǎn)生憎水性〔選擇適宜的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的外表，憎水基朝向水〕；浮游選礦首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中參加捕集劑和57消泡：破壞泡沫為消泡。方法主要有兩類：機(jī)械方法：攪拌、改變溫度、壓力等參加消泡劑：酒精、乙醚等使氣泡里起泡劑分子減少，泡沫的結(jié)實(shí)程度下降，泡沫易于破滅。消泡：破壞泡沫為消泡。方法主要有兩類：機(jī)械方法：攪拌、改變溫58B.參加外表活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物外表并吸附在污垢上，使污垢逐步脫離外表。C.污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，干凈外表被活性劑分子占領(lǐng)。A.水的外表張力大，對(duì)油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉。(5)洗滌作用

B.參加外表活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物外表并吸附在污垢上，使59外表活性劑的HLB值親水親油平衡(HLB)值是外表活性劑的一種實(shí)用性量度，它與分子構(gòu)造有關(guān)，用于表示外表活性劑的親水性。外表活性劑的HLB值60一般來說，HLB值低，表示親水性差，親油性強(qiáng)，可溶于油中；反之，HLB值高說明親水性強(qiáng)，可溶于水中。一般HLB小于10認(rèn)為親油性好，大于10那么認(rèn)為親水性好。外表活性劑的HLB值的范圍為1?40，由小到大親水性增強(qiáng)。一般來說，HLB值低，表示親水性差，親油性強(qiáng)，可溶于油中；反61《表面化學(xué)》課件62油水泥水NaCl溶液分散介質(zhì)分散相分散系Na+和Cl-小土粒小油滴

水水

水把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的混合物，即分散體系。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相〔dispersedphase〕，另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)〔dispersingmedium)。分散體系及分散體系的分類8.4溶膠的穩(wěn)定性和聚沉油水泥水NaCl溶液分散介質(zhì)分散相分散系Na+和Cl-小土粒63溶膠：分散相〔直徑在1nm-100nm)分散在液體中組成的多相體系。溶膠的穩(wěn)定性溶膠具有巨大的界面積，即外表吉布斯函數(shù)非常大，為什么有些溶膠卻能放置數(shù)年而不聚沉？溶膠：溶膠的穩(wěn)定性溶膠具有巨大的界面積，即外表吉布斯函數(shù)非常64電泳現(xiàn)象：膠體由于受電的作用而移動(dòng)的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)U型管里裝入FeCl3水解制得的紅褐色的氫氧化鐵溶液，兩端插入兩根金屬線作電極，通直流電后在陰極區(qū)的顏色變深，說明氫氧化鐵的膠粒移向陰極。結(jié)論：膠體是帶電的。電泳現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)U型管里裝入FeCl3水解制得的紅褐色65膠粒是怎樣帶電的呢？以AgCI溶膠為例，實(shí)驗(yàn)說明：當(dāng)AgNO3和KI以等物質(zhì)的量作用時(shí)，得到的AgI溶膠是不穩(wěn)定；當(dāng)AgNO3過量時(shí)，形成的AgI膠核具有很大的比外表，在其外表可選擇性地吸附過量的Ag+而帶正電；當(dāng)KI過量時(shí)，形成的AgI膠核在其外表吸附過量的I-而帶負(fù)電；膠粒是怎樣帶電的呢？以AgCI溶膠為例，實(shí)驗(yàn)說明：當(dāng)Ag66例1：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓過量的KI作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的構(gòu)造表達(dá)式：[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

|________________________||________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：膠粒的構(gòu)造例1：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓[(Ag67膠粒的構(gòu)造例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓過量的AgNO3作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的構(gòu)造表達(dá)式：[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：膠粒的構(gòu)造例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI68溶膠的聚沉

溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，雖然由于膠粒帶電，可以相對(duì)穩(wěn)定存在一段時(shí)間，但其不穩(wěn)定性是絕對(duì)的，在生產(chǎn)實(shí)踐中，有時(shí)也要防止或加速膠體的形成。因此要設(shè)法處理溶膠，使其中的膠粒聚集成大粒子而沉降下來。方法：參加少量電解質(zhì)溶液。膠體粒子聚集到一起沉降下來的過程，叫“聚沉〞，聚沉所得的沉淀物叫“聚沉物〞。溶膠的聚沉溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，雖然由于膠粒69Schultz-Hardy(舒爾策-哈迪)規(guī)那么：起聚沉作用的總是與顆粒電荷符號(hào)相反的離子，聚沉值與〔反離子〕離子價(jià)數(shù)的六次方成反比。Schultz-Hardy(舒爾策-哈迪)規(guī)那么：70DLVO理論：DLVO理論：71《表面化學(xué)》PPT課件本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！《表面化學(xué)》PPT課件本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用72界面的種類

根據(jù)物質(zhì)存在的形態(tài)：固(s)、氣(g)、液(l)，界面有5類：氣液：g-L

氣固：g-S習(xí)慣上稱之為“外表〞〔有一相為氣相〕

液液：L-L

液固：L-S

固固：S-S

“界面〞界面的種類根據(jù)物質(zhì)存在的形態(tài)：固(s)、氣(g)、液(l)73《表面化學(xué)》課件74《表面化學(xué)》課件75《表面化學(xué)》課件76《表面化學(xué)》課件778.1外表吉布斯函數(shù)與外表張力以液體和空氣相接觸的情況為例內(nèi)局部子：受鄰近各方向的力彼此抵消；界面分子：受不同的兩相中的物質(zhì)分子的作用。8.1外表吉布斯函數(shù)與外表張力以液體和空氣相接觸的情況為例781.外表吉布斯函數(shù)如前分析，氣-液外表相分子受到垂直指向液體內(nèi)部的吸引力，即表相分子比本體相分子具有額外的〔外表〕勢能。要使外表積增加，即把分子從體相拉到表相，外界必須做功。1.外表吉布斯函數(shù)如前分析，氣-液外表相分子受到垂直指向液體79外表功：我們把這種在形成新外表的過程中所需環(huán)境對(duì)體系做的功稱為外表功,這是熱力學(xué)中所提到的非體積功W非的一種。等溫等壓可逆過程：W非=(△G

)T,P

也即在形成新外表過程中所需的外表功應(yīng)等于體系吉布斯函數(shù)的增加；由于這一增加是由體系外表積的增加大所引起，所以稱為外表吉布斯函數(shù)，用G表表示，單位為Jm-2。外表功：我們把這種在形成新外表的過程中所需環(huán)境對(duì)體系做的功稱80比外表吉布斯函數(shù)：等溫等壓下，增加單位面積外表時(shí)，吉布斯函數(shù)的增加，用表示。增加面積為A(m2)時(shí)：W′非=A

＝G表比外表吉布斯函數(shù)：增加面積為A(m2)時(shí)：81顯然系統(tǒng)自由能：

G=G內(nèi)+G表G內(nèi):假設(shè)所有分子均為體相分子〔內(nèi)局部子〕時(shí)的系統(tǒng)自由能；G表:表相分子比等量的體相分子多出的額外〔外表〕勢能。當(dāng)系統(tǒng)分散度很小時(shí)，G表0，G=G內(nèi)當(dāng)系統(tǒng)分散度很大時(shí)，G=G內(nèi)+G表=G內(nèi)+A顯然系統(tǒng)自由能：G內(nèi):假設(shè)所有分子均為體相分子〔內(nèi)局部子82比外表〔A0〕把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。常用比外表〔A0〕來表示多相的分散系統(tǒng)的分散程度。〔單位體積物質(zhì)所具有的外表積〕把一定大小的物質(zhì)分割得越小，那么分散度越高，比外表A0也越大。比外表〔A0〕把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。常用83例如，把邊長為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比外表增長情況列于下表：邊長l/m立方體數(shù)比表面A0/（m2/m3）1×10-216×102

1×10-31036×103

1×10-51096×105

1×10-710156×107

1×10-910216×109

可見到達(dá)nm級(jí)的超細(xì)微粒具有巨大的比外表積，因而具有許多獨(dú)特的外表效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。例如，把邊長為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比84《表面化學(xué)》課件85(1)什么是外表張力2、外表張力(1)什么是外表張力2、外表張力86為垂直作用于液體外表單位長度邊界限上與液面相切的收縮力，稱為外表張力，單位Nm-1。為垂直作用于液體外表單位長度邊界限上與液面相切的收縮力，稱87Ldl(a)平液面表面張力示意圖球形液面表面張力示意圖表面張力外表張力是垂直作用于外表上單位長度的收縮力，其作用的結(jié)果使液體外表縮小，其方向?qū)τ谄揭好媸茄刂好娌⑴c液面平行，對(duì)于彎曲液面那么與液面相切。Ldl(a)平液面表面張力示意圖球形液面表面張力示意圖表面88比外表吉布斯函數(shù)與外表張力的異同點(diǎn)異：物理概念、意義不同：2〕外表張力〔通常〕指純物質(zhì)的外表層分子間實(shí)際存在著的〔收縮〕張力。單位：Nm-1。(力學(xué)角度)1〕比外表吉布斯函數(shù)表示形成單位面積新外表時(shí)系統(tǒng)外表吉布斯函數(shù)的增加〔熱力學(xué)、能量的角度〕，單位：Jm-2：比外表吉布斯函數(shù)與外表張力的異同點(diǎn)異：物理概念、意義不同：89同：外表張力和比外表吉布斯函數(shù)是同一物理量，二者雖單位不同，但其量綱一致：比外表吉布斯函數(shù)Jm-2=(Nm)m-2=Nm-1外表張力同：外表張力和比外表吉布斯函數(shù)是同一物理量，二者雖單位不同，90(2)影響外表張力的因素①分子間相互作用力的影響對(duì)純液體或純固體，外表張力決定于分子間形成的化學(xué)鍵能的大小，一般化學(xué)鍵越強(qiáng)，外表張力越大。(2)影響外表張力的因素①分子間相互作用力的影響對(duì)純液體或純91②溫度的影響溫度升高，界面張力下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界溫度Tc時(shí)，界面張力趨向于零等式左方為正值，因?yàn)橥獗矸e增加，熵總是增加的。所以σ隨T的增加而下降。②溫度的影響溫度升高，界面張力下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界溫度Tc時(shí)，界92③壓力的影響外表張力一般隨壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾樱瑲庀嗝芏仍黾?，外表分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)。另外，假設(shè)是氣相中有別的物質(zhì)，那么壓力增加，促使外表吸附增加，氣體溶解度增加，也使外表張力下降。③壓力的影響外表張力一般隨壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾樱?31.縮小外表積2.降低外表張力—吸附現(xiàn)象3.同時(shí)變化—潤濕現(xiàn)象同一質(zhì)量的物質(zhì)，分散度〔比外表積A0=A/V)越大，外表吉布斯函數(shù)越大，系統(tǒng)總吉布斯函數(shù)越大，系統(tǒng)越不穩(wěn)定，將向減小吉布斯函數(shù)的方向變化?？赏ㄟ^以下三種方式自發(fā)地使系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)：1.縮小外表積同一質(zhì)量的物質(zhì)，分散度〔比外表積A0=A/V)948.2吸附作用④吸附原因：外表分子受力不均，存在過剩的外表吉布斯函數(shù)，可以吸引那些能降低其外表吉布斯函數(shù)的氣體或液體。吸附現(xiàn)象及其本質(zhì)①吸附:物質(zhì)界面吸引了周圍介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)而使其暫時(shí)停留的現(xiàn)象。②吸附劑：能把周圍介質(zhì)吸引在自己外表上的物質(zhì)③吸附質(zhì)：被吸附劑吸附的物質(zhì)。8.2吸附作用④吸附原因：外表分子受力不均，存在過剩的外表95吸附為自發(fā)過程例如，活性炭外表吸引了乙醚分子或醋酸分子后，使得固體外表分子除受內(nèi)局部子的引力外，又增加了吸附質(zhì)與吸附劑分子之間的引力，這兩種方向相反的力使得外表分子受內(nèi)局部子的拉力減弱，固體吸附劑的外表張力下降，外表吉布斯函數(shù)降低，因此固體能吸附其它物質(zhì)。ΔG表=A·Δσ吸附結(jié)果Δσ＜0ΔG表＜0自發(fā)過程吸附為自發(fā)過程例如，活性炭外表吸引了乙醚分子或醋96物理吸附和化學(xué)吸附特點(diǎn)：吸附穩(wěn)定性不高，吸附和解吸速率都很快；吸附無選擇性，任何固體可以吸附任何氣體，當(dāng)然吸附量會(huì)有所不同。吸附過程不發(fā)生化學(xué)反響，不需要活化能；放熱過程，高溫對(duì)吸附不利。1.物理吸附定義：吸附起源于吸附劑與吸附質(zhì)之間的范德華力，這種吸附為物理吸附。物理吸附和化學(xué)吸附特點(diǎn)：1.物理吸附定義：吸附起源于吸附劑與97特點(diǎn)：吸附力是由吸附劑與吸附質(zhì)分子之間產(chǎn)生的化學(xué)鍵力，一般較強(qiáng)。吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸。吸附有選擇性，固體外表的活性位只吸附與之可發(fā)生反響的氣體分子，如酸位吸附堿性分子，反之亦然。2.化學(xué)吸附定義：吸附劑與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響。特點(diǎn)：2.化學(xué)吸附定義：吸附劑與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響。98

物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力（多為共價(jià)鍵）吸附層單層或多層單層吸附熱近似等于氣體凝結(jié)熱，較小，ΔH＜0近似等于化學(xué)反應(yīng)熱，較大，ΔH＜0吸附選擇性無選擇性（吸附量可不同）有選擇性吸附可逆性可逆不可逆吸附速率快，易達(dá)平衡慢，不易達(dá)平衡溫度低溫（沸點(diǎn)附近或以下）高溫》Tb才發(fā)生明顯吸附。物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別

物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力（多為共價(jià)鍵）吸附層99吸附劑與吸附質(zhì)的性質(zhì)〔同極性相吸〕一般來說，極性吸附劑(硅膠，活性氧化鋁)吸附極性物質(zhì)的能力強(qiáng)，如硅膠易除去空氣中的水分；而非極性吸附劑易吸附非極性的物質(zhì)，如木炭吸附乙醇的能力比吸附苯的能力差。分散度越大，吸附劑的吸附能力越強(qiáng)增溫吸附量降低吸附質(zhì)為氣體時(shí)，吸附量與氣體壓力有關(guān)影響吸附作用的因素吸附劑與吸附質(zhì)的性質(zhì)〔同極性相吸〕影響吸附作用的因素100吸附劑的應(yīng)用固體催化劑凈化空氣回收溶劑廢水處理脫色、除臭，除重金屬等吸附劑的應(yīng)用固體催化劑1018.3外表活性劑定義：外表活性劑是這樣一種物質(zhì)，它能吸附在表(界)面上，在參加量很少時(shí)即可顯著改變表(界)面的物理化學(xué)性質(zhì)，從而產(chǎn)生一系列的應(yīng)用功能。8.3外表活性劑定義：外表活性劑是這樣一種物質(zhì)，它能吸附在表102具有雙親構(gòu)造的有機(jī)化合物例：肥皂CH3(CH2)16COONa親油基親水基1.外表活性劑的構(gòu)造特點(diǎn)油酸表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征COO-CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+具有雙親構(gòu)造的有機(jī)化合物1.外表活性劑的構(gòu)造特點(diǎn)油酸表1032.外表活性劑的分類按化學(xué)構(gòu)造分：離子型和非離子型按離子類型分：陰離子、陽離子、兩性按用途分：起泡劑、潤濕劑、洗滌劑、增溶劑等陰離子外表活性劑RCOONa

羧酸鹽R-OSO3Na 硫酸酯鹽R-SO3Na 磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽其特點(diǎn)是洗凈去污能力強(qiáng)，在化裝品中的應(yīng)用主要是清潔洗滌作用。2.外表活性劑的分類按化學(xué)構(gòu)造分：離子型和非離子型按離子類型104陽離子外表活性劑R-NH2·HCl伯胺鹽

CH3|R-N-HCl 仲胺鹽|H

CH3|R-N-HCl 叔胺鹽|

CH3

CH3|R-N+-CH3Cl-

季胺鹽|CH3其特點(diǎn)是具有較好的殺菌性與抗靜電性，在化裝品中的應(yīng)用是柔軟去靜電。陽離子外表活性劑R-NH2·HCl伯胺鹽CH3105兩性外表活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3其特點(diǎn)是具有良好的洗滌作用且比較溫和，常與陰離子型或陽離子型外表活性劑搭配使用。兩性外表活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型106R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非離子外表活性劑R2N-(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH

脂肪醇聚氧乙烯醚其特點(diǎn)是平安溫和，無刺激性，具有良好的乳化、增溶等作用，在化裝品中應(yīng)用最廣。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH非離子外表活性劑R2N1071.外表活性劑的性質(zhì)(1)外表吸附1.外表活性劑的性質(zhì)(1)外表吸附108《表面化學(xué)》課件109(2).形成膠團(tuán)CMC─臨界膠束濃度。外表活性劑溶液中形成膠束所需外表活性劑最低濃度。(2).形成膠團(tuán)CMC─臨界膠束濃度。外表活性劑溶液中110小膠團(tuán)小膠團(tuán)111球形膠團(tuán)球形膠團(tuán)112棒狀膠束棒狀膠束113層狀膠束層狀膠束114脂質(zhì)雙層與細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層與細(xì)胞膜115(1)

潤濕作用潤濕的概念從力學(xué)角度：當(dāng)固體分子對(duì)液體分子的粘附力大于液體分子的內(nèi)聚力時(shí)，發(fā)生潤濕。從熱力學(xué)角度：為固液二相接觸后，系統(tǒng)的外表吉布斯函數(shù)降低的現(xiàn)象。2.外表活性劑的作用(1)潤濕作用潤濕的概念從力學(xué)角度：當(dāng)固體分子對(duì)液體分子的116接觸角：三相接觸達(dá)平衡時(shí)，過三相接觸點(diǎn)沿液氣界面的切線與固液界面的夾角。σl-gσs-

lσs-gθσs-g=σl-gCOSθ+σs-

lCOSθ=(σs-g-σs-l)/σl-g接觸角與界面張力的關(guān)系接觸角：三相接觸達(dá)平衡時(shí)，過三相接觸點(diǎn)沿液氣σl-gσs-117接觸角與潤濕程度之間的關(guān)系：接觸角與潤濕程度之間的關(guān)系：118(2)

乳化作用乳化：一種液體在另一種不溶性液體中，被分散成細(xì)小粒子稱為乳化。乳化作用：在一定條件下，使不相混溶的兩種液體形成具有一定穩(wěn)定性的液液分散體系的作用。在乳濁液中，分散相呈細(xì)小的液滴分散在介質(zhì)中，相界面積很大，體系能量很高，為熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。乳化劑：能增加乳濁液穩(wěn)定性的物質(zhì)叫乳化劑。(2)乳化作用乳化：一種液體在另一種不溶性液體中，被分散成119降低界面張力形成結(jié)實(shí)的乳化膜乳化膜帶電適當(dāng)?shù)耐獗碚扯热榛瘎┐蠖嗍峭獗砘钚詣?，主要穩(wěn)定原因：乳化劑大多是外表活性劑，主要穩(wěn)定原因：120乳狀液的類型乳狀液的類型121破乳過程絮凝過程聚結(jié)過程分層破乳過程絮凝過程聚結(jié)過程分層122破乳方法物理機(jī)械方法化學(xué)方法破乳方法物理機(jī)械方法化學(xué)方法123(3)

增溶作用定義：某些難溶或不溶于水的有機(jī)物可因外表活性膠團(tuán)的形成而大大提高其溶解度的作用。(3)增溶作用定義：某些難溶或不溶于水的有機(jī)物可因外表活性124機(jī)理：單態(tài)模型和多態(tài)模型機(jī)理：單態(tài)模型和多態(tài)模型125增溶方式增溶方式126(4)起泡和消泡作用氣泡：不溶性氣體分散在液體或固體中所生成的分散體系。泡沫：多數(shù)氣泡的集合體。起泡劑：起泡性能好的物質(zhì)稱為起泡劑。用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等。(4)起泡和消泡作用氣泡：不溶性氣體分散在液體或固體中所生成127浮游選礦首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中參加捕集劑和起泡劑等外表活性劑；攪拌并從池底鼓氣，礦物會(huì)附在氣泡上一起升到液面。帶有有效礦粉的氣泡聚集外表，收集并滅泡濃縮，從而到達(dá)了富集的目的。不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時(shí)去除。 當(dāng)?shù)V砂外表有5%被捕集劑覆蓋時(shí)，就使外表產(chǎn)生憎水性〔選擇適宜的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的外表，憎水基朝向水〕；浮游選礦首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中參加捕集劑和128消泡：破壞泡沫為消泡。方法主要有兩類：機(jī)械方法：攪拌、改變溫度、壓力等參加消泡劑：酒精、乙醚等使氣泡里起泡劑分子減少，泡沫的結(jié)實(shí)程度下降，泡沫易于破滅。消泡：破壞泡沫為消泡。方法主要有兩類：機(jī)械方法：攪拌、改變溫129B.參加外表活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物外表并吸附在污垢上，使污垢逐步脫離外表。C.污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，干凈外表被活性劑分子占領(lǐng)。A.水的外表張力大，對(duì)油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉。(5)洗滌作用

B.參加外表活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物外表并吸附在污垢上，使130外表活性劑的HLB值親水親油平衡(HLB)值是外表活性劑的一種實(shí)用性量