給水排水物理化學(xué)課件

物理化學(xué)——從研究化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手，借助數(shù)學(xué)和物理學(xué)的理論，探求化學(xué)變化中具有普遍性的包含宏觀到微觀的基本規(guī)律（平衡規(guī)律和速率規(guī)律）。1如何學(xué)物理化學(xué)聽(tīng)課：注重概念、深入思考、聯(lián)系實(shí)際看書(shū)：考前突擊對(duì)本課程幾乎不起作用練習(xí)和總結(jié)：在練習(xí)中掌握，在總結(jié)中提高注重概念、深入思考、及時(shí)總結(jié)、聯(lián)系實(shí)際有關(guān)課程的幾點(diǎn)具體要求：

作業(yè)筆記到課率參考書(shū)：物理化學(xué)（環(huán)境類(lèi)）李文斌物理化學(xué)概念辨析解題方法范崇正等各種習(xí)題解/wiki/Main_Page234InteractionsofthermodynamicsystemsTypeofsystemMassflowWorkHeatOpenClosedIsolated問(wèn)題：將反應(yīng)設(shè)計(jì)為敞開(kāi)系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、隔離系統(tǒng)。第二節(jié)基本概念一.系統(tǒng)與環(huán)境5二.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：系統(tǒng)宏觀性質(zhì)確定時(shí)（平衡態(tài)）的位置。狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)的一些具體宏觀參數(shù)。如n,T,p,V……是系統(tǒng)的狀態(tài)性質(zhì)。1）對(duì)單組分封閉體系，系統(tǒng)具有兩個(gè)獨(dú)立變量。2）狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)；即全微分性或環(huán)積分為零。6全微分與狀態(tài)函數(shù)①②73）狀態(tài)函數(shù)有廣度量和強(qiáng)度量的區(qū)別。

廣度量是物質(zhì)量的一次齊次函數(shù)，它具有加和性；強(qiáng)度量是物質(zhì)量的零次齊次函數(shù)，它無(wú)加和性。體積與摩爾體積摩爾量③8三.過(guò)程(process)與途徑(path)

當(dāng)系統(tǒng)和環(huán)境間發(fā)生物質(zhì)或能量交換時(shí)，系統(tǒng)完成從始態(tài)到終態(tài)的一系列變化稱(chēng)為過(guò)程。完成該過(guò)程的方式稱(chēng)為途徑。1）從系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)、性質(zhì)變化的屬性分類(lèi)單純pVT

變化相變過(guò)程、混合過(guò)程，如氣化，凝固，晶型轉(zhuǎn)變……化學(xué)變化過(guò)程92）從系統(tǒng)與環(huán)境作用的特征分類(lèi)①恒溫過(guò)程：變化過(guò)程中Ｔ(系，初)=Ｔ(系，終)=

T(環(huán))=定值(dT=0)(Ｔ(始)=T(終)，為等溫過(guò)程)(ΔT=0)②

恒壓過(guò)程：變化過(guò)程中p(系，初)=p(系，終)=p(環(huán))=定值(dp=0)(ｐ(始)=ｐ(終)，為等壓過(guò)程)(Δp=0)③恒容過(guò)程：體積功W=0④絕熱過(guò)程：

Q＝0⑤循環(huán)過(guò)程103）狀態(tài)函數(shù)法舉例相變恒溫恒壓可逆相變恒壓恒溫可逆相變11一、熱、功和內(nèi)能的概念熱（Q）：由于系統(tǒng)和環(huán)境之間存在的溫度差而傳遞的能量。熱是過(guò)程量。功（W）：除熱以外，系統(tǒng)和環(huán)境之間傳遞的一切能量。功也是過(guò)程量。§2.3熱力學(xué)第一定律12熱力學(xué)能（U）：系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量，它是狀態(tài)函數(shù)。二、熱力學(xué)第一定律認(rèn)識(shí)不會(huì)窮盡13可逆過(guò)程：當(dāng)系統(tǒng)沿原路返回時(shí)系統(tǒng)和環(huán)境同時(shí)恢復(fù)到原來(lái)的性質(zhì)的過(guò)程?？赡孢^(guò)程的數(shù)學(xué)描述：三、可逆過(guò)程和最大功14Inthermodynamics,areversibleprocess,orreversiblecycleiftheprocessiscyclic,isaprocessthatcanbe“reversed”bymeansofinfinitesimalchangesinsomepropertyofthesystemwithoutlossordissipationofenergy.Duetotheseinfinitesimalchanges,thesystemisinthermodynamicequilibriumthroughouttheentireprocess.Sinceitwouldtakeaninfiniteamountoftimeforthereversibleprocesstofinish,perfectlyreversibleprocessesareimpossible.However,ifthesystemundergoingthechangesrespondsmuchfasterthantheappliedchange,thedeviationfromreversibilitymaybenegligible.Inareversiblecycle,thesystemanditssurroundingswillbeexactlythesameaftereachcycle.Analternativedefinitionofareversibleprocessisaprocessthat,afterithastakenplace,canbereversedandcausesnochangeineitherthesystemoritssurroundings.Inthermodynamicterms,aprocess"takingplace"wouldrefertoitstransitionfromitsinitialstatetoitsfinalstate.15/wiki/Thermodynamic_diagrams/wiki/Heat/wiki/Work_(thermodynamics)/wiki/Internal_energy/wiki/Reversible_process_(thermodynamics)課外閱讀：16例題將n=2mol的H2氣(設(shè)為理想氣體)，分別經(jīng)下列三個(gè)過(guò)程由狀態(tài)298K、2p

變到狀態(tài)298K、p

，請(qǐng)求這三個(gè)過(guò)程中氣體對(duì)外界作的功。

(a)真空膨脹（自由膨脹）；

(b)反抗恒定外壓(p外=p)等溫膨脹；

(c)氣體無(wú)摩擦準(zhǔn)靜態(tài)恒溫膨脹。17(a)氣體向真空膨脹，p外=0，故W=0。18平衡態(tài)滿(mǎn)足的條件：系統(tǒng)內(nèi)部處于熱平衡系統(tǒng)內(nèi)部處于力平衡系統(tǒng)內(nèi)部處于相平衡系統(tǒng)內(nèi)部處于化學(xué)平衡可逆過(guò)程由一系列連續(xù)的平衡態(tài)形成。

僅當(dāng)系統(tǒng)與環(huán)境之間存在界面或可以人為劃定界面時(shí)，才能計(jì)算體積功。19四、恒容熱，恒壓熱，焓[化學(xué)反應(yīng)熱]定義體積不變時(shí)進(jìn)行的過(guò)程壓力不變時(shí)進(jìn)行的過(guò)程對(duì)化學(xué)反應(yīng)要求溫度相等，對(duì)物理過(guò)程則不一定。20焓是廣度量的狀態(tài)函數(shù)。1.恒容熱（Qv

）2.恒壓熱（Qp）及焓（H）2122解：題目所示的過(guò)程為23例2p11

試設(shè)計(jì)由383K（即110℃）和101.325kPa，1kg水轉(zhuǎn)變成水氣時(shí)吸收的熱量的計(jì)算步驟。氣液平衡時(shí)：氣體稱(chēng)為飽和蒸氣

壓力稱(chēng)為飽和蒸氣壓p*

液體稱(chēng)為飽和液體

101.325KPa下的沸點(diǎn)稱(chēng)正常沸點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)于該溫度下的飽和蒸氣壓壓力對(duì)應(yīng)于該壓力下的沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分設(shè)計(jì)包含可逆相變的可逆過(guò)程24解：根據(jù)狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)，設(shè)計(jì)的過(guò)程如下：25五、熱容

使系統(tǒng)升高單位溫度所需的熱。1）系統(tǒng)溫度變化區(qū)間分恒容熱容平均熱容2）系統(tǒng)與環(huán)境作用角度分恒容摩爾熱容恒壓摩爾熱容真熱容恒壓熱容比恒容熱容比恒壓熱容常識(shí)：26使用時(shí)不受恒容、恒壓條件的限制理想氣體：凝聚態(tài)物質(zhì)：27熱容隨溫度的變化常用經(jīng)驗(yàn)公式表示28熱容有豐富多彩的表達(dá)式形式ChineseJournalofChemicalEngineering,19(3)489495(2011)CalculationandVerificationfortheThermodynamicDataof3CaO·3Al2O3·CaSO429303132例題

lmol理想氣體在100℃時(shí)由0.025m3恒溫可逆膨脹至0.1m3，試計(jì)算Q、W、ΔU及ΔH。解：因?yàn)槔硐霘怏w的內(nèi)能和焓只是溫度的函數(shù)，溫度不變內(nèi)能和焓也不變。33第四節(jié)熱化學(xué)熱化學(xué)方程式：342、恒壓反應(yīng)熱與恒容反應(yīng)熱的關(guān)系35解：反應(yīng)后出現(xiàn)了氣體，且36二、蓋斯定律

在恒壓或恒容下，化學(xué)反應(yīng)無(wú)論是一步完成還是分幾步完成，其熱效應(yīng)總是相同。37rutile金紅石baddeleyite斜鋯石復(fù)雜的蓋斯定律使用3839標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱標(biāo)準(zhǔn)生成熱穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零計(jì)算通式：40標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱

一定溫度下，由各自處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的反應(yīng)物生成處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的產(chǎn)物時(shí)的焓變，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱或稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓變。41標(biāo)準(zhǔn)生成熱

在100kPa和一定溫度下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，稱(chēng)為物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)生成焓。穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零2H2(g)+O2(g)2H2O(g)42四、反應(yīng)熱與溫度的關(guān)系（基爾霍夫公式）43解：根據(jù)4445一、自發(fā)過(guò)程是不可逆的第五節(jié)熱力學(xué)第二定律46472、可逆過(guò)程的熱溫商與熵函數(shù)對(duì)于可逆熱機(jī)(卡諾循環(huán))

無(wú)限小的卡諾循環(huán)：p對(duì)任意可逆循環(huán)：4849

熵是表示系統(tǒng)中微觀粒子混亂度的一個(gè)熱力學(xué)函數(shù)，其符號(hào)為S。系統(tǒng)的混亂度愈大，熵愈大。熵是廣度性質(zhì)的狀態(tài)函數(shù)。熵的變化只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，而與途徑無(wú)關(guān)。

公式可以理解為，雖然一般地講，吸熱δQ不是狀態(tài)函數(shù)，但是可逆吸熱與環(huán)境溫度之比卻等于一個(gè)狀態(tài)函數(shù)的增量?；蛘哒f(shuō)，雖然δQ與途徑有關(guān)，但是可逆吸熱與環(huán)境溫度之比卻與途徑無(wú)關(guān)。50根據(jù)Carnot定理推廣到任意循環(huán)過(guò)程3、不可逆過(guò)程的熱溫商熱力學(xué)第二定律

—Clausius不等式含義513、熵判據(jù)——熵增加原理新系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)。三、過(guò)程方向的判據(jù)——熵增加原理1、絕熱過(guò)程2、孤立系統(tǒng)521、系統(tǒng)熵變（1）簡(jiǎn)單pVT過(guò)程四、物理變化中熵變的計(jì)算53例：2mol雙原子理想氣體，由始態(tài)T1=400K、p1=200kPa經(jīng)絕熱、反抗恒定的環(huán)境壓力p2=150kPa膨脹到平衡態(tài)，求該膨脹過(guò)程系統(tǒng)的ΔS。解：雙原子理想氣體過(guò)程絕熱54代入已知數(shù)值，可求得末態(tài)溫度：55（2）相變過(guò)程熵變的計(jì)算可逆相變求：不可逆相變56例121mol過(guò)冷水在–10℃，101.325kPa下結(jié)冰。求：S、Samb及Siso

。已知：水的凝固熱及熱容如下57解：5859五、化學(xué)變化過(guò)程熵變的計(jì)算60例求下列反應(yīng)在500.15K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵。61第六節(jié)吉布斯函數(shù)和赫母赫茲函數(shù)一、吉布斯函數(shù)1、定義及其推導(dǎo)：62633、焓效應(yīng)與熵效應(yīng)：64二、吉布斯函數(shù)變的計(jì)算1.pVT過(guò)程、相變2.化學(xué)反應(yīng)方法一：方法二：656667*三、亥母赫茲函數(shù)1、定義及其推導(dǎo)：物理意義：在等溫、等容、可逆情況下系統(tǒng)的亥母赫茲函數(shù)的減小等于系統(tǒng)所做的最大功。2、亥母赫茲函數(shù)判據(jù)：68四、熱力學(xué)函數(shù)間的基本關(guān)系1、熱力學(xué)函數(shù)之間的關(guān)系2、熱力學(xué)函數(shù)間的基本關(guān)系無(wú)非體積功時(shí)，693、對(duì)應(yīng)系數(shù)關(guān)系例16p4370第七節(jié)偏摩爾量、化學(xué)勢(shì)

7172737475二、化學(xué)勢(shì)及其應(yīng)用1、化學(xué)勢(shì)的定義定義偏摩爾吉布斯函數(shù)為化學(xué)勢(shì)。均相多組分體系的Gibbs公式（p47）吉布斯函數(shù)判據(jù)對(duì)此式適用76772、化學(xué)勢(shì)的某些應(yīng)用（1）相變過(guò)程78（2）化學(xué)變化過(guò)程793、理想氣體的化學(xué)勢(shì)(1)純物質(zhì)的化學(xué)勢(shì)80(2)理想氣體的化學(xué)勢(shì)81第二章化學(xué)平衡和相平衡

第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)等溫式和化學(xué)反應(yīng)的方向性

一、化學(xué)反應(yīng)等溫式及其應(yīng)用對(duì)任意化學(xué)反應(yīng)：82壓力商規(guī)則：83848586其他計(jì)算方法：87第三節(jié)純物質(zhì)的兩相平衡

——克勞修斯—克拉貝龍方程一、克拉貝龍方程的推導(dǎo)88二、克勞修斯——克拉貝龍方程89紅色為教材錯(cuò)誤部分9091相律：研究平衡體系中相數(shù)、獨(dú)立組分?jǐn)?shù)與描述該平衡體系的變數(shù)之間的關(guān)系。相圖：表示多相體系的狀態(tài)如何隨溫度、濃度、壓力等變量因素變化而改變的圖形。第四節(jié)相律和相圖一、名詞解釋(2)自由度（獨(dú)立變量）f：描述體系狀態(tài)所需的獨(dú)立變量，這些獨(dú)立變量在一定范圍內(nèi)變化而不導(dǎo)致體系中相數(shù)的變化，即無(wú)新相生成或舊相消失。相數(shù)Ф：體系中相的個(gè)數(shù)。溶液、氣體、固體92(3)相律設(shè)體系中有S個(gè)物種，Ф個(gè)相平衡共存。則描述體系相平衡性質(zhì)的變量有T，p以及每一種物質(zhì)在Ф個(gè)相中的濃度，即93

R的求法：R=S-M（S>M

）

S：物種數(shù)

M：組成物質(zhì)的化學(xué)元素種類(lèi)數(shù)表示平衡體系中各相組成所需的最少獨(dú)立物種數(shù)949596二、單組分系統(tǒng)相圖——水的相圖1、相律分析與相圖結(jié)構(gòu)973.曲線的斜率，冰點(diǎn)冰點(diǎn)：由液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)水的溫度點(diǎn)。圖中有無(wú)數(shù)個(gè)。98三、水——鹽二組分系統(tǒng)相圖1、相律分析與相圖結(jié)構(gòu)99100第六節(jié)拉烏爾定律和亨利定律

拉烏爾定律亨利定律公式區(qū)別研究對(duì)象溶劑溶質(zhì)比例系數(shù)pA*(具明確物理意義)k為實(shí)驗(yàn)值(無(wú)明確物理意義)聯(lián)系理想溶液中，兩定律一致理想溶液：若溶液中的任一組分在全濃度范圍內(nèi)嚴(yán)格服從拉烏爾定律的溶液。101102亨利定律注意事項(xiàng)：p75溶質(zhì)在氣相和液相中的分子形態(tài)必須相同。若不同則其它形式存在的物質(zhì)并沒(méi)計(jì)算在亨利定律中(NH3、CO2)。壓力不大時(shí)，亨利定律適用于混合氣體的每一組分。103亨利定律注意事項(xiàng)：溶質(zhì)在氣相和液相中的分子形態(tài)必須相同。若不同則其它形式存在的物質(zhì)并沒(méi)計(jì)算在亨利定律中(NH3、CO2)。壓力不大時(shí)，亨利定律適用于混合氣體的每一組分。p75104105STP：0℃，101.325kPa；1mol，V=22.4L0℃時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)壓力下近似為STP106第三章電化學(xué)電化學(xué)：研究化學(xué)現(xiàn)象與電現(xiàn)象之間相互轉(zhuǎn)化的一門(mén)學(xué)科。研究對(duì)象：電化學(xué)裝置、化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性。環(huán)境工程中的應(yīng)用：電解法處理廢水、水質(zhì)分析與測(cè)定。107一.電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理a.電極上發(fā)生反應(yīng)陽(yáng)極氧化反應(yīng)陰極還原反應(yīng)+)電池反應(yīng)b.離子的定向移動(dòng)二.法拉第電解定律第一節(jié)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理及法拉第定律108離子的定向遷移速率及其影響因素p80

電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度越大速度越大。為了比較遷移能力一般使用淌度

離子電荷數(shù)電荷數(shù)越大速度越大。溶液粘度粘度越大速度越小。離子運(yùn)動(dòng)受阻。溶液濃度濃度越大速度越小。離子氛影響溶液溫度溫度越高速度越大。離子運(yùn)動(dòng)加速；粘度減小。109110第二節(jié)電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率、電導(dǎo)測(cè)定和應(yīng)用1.定義1111123.電導(dǎo)的測(cè)定及其應(yīng)用方法原理：平衡電橋法測(cè)定電導(dǎo)池的電阻。113114水中含鹽量電導(dǎo)滴定應(yīng)用115116第三節(jié)可逆電池反應(yīng)的電勢(shì)117電池的書(shū)寫(xiě)、電池表達(dá)式：IUPAC規(guī)定1.陽(yáng)極(正極)在左邊；陰極(負(fù)極)在右邊；有界面的用“|”表示，液相接界時(shí)用“┆”表示，加鹽橋的用“||”表示。3.同一相中的物質(zhì)用逗號(hào)隔開(kāi)4.物質(zhì)－化學(xué)式，需標(biāo)明T（不標(biāo)明指298.15K）、p（不標(biāo)明指py）、活度及物態(tài)（a,s、l、g）。5.氣體電極和氧化還原電極要寫(xiě)出所依附的惰性電極，通常是鉑電極。切記：各化學(xué)式及符號(hào)的排列順序要真實(shí)反映電池中各種

物質(zhì)的原來(lái)接觸順序。118電功—最大非體積功119120121122123氫電極124甘汞電極0.2415V甘汞電極電極電勢(shì)飽和溶液飽和甘汞電極標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極0.2807V0.3337V125其他電極1.復(fù)合玻璃電極

(SiO2-Na2O-CaO)1262.

離子選擇性電極127波根多夫(Poggendorf)對(duì)消法：三個(gè)電池：工作電池標(biāo)準(zhǔn)電池待測(cè)電池檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)時(shí):四、電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定與應(yīng)用128第四節(jié)不可逆電極過(guò)程記錄電流數(shù)值電壓數(shù)值一、分解電壓等幾個(gè)概念129對(duì)電解池：當(dāng)外加電壓到分解電壓時(shí)，電解開(kāi)始。對(duì)電極：當(dāng)電極電勢(shì)達(dá)到對(duì)應(yīng)離子的“析出電勢(shì)”時(shí)，電極反應(yīng)開(kāi)始。130IR歐姆降濃差極化電化學(xué)極化延遲放電2H++2e=2H延遲復(fù)合2H=H2

產(chǎn)生超電壓（勢(shì)）的原因：極化131二、電解產(chǎn)物的析出順序陰極反應(yīng)（還原反應(yīng)）

Mn++ne=M2H++2e=H2析出電勢(shì)由高到低陽(yáng)極反應(yīng)（氧化反應(yīng)）

M=Mn++ne2X-=X2+2e析出電勢(shì)由低到高132金屬在陰極上的超電勢(shì)除鋅(0.02一0.03V)及鐵、鉆、鎳之外，其他的超電勢(shì)很小，可用理論電極電勢(shì)代替。陰極大致規(guī)律：H+在K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+的溶液中析出氫氣，其余析出金屬。陽(yáng)極大致歸律：含氧酸根一般不放電，一般析出氧氣。電解鹵化物、硫化物，一般析出鹵素、硫。存在可溶解金屬，金屬溶解。133134135136第五節(jié)電解過(guò)程在水處理中的應(yīng)用

137138139140第四章表面現(xiàn)象氣液平衡氣固平衡固液平衡液液平衡固固平衡141第一節(jié)比表面、表面吉布斯函數(shù)

和表面張力

比表面單位體積或單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積。用S表示。142表面吉布斯函數(shù)和表面張力表面張力（σ）：沿著物體表面，垂直作用于單位長(zhǎng)度上的緊縮力。BACK143第二節(jié)表面熱力學(xué)

高度分散的系統(tǒng)，其吉布斯函數(shù)為BACK144潤(rùn)濕定義液體滴到固體上，能在固體表面鋪展成一層薄層，習(xí)慣上稱(chēng)該固體能被液體潤(rùn)濕；第三節(jié)潤(rùn)濕現(xiàn)象和浮選

一、液體對(duì)固體表面的潤(rùn)濕作用潤(rùn)濕的量度：潤(rùn)濕角（接觸角）θ

在g、l、s三相交界處，g-l界面與l-s界面之間（包含液體）的夾角。145146討論：（1）潤(rùn)濕，θ<900，ΔG<0；（2）不潤(rùn)濕，θ>900，ΔG<0。結(jié)論：二者均自發(fā)。147二、液體和氣體對(duì)固體表面的潤(rùn)濕在親水物體表面：氣體收縮，液體鋪展。在憎水物體表面：氣體鋪展，液體收縮。接觸角互補(bǔ)。應(yīng)用：選礦、油水分離BACK148第四節(jié)氣體在固體表面的吸附

吸附：物質(zhì)在相界面上濃度發(fā)生自動(dòng)變化的過(guò)程。吸附平衡：吸附量：在一定溫度下，達(dá)到吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量的吸附劑所吸附的被吸附物質(zhì)的多少。149一、物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附：固體表面分子與氣體分子的吸附力是范德華力?；瘜W(xué)吸附：固體表面分子與氣體分子的吸附力是化學(xué)鍵。在吸附過(guò)程中可有電子轉(zhuǎn)移、原子重排、化學(xué)鍵的破壞和形成等，化學(xué)吸附類(lèi)似于化學(xué)反應(yīng)。物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力剩余化學(xué)鍵吸附分子層多或單分子層單分子層選擇性無(wú)明顯吸附熱小（2-4萬(wàn)Jmol-1）大(4-40萬(wàn)Jmol-1)吸附速度快(活化能小)慢150二、等溫吸附規(guī)律

對(duì)封閉系統(tǒng)吸附量不僅與吸附劑和被吸附物質(zhì)的本性有關(guān)，還與系統(tǒng)的溫度及壓力等有關(guān)。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)一定時(shí)，吸附量可表示為：151152幾種吸附等溫線1531、Freundlich吸附公式

：吸附量，cm3/gk，n是與溫度、體系有關(guān)的常數(shù)。1542、Langmuir吸附等溫式假設(shè)：(1)單分子層吸附(2)被吸附分子之間無(wú)相互作用(3)固體表面是均勻的，各處吸附能力相同(4)吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡155這公式稱(chēng)為L(zhǎng)angmuir吸附等溫式。達(dá)到平衡時(shí)，吸附與脫附速率相等。BACK156157解：根據(jù)公式158159一溶液的表面張力和表面活性物質(zhì)溶液的存在表面張力影響溶液表面張力的物質(zhì)純液體的表面張力，在一定壓力溫度下是定值。溶液表面張力隨溶液濃度NaCl、Na2SO4等無(wú)機(jī)鹽醇類(lèi)、有機(jī)酸、醛類(lèi)、醚類(lèi)、酯類(lèi)等表面活性物質(zhì)第五節(jié)溶液表面160表面活性物質(zhì)A、結(jié)構(gòu)2.非離子型表面活性劑1.離子型陽(yáng)離子型陰離子型兩性型B、類(lèi)型161二、特洛貝規(guī)則

正脂肪酸、醇類(lèi)、醛類(lèi)等短烴鏈的表面活性劑，其同系物的表面張力幾乎相等。在稀溶液中，對(duì)有機(jī)酸或醇類(lèi)化合物中，每增加一個(gè)CH2基，表面張力的降低近似地滿(mǎn)足以下規(guī)律

欲使表面張力降低一樣多，對(duì)同系物分子每增加一個(gè)CH2基團(tuán)，溶液的濃度可以減少2/3。BACK162三、吉布斯吸附等溫式

物理意義是：在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)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)的物質(zhì)的量之差值。

吉布斯指出一定溫度下，溶液表面吸附量與溶液濃度、溶液表面張力的關(guān)系BACK163164165BACK166167第五章膠體化學(xué)

第一節(jié)分散系統(tǒng)及其分類(lèi)一、分散系的基本概念

一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的體系叫分散系統(tǒng)。被分散的物質(zhì)稱(chēng)為分散相，另一種連續(xù)相的物質(zhì)，即分散相存在的介質(zhì)稱(chēng)為分散介質(zhì)。珍珠168類(lèi)型分散相粒子直徑分散相性質(zhì)實(shí)例真溶液分子溶液離子溶液等d<1nm小分子離子原子均相，熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)，擴(kuò)散快、能透過(guò)半透膜，形成真溶液氯化鈉或蔗糖的水溶液?；旌蠚怏w等膠體分散系統(tǒng)憎液溶膠1<d<100nm膠體粒子多相，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，擴(kuò)散慢、不能透過(guò)半透膜，成膠體金溶膠，氫氧化鐵溶膠高分子溶液1<d<100nm高（大）分子均相，熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)，擴(kuò)散慢、不能透過(guò)半透膜，成真溶液聚乙烯醇水溶液締合膠體1<d<100nm膠束均相，熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)，膠束擴(kuò)散慢、不能透過(guò)半透膜，表面活性劑水溶液c>cmc粗分散乳狀液泡沫懸浮液d>100nm粗顆粒多相，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，擴(kuò)散慢、不能透過(guò)半透膜或?yàn)V紙，形成懸浮液或乳狀液渾濁泥水，牛奶，豆?jié){等分散系統(tǒng)分類(lèi)（按分散相粒子大?。?69BACK也可依據(jù)分散相和分散介質(zhì)聚集狀態(tài)的不同分類(lèi)：分散介質(zhì)分散相名稱(chēng)實(shí)例氣液固氣溶膠云，霧，噴霧煙，粉塵液氣液固泡沫乳狀液液溶膠或懸浮液肥皂泡沫牛奶，含水原油金溶膠，油墨，泥漿固氣液固固溶膠泡沫塑料珍珠，蛋白石有色玻璃，某些合金按膠體溶液的穩(wěn)定性分類(lèi)：憎液溶膠親液溶膠170憎液溶膠

半徑在1nm~100nm之間的難溶物固體粒子分散在液體介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。

一旦將介質(zhì)蒸發(fā)掉，再加入介質(zhì)就無(wú)法再形成溶膠，是一個(gè)不可逆體系，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。

這是膠體分散體系中主要研究的內(nèi)容。171形成憎液溶膠的必要條件

（1）分散相的溶解度要小；（2）還必須有穩(wěn)定劑存在，否則膠粒易聚結(jié)而聚沉。BACK172第二節(jié)膠體制備與純化

聚集法小變大分散法大變小粗分散系統(tǒng)膠體系統(tǒng)分子分散系統(tǒng)d

>100nm1<d<100nmd<1nm純化滲析法電滲析法BACK173第三節(jié)膠體的特性

一、膠體的光學(xué)性質(zhì)Tyndall效應(yīng)（乳光效應(yīng)）本質(zhì)是光散射，散射強(qiáng)度

在暗室里，將一束聚集的光投射到溶膠上，在與入射光垂直的方向上，可觀察到一個(gè)發(fā)亮的光錐。粒子的直徑與波長(zhǎng)當(dāng)粒子粒徑>波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生光的反射；當(dāng)粒子粒徑<波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生光的散射不是越大越容易產(chǎn)生丁鐸爾效應(yīng)1742.Rayleigh公式I：散射光強(qiáng)；

I0

:入射光強(qiáng)；V

：?jiǎn)蝹€(gè)粒子的體積；V：?jiǎn)挝惑w積中的粒子數(shù)；：入射光波長(zhǎng)l:觀測(cè)距離；n1:分散相的折射率；n2：分散介質(zhì)的折射率；K:常數(shù)BACK應(yīng)用：乳光計(jì)、濁度計(jì)175二、膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)溶膠中的分散相粒子作不停息的無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng).1.Brown(布朗)運(yùn)動(dòng)Einstein(愛(ài)因斯坦)

p133（5—3）擴(kuò)散：有濃度梯度存在時(shí)，物質(zhì)粒子因熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)生宏觀上的定向遷移1762、沉降與沉降平衡布朗運(yùn)動(dòng)不占優(yōu)勢(shì)占優(yōu)勢(shì)p134（5—8）重力沉降速度沉降平衡重力沉降Perrin公式177BACK178溶膠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：外電場(chǎng)的作用下，固、液兩相可發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)反過(guò)來(lái)，外力作用下，固、液兩相相對(duì)運(yùn)動(dòng)又產(chǎn)生電勢(shì)差溶膠這種與電勢(shì)差有關(guān)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為電動(dòng)現(xiàn)象，包括：電泳、電滲、流動(dòng)電勢(shì)和沉降電勢(shì)。三、膠體的電學(xué)性質(zhì)179粒子的種類(lèi)運(yùn)動(dòng)速度H+OH－K+Cl－C3H7COO－C8H17COO－溶膠粒子32.618.06.76.83.12.02~4NaCl溶液溶膠+－電泳示意圖1.電泳在電場(chǎng)的作用下，膠體粒子的定向移動(dòng)。溶膠粒子與一般離子定向移動(dòng)的速度數(shù)量級(jí)接近，而溶膠粒子的質(zhì)量約為一般離子的1000倍膠粒所帶電荷的數(shù)量應(yīng)是一般離子所帶電荷的1000倍1802.電滲：在電場(chǎng)的作用下，溶膠粒子不動(dòng)（如將其吸附固定于棉花或凝膠等多孔性物質(zhì)中），而液體介質(zhì)做定向流動(dòng)。電場(chǎng)力粒子介質(zhì)非電場(chǎng)力電泳動(dòng)靜沉降電勢(shì)電滲靜動(dòng)液流電勢(shì)電動(dòng)電動(dòng)從帶刻度的毛細(xì)管4上讀出數(shù)值BACK181第四節(jié)憎液溶膠膠膠團(tuán)結(jié)構(gòu)、ζ—電勢(shì)一、膠粒的擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過(guò)量的AgNO3

作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：182

若無(wú)相同離子，則首先吸附水化能力較弱的負(fù)離子，所以自然界中的膠粒大多帶負(fù)電，如泥漿水、豆?jié){等都是負(fù)溶膠。膠團(tuán)構(gòu)造示意圖183

若無(wú)相同離子，則首先吸附水化能力較弱的負(fù)離子，所以自然界中的膠粒大多帶負(fù)電，如泥漿水、豆?jié){等都是負(fù)溶膠。BACK184二、動(dòng)電勢(shì)——ζ電勢(shì)要點(diǎn)：①由于靜電吸引作用和熱運(yùn)動(dòng)，靠近固體表面的反離子呈擴(kuò)散狀態(tài)分布在溶液中，并非整齊地排列在一個(gè)平面上。②緊靠固體表面過(guò)剩的反離子濃度最大，相應(yīng)的固體表面上的電勢(shì)，即為熱力學(xué)電勢(shì)。古依和查普曼動(dòng)電勢(shì)：可動(dòng)層至溶液本體間的電勢(shì)差稱(chēng)為

電勢(shì).185d.處于等電點(diǎn)的粒子是不帶電的,電泳,電滲的速度也必然為零,溶膠非常易于聚沉.ζ電位具有以下幾方面的意義：a.膠粒帶電程度的標(biāo)志

ζ值越大，膠粒帶電量越大。當(dāng)ζ=0時(shí)，膠粒處于等電狀態(tài)。在等電狀態(tài)，緊密層中的反離子電荷等于表面吸附離子的電荷。b.膠粒的帶電性質(zhì)的標(biāo)志圖中ζ1與ζ3反號(hào)，表明兩種狀態(tài)下膠粒所帶電荷的符號(hào)相反。c.反映擴(kuò)散層的厚度ξ值增大，則擴(kuò)散層變厚；反之，則擴(kuò)散層變薄。BACK186聚沉:憎液溶膠中分散相微?；ハ嗑劢Y(jié)構(gòu),顆粒變大,進(jìn)而發(fā)生沉淀的現(xiàn)象.加熱,輻射或加入電解質(zhì)皆可導(dǎo)致溶膠的聚沉.三種溶膠聚沉.(左)Al(OH)3;(中)Fe(OH)3;(右)Cu(OH)2第五節(jié)憎液溶膠的聚沉187188（1）聚沉能力主要取決于于膠體粒子帶相反電荷的離子。并近似滿(mǎn)足舒爾茨-哈代規(guī)則：若反離子的價(jià)數(shù)為一價(jià)二價(jià)三價(jià)，其聚成值的比為相當(dāng)于相同電荷的離子也有一定影響，價(jià)數(shù)越高，聚成能力越低。189（2）同價(jià)離子，有感膠離子序。正離子的聚沉能力：負(fù)離子的聚沉能力：原因：正離子水化能力強(qiáng)負(fù)離子水化能力弱190二、混合電解質(zhì)對(duì)溶膠聚沉的影響對(duì)抗現(xiàn)象敏化現(xiàn)象三、膠體相互作用

將電性相反的溶膠互相混合，也會(huì)發(fā)生聚沉。與電解質(zhì)聚沉不同之處在于必須使得兩種溶膠的電荷完全中和，才能完全聚沉。191四、高分子絮凝劑的應(yīng)用高分子化合物對(duì)溶膠聚沉和保護(hù)作用示意圖

相對(duì)分子量很大的線型聚合物，可以是離子型的,也可以是非離子型的。如聚丙烯酰胺及其衍生物。BACK192第六節(jié)乳狀液和泡沫