胶体与表面化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

物物理理化化学学物物理理化化学学P h y s i c a l c h e m i s t r yP h y s i c a l c h e m i s t r yP h y s i c a l c h e m i s t r y化学化工系1第1页第八章第八章 胶体与表面化学胶体与表面化学（一）表面现象2第2页第一部分第一部分 表面现象表面现象表面张力与表面自由能表面张力与表面自由能1纯液体表面现象纯液体表面现象2溶液表面吸附溶液表面吸附3气体在固体表面上吸附气体在固体表面上吸附4表面活性剂及其作用表面活性剂及其作用53第3页界面界面是指两相接触约几个分子厚度过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。严格讲表面应是液体或固体与其饱和蒸气之间界面，但习惯上把液体或固体与空气界面称为液体或固体表面表面。表面和界面(surface and interface)4第4页常见界面：空气空气气气-液液界面界面气气-固固界面界面液-液界面玻璃板玻璃板液液-固界面固界面铁管铁管CrCr镀层镀层固固-固固5第5页界面现象本质液体内部分子所受力能够彼此抵销，但表面分子受到体相分子拉力大，受到气相分子拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小趋势表面有自动收缩到最小趋势，并使表面层显示出一些独特征质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。6第6页比表面通惯用来表示物质分散程度，有两种惯用表示方法：一个是单位质量固体所含有表面积；另一个是单位体积固体所含有表面积。即：式中，m 和 V 分别为固体质量和体积，As为其表面积。当前惯用测定表面积方法有BET法和色谱法。比表面（specific surface area）7第7页液体表面最基本特征是趋向于收缩 一、表面张力（surface tension）l 是滑动边长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上表面张力。8第8页表面张力(或 )：在两相(尤其是气-液)界面上，处处存在着一个作用于单位边界限上指向液体方向并与表面相切张力，这种力垂直于表面边界，单位是：Nm-1。测定表面张力方法:毛细管上升法、滴重法、吊环法、最大压力气泡法、吊片法和静液法等 9第9页纯物质表面张力与分子性质相关，通常是：Antonoff 规则(金属键)(离子键)(极性共价键)(非极性共价键)10第10页依据多组分热力学基本公式对需要考虑表面层系统，因为多了一个表面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本公式为 二、表面自由能(surface free energy)11第11页所以考虑了表面功热力学基本公式为从这些热力学基本公式可得12第12页广义表面自由能定义：狭义表面自由能定义：又可称为表面Gibbs自由能 表面自由能单位：13第13页温度升高，界面张力下降，当到达临界温度Tc时，界面张力趋向于零。利用全微分性质，可得：等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加。所以 随T增加而下降。三、界面张力与温度关系14第14页Ramsay 和 Shields 提出 与T经验式较惯用:Etvs（约特弗斯）曾提出温度与表面张力关系式为15第15页1.非表面活性物质 水表面张力因加入溶质形成溶液而改变。能使水表面张力显著升高溶质称为非表面活性物质。如无机盐和不挥发酸、碱等。这些物质离子有较强水合作用，趋向于把水分子拖入水中，非表面活性物质在表面浓度低于在本体浓度。假如要增加单位表面积，所作功中还必须包含克服静电引力所消耗功，所以表面张力升高。四、溶液表面张力与溶液浓度关系16第16页2.表面活性物质 加入后能使水表面张力显著降低溶质称为表面活性物质。通常含有亲水极性基团和憎水非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。表面活性物质表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需功较纯水小。非极性成份愈大，表面活性也愈大。17第17页稀溶液 c 曲线类型：曲线 非离子型有机物 曲线 非表面活性物质 曲线 表面活性剂 18第18页表面张力与表面自由能表面张力与表面自由能1纯液体表面现象纯液体表面现象2溶液表面吸附溶液表面吸附3气体在固体表面上吸附气体在固体表面上吸附4表面活性剂及其作用表面活性剂及其作用519第19页1.在平面上一、弯曲表面上附加压力ps=p0 p0=02.在凸面上p总=p0+ps3.在凹面上p总=p0 ps凸面上受总压力大于平面上压力；凹面上受总压力小于平面上压力；20第20页附加压力大小与曲率半径关系比如，在毛细管内充满液体，管端有半径为R 球状液滴与之平衡。外压为 p0，附加压力为 ps，液滴所受总压为：p总=p0+ps代入得Rps21第21页Kelvin公式二、弯曲表面上蒸汽压Kelvin公式22第22页当 很小时代入上式，得Kelvin公式简化式表明液滴越小，蒸气压越大 Kelvin公式也能够表示为两种不一样曲率半径液滴或蒸汽泡蒸汽压之比：凸面：R 0，R，p；凹面：R g28第28页1.曲率半径 R 与毛细管半径R关系：假如曲面为球面2.R=R29第29页表面张力与表面自由能表面张力与表面自由能1纯液体表面现象纯液体表面现象2溶液表面吸附溶液表面吸附3气体在固体表面上吸附气体在固体表面上吸附4表面活性剂及其作用表面活性剂及其作用530第30页物理意义是：在单位面积表面层中，所含溶质物质量与含有相同数量溶剂本体溶液中所含溶质物质量之差值。即：式中G2是溶剂超量为零时溶质2在表面超额。a2是溶质2活度，d/da2是在等温下，表面张力 随溶质活度改变率。一、Gibbs吸附公式31第31页Gibbs用热力学方法求得定温下溶液浓度、表面张力和吸附量之间定量关系式 1.d/dc20，增加溶质2浓度使表面张力升高，G2为负值，是负吸附。表面层中溶质浓度低于本体浓度。非表面活性物质属于这种情况。32第32页作业：8.1、8.3、8.4、8.5、8.7、8.933第33页34第34页35第35页36第36页37第37页38第38页