界面化学专题知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

6.6.界面现象界面现象第1页第2页界面化学介绍界面化学介绍界面界面(interface)是指两相间接触交界部分。是指两相间接触交界部分。二度空间二度空间一切有形实体都为界面所包裹。一切有形实体都为界面所包裹。1.界面界面(interface)界界 面面气液界面气液界面气固界面气固界面液液界面液液界面液固界面液固界面固固界面固固界面表面表面第3页界面化学介绍界面化学介绍2.比表面比表面 表面现象表面现象 分散程度分散程度比表面比表面比表面比表面比表面越大，分散度越大，表面现象越显著！比表面越大，分散度越大，表面现象越显著！第4页界面化学介绍界面化学介绍 边长边长l/m 立方体数立方体数 比表面比表面S0/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 比如，把边长为比如，把边长为1cm立方体立方体1cm3逐步分割成小立方逐步分割成小立方体时，比表面增加情况列于下表：体时，比表面增加情况列于下表：第5页界面化学介绍界面化学介绍 为何界面会产生为何界面会产生这些特殊界面现象呢？这些特殊界面现象呢？表面分子与内部分子受表面分子与内部分子受力情况不一样力情况不一样第6页6.1 表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力6.1.1 6.1.1 表面吉布斯自由能表面吉布斯自由能表面吉布斯自由能表面吉布斯自由能内部分子内部分子净作用力净作用力表面分子表面分子净作用力净作用力（方向指向（方向指向液体内部）液体内部）=00 表面分子表面分子 能量大能量大于内部分子于内部分子第7页6.1 表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力 表面功表面功（可逆地增加液体表（可逆地增加液体表 面积对液体所做功）面积对液体所做功）：W=dG=dA 第8页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力 保持温度、压力和组成不变，每增加单位表保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，面积时，Gibbs自由能增加值称为自由能增加值称为表面吉布斯自表面吉布斯自由能由能或或比表面吉布斯自由能比表面吉布斯自由能，或简称，或简称比表面自由比表面自由能能或或比表面能比表面能，用符号，用符号 (或或 )表示，单位为表示，单位为 Jm-2。第9页可得：可得：6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力热力学基本公式：热力学基本公式：第10页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力狭义狭义比表面自由能定义：比表面自由能定义：广义广义比表面自由能定义：比表面自由能定义：保持对应特征变量不变，每增加单位表面保持对应特征变量不变，每增加单位表面积时，其对应特征热力学函数增值。积时，其对应特征热力学函数增值。即：即：第11页过程自发性判据过程自发性判据 液体表面有自动收缩趋势，所以液滴、液体表面有自动收缩趋势，所以液滴、气泡总是呈球状。气泡总是呈球状。有表面功过程：有表面功过程：第12页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力为何雨滴总是球形？（以下列图）为何雨滴总是球形？（以下列图）第13页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力 6.1.2 6.1.2 表面张力表面张力表面张力表面张力现象一现象一现象二现象二(a)(b)1.表面张力表面张力 第14页6.1 表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力 表面张力表面张力(surface tension)：垂直垂直经过表面经过表面 上任一上任一单位长度单位长度、与、与液面相切液面相切收缩收缩表面力。表面力。现象三现象三第15页6.1 表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力表表7.1.1 一些一些惯惯用体系表面用体系表面张张力及界面力及界面张张力力表表 面面t/0 0C C/mN m1界界 面面t/0 0C C/mN m1空气空气 -水水空气空气 水水空气空气 -乙乙醚醚空气空气 -乙乙醚醚空气空气 苯苯空气空气 汞汞空气空气铜铜（l l）空气空气铁铁（l l）2030202520201200150072.771.422.320.128.94861160950水水 -汞汞苯苯 -汞汞水水 -CCl4水水 -乙乙醚醚水水 -苯苯水水 -丁苯丁苯水水 正庚正庚烷烷水水 正丁醇正丁醇202020552525202037535745.08.133.640.635.01.8第16页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力比表比表面能和面能和表面张力表面张力相同点相同点不一样不一样点点符号相同：符号相同：或或 量纲相同：量纲相同：Jm-2=Nm-1数值相同数值相同概念不一样概念不一样物理意义不一样物理意义不一样2.比表面能和表面张力异同点比表面能和表面张力异同点第17页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力表表6.1.1 一些一些惯惯用体系表面用体系表面张张力及界面力及界面张张力力表表 面面t/0 0C C/mN m1界界 面面t/0 0C C/mN m1空气空气 -水水空气空气 水水空气空气 -乙乙醚醚空气空气 -乙乙醚醚空气空气 苯苯空气空气 汞汞空气空气铜铜（l l）空气空气铁铁（l l）2030202520201200150072.771.422.320.128.94861160950水水 -汞汞苯苯 -汞汞水水 -CCl4水水 -乙乙醚醚水水 -苯苯水水 -丁苯丁苯水水 正庚正庚烷烷水水 正丁醇正丁醇202020552525202037535745.08.133.640.635.01.8第18页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力3.表面张力影响原因表面张力影响原因 温度（温度（T,）压力（压力（p,）分子间相互作用力（化学键分子间相互作用力（化学键,）(金属键金属键)(离子键离子键)(极性共价键极性共价键)(非极性共价键非极性共价键)第19页6.1表面吉布斯自由能和表面张力表面吉布斯自由能和表面张力4.表面张力测定方法表面张力测定方法 最大汽泡法最大汽泡法 毛细管上升法毛细管上升法 滴体积法滴体积法 吊环法吊环法 吊片法吊片法第20页6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压解答：弯曲液面会产生附加压解答：弯曲液面会产生附加压力，不一样方向附加压力使力，不一样方向附加压力使 海面趋于平静（如左图）。海面趋于平静（如左图）。波涛汹涌海面波涛汹涌海面 为何最终能趋于平静？为何最终能趋于平静？6.2.16.2.1弯曲液面下附加压力弯曲液面下附加压力第21页 凸液面凸液面 2 水平面水平面 1三种液面三种液面 注：注：取液面上某一小面取液面上某一小面 积元积元ABAB作为研究对象。作为研究对象。P P0 0 为液面上外压为液面上外压 P P为液面下压力为液面下压力表面张力表面张力协力为协力为0 表面张力表面张力 协力指向液体协力指向液体 内部。内部。凹液面凹液面 3 表面张力表面张力 协力指向液体协力指向液体 外部。外部。第22页（2 2）附加压力产生原因：表面张力不能相互抵消；）附加压力产生原因：表面张力不能相互抵消；）附加压力产生原因：表面张力不能相互抵消；）附加压力产生原因：表面张力不能相互抵消；（3 3）附加压力方向：指向弯曲液面球心。）附加压力方向：指向弯曲液面球心。）附加压力方向：指向弯曲液面球心。）附加压力方向：指向弯曲液面球心。（1 1）弯曲液面会产生附加压力，水平液面无附加压力；）弯曲液面会产生附加压力，水平液面无附加压力；）弯曲液面会产生附加压力，水平液面无附加压力；）弯曲液面会产生附加压力，水平液面无附加压力；小结小结6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压第23页附加压力与表面张力大小和曲率半径大小相关附加压力与表面张力大小和曲率半径大小相关附加压力大小与哪些原因相关系？附加压力大小与哪些原因相关系？即杨即杨-拉普拉斯公式：拉普拉斯公式：6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压 6.2.2 6.2.2 杨杨-拉普拉斯公式拉普拉斯公式第24页（1 1 1 1）附加压力与曲率半径成反比，与表面张力成正比）附加压力与曲率半径成反比，与表面张力成正比）附加压力与曲率半径成反比，与表面张力成正比）附加压力与曲率半径成反比，与表面张力成正比。（2 2）凸液面：）凸液面：RR 0 0，P Ps s 0 0，P Ps s 方向指向液体内部。方向指向液体内部。凹液面：凹液面：RR 0 0，Ps Ps 0 0，Ps Ps 方向指向液体外部。方向指向液体外部。水平液面：水平液面：RR，其，其PsPs00，即无附加压力。，即无附加压力。（3 3）肥皂泡内外压力差为）肥皂泡内外压力差为 小结6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压第25页v对于气泡，则对于气泡，则 “泡泡”就是由液体薄膜包围着气体。就是由液体薄膜包围着气体。第26页6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压6.2.3 6.2.3 拉普拉斯公式应用拉普拉斯公式应用 在无外力场在无外力场作用下，自由作用下，自由液滴通常都呈液滴通常都呈球形球形。(1)(1)自由液滴形状自由液滴形状第27页 当液体在毛细管中呈弯曲液当液体在毛细管中呈弯曲液当液体在毛细管中呈弯曲液当液体在毛细管中呈弯曲液面时，管内高度面时，管内高度面时，管内高度面时，管内高度 管外高度，即管外高度，即管外高度，即管外高度，即管内外存在高度差。管内外存在高度差。管内外存在高度差。管内外存在高度差。（1 1）水在毛细管中呈凹液面，毛细管内液面上升；）水在毛细管中呈凹液面，毛细管内液面上升；）水在毛细管中呈凹液面，毛细管内液面上升；）水在毛细管中呈凹液面，毛细管内液面上升；（2 2）水银在毛细管中呈凸液面，毛细管内液面下降。）水银在毛细管中呈凸液面，毛细管内液面下降。）水银在毛细管中呈凸液面，毛细管内液面下降。）水银在毛细管中呈凸液面，毛细管内液面下降。总结总结总结总结6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压(2)(2)毛细管现象毛细管现象第28页6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压RRh水水Ps ps=2/R=ghR=R/cos 由图可得：由图可得：毛细管上升法测定液体表面张力毛细管上升法测定液体表面张力R 毛细管半径；毛细管半径；液体密度；液体密度；液体与毛细管接触角；液体与毛细管接触角；液体表面张力；液体表面张力；h 毛细管内液面上升高度。毛细管内液面上升高度。P(l/g)(s/l)(s/g)ONMO为接触角第29页H2OH2OH2OH2O 天气干旱时，农民经常去锄地，目是什么，其原理是什么？水分水分 流失！流失！解答：不锄地土壤中水解答：不锄地土壤中水分会从毛细管上升到地表，分会从毛细管上升到地表，造成水分流失（左图动画）造成水分流失（左图动画）锄地则把毛细管切断，锄地则把毛细管切断，阻止水分上升到地表，保阻止水分上升到地表，保证了土壤湿度，即保墒。证了土壤湿度，即保墒。7.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压第30页6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压6.2.4 6.2.4 弯曲液面饱和蒸气压弯曲液面饱和蒸气压 弯曲液面饱和蒸气压与水平液弯曲液面饱和蒸气压与水平液 面不一样，其饱和蒸气压会受到曲率面不一样，其饱和蒸气压会受到曲率 半径影响，即：半径影响，即：-开尔文公式开尔文公式第31页 一定温度下，一盆水与其饱和蒸气平衡，现将其一定温度下，一盆水与其饱和蒸气平衡，现将其一定温度下，一盆水与其饱和蒸气平衡，现将其一定温度下，一盆水与其饱和蒸气平衡，现将其分散成小液滴后，液体与气体又平衡。（如上图分散成小液滴后，液体与气体又平衡。（如上图分散成小液滴后，液体与气体又平衡。（如上图分散成小液滴后，液体与气体又平衡。（如上图）据化学势判据得据化学势判据得据化学势判据得据化学势判据得：d l=d g另依据：另依据：另依据：另依据：6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压第32页 Vm(l)dpl=Vm(g)dpg 可得：可得：可得：可得：pl-液体表面下所受压力液体表面下所受压力pg-液体饱和蒸气压液体饱和蒸气压又据：又据：又据：又据：Vm(g)dpg=RTdlnpg 积分得：积分得：积分得：积分得：又因：又因：又因：又因：得：得：得：得：-开尔文公式开尔文公式开尔文公式开尔文公式6.2 弯曲表面下附加压力和蒸汽压弯曲表面下附加压力和蒸汽压第33页6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）1.1.溶液表面张力溶液表面张力纯液体表面纯液体表面张力影响原因张力影响原因溶液表面溶液表面张力影响原因张力影响原因温度温度压力压力溶质溶质温度温度压力压力溶质使溶剂表面张力降低性质叫做溶质使溶剂表面张力降低性质叫做表面活性表面活性。第34页6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）第一类：第一类：第一类：第一类：随随随随 c c c c 增加以近于直线增加以近于直线增加以近于直线增加以近于直线关系而迟缓升高关系而迟缓升高关系而迟缓升高关系而迟缓升高(多数无机盐、非挥多数无机盐、非挥多数无机盐、非挥多数无机盐、非挥发性酸或碱及蔗糖、甘露醇等多羟基发性酸或碱及蔗糖、甘露醇等多羟基发性酸或碱及蔗糖、甘露醇等多羟基发性酸或碱及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物。）有机物。）有机物。）有机物。）第二类：第二类：第二类：第二类：随随随随 c c c c 增加逐步降低增加逐步降低增加逐步降低增加逐步降低(分子质量较低极性有机物，如醇、分子质量较低极性有机物，如醇、分子质量较低极性有机物，如醇、分子质量较低极性有机物，如醇、醛、酯、胺及其衍生物水溶液）醛、酯、胺及其衍生物水溶液）醛、酯、胺及其衍生物水溶液）醛、酯、胺及其衍生物水溶液）第三类：第三类：第三类：第三类：在在在在 c c c c很低时急剧下降，很低时急剧下降，很低时急剧下降，很低时急剧下降，至一定浓度后溶液表面张力随浓度改至一定浓度后溶液表面张力随浓度改至一定浓度后溶液表面张力随浓度改至一定浓度后溶液表面张力随浓度改变很小。变很小。变很小。变很小。(含长碳链羧酸盐、硫酸盐、含长碳链羧酸盐、硫酸盐、含长碳链羧酸盐、硫酸盐、含长碳链羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐、苯磺酸盐和季铵盐）磺酸盐、苯磺酸盐和季铵盐）磺酸盐、苯磺酸盐和季铵盐）磺酸盐、苯磺酸盐和季铵盐）非表面活性物质非表面活性物质非表面活性物质非表面活性物质 表面活性物质表面活性物质表面活性物质表面活性物质 表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂第35页6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）表面活性剂为何能快速降低表面张力？表面活性剂为何能快速降低表面张力？第36页2.2.溶液表面吸附与吉布斯吸附公式溶液表面吸附与吉布斯吸附公式6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）溶液表面与内部浓度溶液表面与内部浓度不一样！不一样！第37页6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）表面活性物质：表面表面活性物质：表面浓度浓度 内部浓度内部浓度非表面活性物质：表面非表面活性物质：表面浓度浓度 内部浓度内部浓度第38页6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）吉布斯吸附公式：吉布斯吸附公式：吉布斯吸附公式：吉布斯吸附公式：(1)若若，c ,正吸附正吸附(2)若若，c ,负吸附负吸附 -溶质吸附量（表面过剩量或表面超量），指溶液溶质吸附量（表面过剩量或表面超量），指溶液溶质吸附量（表面过剩量或表面超量），指溶液溶质吸附量（表面过剩量或表面超量），指溶液单位表面上与溶液内部就等量溶剂相比时溶质过剩量，其单单位表面上与溶液内部就等量溶剂相比时溶质过剩量，其单单位表面上与溶液内部就等量溶剂相比时溶质过剩量，其单单位表面上与溶液内部就等量溶剂相比时溶质过剩量，其单位为位为位为位为molmmolmmolmmolm2 2 2 2。第39页6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）3.3.分子在两相界面定向排列分子在两相界面定向排列吸附等温线吸附等温线 经验公式：经验公式：经验公式：经验公式：-饱和吸附量饱和吸附量（1）当浓度很小时，）当浓度很小时，kc1第40页6.3 界面吸附现象（液界面吸附现象（液-气界面）气界面）表面活性剂分子结构表面活性剂分子结构表面活性剂分子结构表面活性剂分子结构表面活性剂分子在表面活性剂分子在表面活性剂分子在表面活性剂分子在溶液表面吸附过程溶液表面吸附过程溶液表面吸附过程溶液表面吸附过程 表面达饱和吸附时，分子在表面定向排列表面达饱和吸附时，分子在表面定向排列成单分子膜！成单分子膜！为何表面吸附量会饱和？为何表面吸附量会饱和？第41页7.3 固体表面性质6.3 界面吸附现象（固界面吸附现象（固-气界面）气界面）第42页 固体表面上原子或分子与液体一样，受力固体表面上原子或分子与液体一样，受力也是不均匀，而且不像液体表面分子能够移也是不均匀，而且不像液体表面分子能够移动，通常它们是定位。动，通常它们是定位。固体表面是不均匀，即使从宏观上看似乎固体表面是不均匀，即使从宏观上看似乎很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平。很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平。同种晶体因为制备、加工不一样，会含有同种晶体因为制备、加工不一样，会含有不一样表面性质，而且实际晶体晶面是不完不一样表面性质，而且实际晶体晶面是不完整，会有晶格缺点、空位和位错等。整，会有晶格缺点、空位和位错等。正因为固体表面原子受力不对称和表面结正因为固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它能够构不均匀性，它能够吸附气体或液体分子吸附气体或液体分子，使表面自由能下降。而且不一样部位吸附和使表面自由能下降。而且不一样部位吸附和催化活性不一样。催化活性不一样。1.1.固体表面吸附固体表面吸附 固体表面上原子或分子与液体一样，受力固体表面上原子或分子与液体一样，受力也是不均匀，而且不像液体表面分子能够移也是不均匀，而且不像液体表面分子能够移动，通常它们是定位。动，通常它们是定位。固体表面是不均匀，即使从宏观上看似乎固体表面是不均匀，即使从宏观上看似乎很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平。很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平。同种晶体因为制备、加工不一样，会含有同种晶体因为制备、加工不一样，会含有不一样表面性质，而且实际晶体晶面是不完不一样表面性质，而且实际晶体晶面是不完整，会有晶格缺点、空位和位错等。整，会有晶格缺点、空位和位错等。固体表面上原子或分子与液体一样，受力固体表面上原子或分子与液体一样，受力也是不均匀，而且不像液体表面分子能够移也是不均匀，而且不像液体表面分子能够移动，通常它们是定位。动，通常它们是定位。固体表面是不均匀，即使从宏观上看似乎固体表面是不均匀，即使从宏观上看似乎很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平。很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平。第43页 当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附气体称为吸附质。称为吸附剂，被吸附气体称为吸附质。惯用吸附剂有：惯用吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等硅胶、分子筛、活性炭等。为了测定固体比表面，惯用吸附质有：为了测定固体比表面，惯用吸附质有：氮氮气、水蒸气、苯或环己烷蒸汽等气、水蒸气、苯或环己烷蒸汽等。吸附剂和吸附质吸附剂和吸附质(adsorbent,adsorbate)(adsorbent,adsorbate)第44页吸附量表示 吸附量通常有两种表示方法：吸附量通常有两种表示方法：(2)单位质量吸附剂所吸附气体物质量。单位质量吸附剂所吸附气体物质量。(1)单位质量吸附剂所吸附气体体积。单位质量吸附剂所吸附气体体积。体积要换算成标准情况体积要换算成标准情况(STP)2.吸附等温线吸附等温线第45页 对于一定吸附剂与吸附质体系，到达吸附对于一定吸附剂与吸附质体系，到达吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力函数，平衡时，吸附量是温度和吸附质压力函数，即：即：通常固定一个变量，求出另外两个变量之通常固定一个变量，求出另外两个变量之间关系，比如：间关系，比如：(1)T=常数，常数，q=f(p)，得吸附等温线。，得吸附等温线。(2)p=常数，常数，q=f(T)，得吸附等压线。，得吸附等压线。(3)q=常数，常数，p=f(T)，得吸附等量线。，得吸附等量线。吸附量与温度、压力关系吸附量与温度、压力关系第46页 从吸附等温线能够反应出吸附剂表面性质、从吸附等温线能够反应出吸附剂表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间相互作用等孔分布以及吸附剂与吸附质之间相互作用等相关信息。相关信息。常见吸附等温线有以下常见吸附等温线有以下5种类型：种类型：(图中图中p/ps称为称为比压比压，ps是吸附质在该温度时饱和蒸汽压，是吸附质在该温度时饱和蒸汽压，p为吸附质压力为吸附质压力)吸附等温线类型吸附等温线类型第47页()在在2.5nm以下微孔吸以下微孔吸附剂上附剂上吸附等温线吸附等温线属于这种类型。比属于这种类型。比如如78K时时N2在活性在活性炭上吸附及水和苯炭上吸附及水和苯蒸汽在分子筛上吸蒸汽在分子筛上吸附。附。第48页()常称为常称为S型等温线。型等温线。吸附剂孔径大小吸附剂孔径大小不一，发生多分不一，发生多分子层吸附。在比子层吸附。在比压靠近压靠近1时，发生时，发生毛细管和孔凝现毛细管和孔凝现象象。第49页()这种类型较少见。这种类型较少见。当吸附剂和吸附当吸附剂和吸附质相互作用很弱质相互作用很弱时会出现这种等时会出现这种等温线，如温线，如352K时，时，Br2在硅胶在硅胶上吸附。上吸附。第50页()多孔吸附剂发生多多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有分子层吸附时会有这种等温线。在比这种等温线。在比压较高时，有毛细压较高时，有毛细凝聚现象。比如在凝聚现象。比如在323K时，苯在氧化时，苯在氧化铁凝胶上吸从属于铁凝胶上吸从属于这种类型。这种类型。第51页()发生多分子层吸附，发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。有毛细凝聚现象。比如比如373K时，水时，水汽在活性炭上吸汽在活性炭上吸从属于这种类型。从属于这种类型。第52页 Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之间定量关系。他在推导该公吸附蒸汽压力之间定量关系。他在推导该公式过程引入了两个主要假设：式过程引入了两个主要假设：(1)吸附是单分子层；吸附是单分子层；(2)固体表面是均匀，被吸附分子之间无相互作固体表面是均匀，被吸附分子之间无相互作用。用。设：表面覆盖度设：表面覆盖度=V/Vm Vm为吸满单分子层体积为吸满单分子层体积则空白表面为则空白表面为(1-)V为吸附体积为吸附体积r(吸附吸附)=kap(1-)r(脱附脱附)=kd Langmuir吸附等温式吸附等温式第53页得：得：r(吸附吸附)=kap(1-)r(脱附脱附)=kd=ka=p(1-)=kd 设设a=ka/kd 这公式称为这公式称为 Langmuir吸附等温式吸附等温式，式中，式中a称为称为吸附系数吸附系数，它大小代表了固体表面吸附，它大小代表了固体表面吸附气体能力强弱程度。气体能力强弱程度。到达平衡时，吸附与脱附速率相等。到达平衡时，吸附与脱附速率相等。第54页以以 对对p 作图，作图，得：得：第55页a.当当p很小很小，或吸附很弱时，或吸附很弱时，ap1，=1，与与 p无关，吸附已无关，吸附已铺满铺满单分子层单分子层。c.当压力适中，当压力适中，pm，m介于介于0与与1之间。之间。第56页重排后可得：重排后可得：这是这是Langmuir吸附公式又一表示形式。用试吸附公式又一表示形式。用试验数据，以验数据，以p/Vp作图得一直线，从斜率和截距作图得一直线，从斜率和截距求出吸附系数求出吸附系数a和铺满单分子层气体体积和铺满单分子层气体体积。从吸附质分子截面积从吸附质分子截面积Am，可计算吸附剂，可计算吸附剂比表面积比表面积SW。将将=/代入代入Langmuir吸附公式吸附公式第57页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用工业味精工业味精第58页6.4.1 6.4.1 表面活性剂结构特征表面活性剂结构特征6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用亲油基团（非极性亲油基团（非极性亲油基团（非极性亲油基团（非极性基团，碳氢链）基团，碳氢链）基团，碳氢链）基团，碳氢链）亲水基团（极性基团，如羧基、亲水基团（极性基团，如羧基、亲水基团（极性基团，如羧基、亲水基团（极性基团，如羧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基、氨硫酸基、磺酸基、磷酸基、氨硫酸基、磺酸基、磷酸基、氨硫酸基、磺酸基、磷酸基、氨基、季氨基、吡啶基、酰胺基基、季氨基、吡啶基、酰胺基基、季氨基、吡啶基、酰胺基基、季氨基、吡啶基、酰胺基 ）现有亲水基团，现有亲水基团，又有亲油基团，又有亲油基团，含有两亲性质。含有两亲性质。第59页6.4.2 6.4.2 表面活性剂分类表面活性剂分类6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用 表表表表面面面面活活活活性性性性剂剂剂剂离子型离子型离子型离子型非离子型非离子型非离子型非离子型两性型两性型两性型两性型阴离子型阴离子型阴离子型阴离子型阳离子型阳离子型阳离子型阳离子型第60页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用第61页6.4.3 6.4.3 表面活性剂溶液物理化学特征表面活性剂溶液物理化学特征6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用 空气空气空气空气 水水水水 决定活性大小决定活性大小 决定水溶性大小决定水溶性大小第62页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用 衡衡衡衡量量量量活活活活性性性性大大大大小小小小效率效率效率效率有效值有效值有效值有效值HLBHLBHLBHLB值值值值cminmin第63页6.4.4 6.4.4 临界胶束浓度临界胶束浓度6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用试验发觉极少许表面活性剂加入能使溶试验发觉极少许表面活性剂加入能使溶液表面张力显著下降，而当溶液浓度增加到液表面张力显著下降，而当溶液浓度增加到一定值后，表面张力几乎不再改变。一定值后，表面张力几乎不再改变。这一现象能够经过表面活性剂在溶液表这一现象能够经过表面活性剂在溶液表面面吸附并定向排列吸附并定向排列和在溶液中和在溶液中形成胶束形成胶束来得来得到解释。到解释。第64页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用第65页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为多分子聚集体称为胶束胶束。伴随亲水基不一样和浓度不一样，形成伴随亲水基不一样和浓度不一样，形成胶束可展现胶束可展现棒状棒状、层状层状或或球状等球状等各种形状。各种形状。第66页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用第67页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用第68页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用第69页第70页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用表面活性剂在水溶液中形成一定形状胶束所表面活性剂在水溶液中形成一定形状胶束所需最低浓度需最低浓度被称为被称为临界胶束浓度临界胶束浓度（critical micelle concentration），通常以，通常以 cmc 表示。表示。试验表明，在临界胶束浓度前后，不但溶液试验表明，在临界胶束浓度前后，不但溶液表面张力有显著改变，而且因为水溶液中粒子数表面张力有显著改变，而且因为水溶液中粒子数目变动很大，造成溶液其它目变动很大，造成溶液其它许多物理性质许多物理性质如如电导电导率、渗透压、蒸气压、光学性质、去污能力及可率、渗透压、蒸气压、光学性质、去污能力及可溶性溶性等皆产生很大差异即有等皆产生很大差异即有突变突变。第71页6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用第72页(1)润湿作用润湿作用(A)液体对固体润湿液体对固体润湿 固体表面上固体表面上气体被液体气体被液体 所取所取代形成覆盖代形成覆盖 面即面即原来气原来气 固界面被固界面被液液 固界面替换过固界面替换过程称为程称为润湿润湿。6.4 表面活性剂及其应用表面活性剂及其应用6.4.4 6.4.4 表面活性剂几个主要作用表面活性剂几个主要作用第73页 等温、等压条件下，单位面积液固界面取代了单位面积气固界面并产生了单位面积气液界面，这过程表面自由能改变值负值称为铺展系数，用S表示。若S0，说明液体能够在固体表面自动铺展。铺展系数铺展系数(spreading coefficient)第74页铺展系数铺展系数(spreading coefficient)第75页 在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间夹角称为接触角，通惯用表示。接触角大小能够用试验测量，也能够用公式计算：P(l/g)(s/l)(s/g)ONMO第76页 若接触角大于90，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；若接触角小于90，液体能润湿固体，如水在洁净玻璃表面。接触角接触角(contact angle)第77页(C)表面活性剂对润湿作用影响表面活性剂对润湿作用影响(a)泡沫浮选泡沫浮选 当矿砂表面有当矿砂表面有5%被捕被捕集剂覆盖时，就使表面产生集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于搜集。起升到液面，便于搜集。选择适当选择适当捕集剂捕集剂，使它，使它亲水基团只吸在矿砂表面，亲水基团只吸在矿砂表面，憎水基朝向水。憎水基朝向水。(b)采油采油(c)农药农药(d)防水防水第78页(2)起泡作用起泡作用 普通普通起泡剂起泡剂所起所起主主要作用要作用有以下几点有以下几点:(a)降低表面张力降低表面张力(b)提升泡沫机械强度提升泡沫机械强度(c)含有适当表面黏度含有适当表面黏度第79页(3)增溶作用增溶作用在溶剂中添加表面活性剂后能显著增加在溶剂中添加表面活性剂后能显著增加原来不溶或微溶于溶剂物质溶解度现象称为原来不溶或微溶于溶剂物质溶解度现象称为增溶作用增溶作用或或加溶作用加溶作用。被增溶物质叫做。被增溶物质叫做增溶增溶物物，加入表面活性剂叫做，加入表面活性剂叫做增溶剂增溶剂。增溶作用增溶作用普通都发生在超出表面活性剂临界胶束浓度普通都发生在超出表面活性剂临界胶束浓度之后之后。第80页几个增溶方式几个增溶方式第81页增溶作用增溶作用几个几个显著特点显著特点：(a)胶束存在胶束存在是发生增溶作用必要条件，而且是发生增溶作用必要条件，而且浓度越大，胶束数量越多，增溶效果越显著。浓度越大，胶束数量越多，增溶效果越显著。(b)增溶体系是增溶体系是热力学稳定体系热力学稳定体系。(c)增溶作用是可逆增溶作用是可逆平衡过程平衡过程。(d)增溶后溶液外观与真溶液相同，而且溶剂增溶后溶液外观与真溶液相同，而且溶剂依数性质基本不变依数性质基本不变。第82页(4)乳化作用乳化作用(5)洗涤作用洗涤作用第83页 乳状液乳状液是一个或各种液体以液珠形式分散在另一个是一个或各种液体以液珠形式分散在另一个与其不相溶液体中而形成与其不相溶液体中而形成多相分散体系多相分散体系。其中被分散液。其中被分散液体成为体系内相亦称体成为体系内相亦称分散相分散相，另一个液体则组成体系外，另一个液体则组成体系外相亦即连续相或相亦即连续相或分散介质分散介质。因为分散相与分散介质折光率不一样，当液滴直因为分散相与分散介质折光率不一样，当液滴直径远大于可见光波长径远大于可见光波长(48107m)时，时，光反射显著光反射显著，所，所以分散相液滴对可见光反射和折射造成大多数乳状液以分散相液滴对可见光反射和折射造成大多数乳状液在外观上展现不透明或半透明乳白色。在外观上展现不透明或半透明乳白色。6.5 乳状液乳状液（了解）了解）1.乳状液概念乳状液概念第84页 乳状液含有乳状液含有多相性和聚结不稳定性多相性和聚结不稳定性显明显明特点，属于热力学上不稳定体系。为了维持特点，属于热力学上不稳定体系。为了维持乳状液体系含有一定稳定性，常需加入乳状液体系含有一定稳定性，常需加入乳化乳化剂剂作为稳定剂，如向乳状液中加入适当表面作为稳定剂，如向乳状液中加入适当表面活性剂等可使其在相当长时间内稳定存在。活性剂等可使其在相当长时间内稳定存在。第85页2.乳状液类型及判别乳状液类型及判别 将水为外相、油为内相乳状液称为油将水为外相、油为内相乳状液称为油/水水型或型或水包油型乳状液水包油型乳状液，以符号，以符号O/W表示。表示。如如牛奶、豆浆等。牛奶、豆浆等。将油为外相、水为内相乳状液称为水将油为外相、水为内相乳状液称为水/油油型或型或油包水型乳状液油包水型乳状液，以符号，以符号W/O表示。如表示。如原油等。原油等。可用稀释法、染料法、电导法和滤纸可用稀释法、染料法、电导法和滤纸测试法等不一样方法进行判别。测试法等不一样方法进行判别。第86页检验水包油检验水包油乳状液乳状液加入水溶性染料加入水溶性染料如亚甲基蓝，说如亚甲基蓝，说明水是连续相。明水是连续相。加入油溶性染加入油溶性染料红色苏丹料红色苏丹，说明油是不，说明油是不连续相连续相。第87页3.乳状液制备乳状液制备将液体以微小粒子分散在另一液体中；将液体以微小粒子分散在另一液体中；将液体以分子状态溶解于另一液体中，将液体以分子状态溶解于另一液体中，然后使其适当地聚集而形成乳状液。然后使其适当地聚集而形成乳状液。必须有第三种物质必须有第三种物质乳化剂乳化剂存在，才能制存在，才能制得相对稳定乳状液。得相对稳定乳状液。分散法分散法凝聚法凝聚法第88页4.乳状液稳定性与乳化作用乳状液稳定性与乳化作用(1)乳化剂与乳化作用乳化剂与乳化作用(a)降低油降低油-水界面张力水界面张力(b)在分散相液滴周围形成坚固界面膜在分散相液滴周围形成坚固界面膜(c)液滴双电层排斥作用液滴双电层排斥作用(d)固体粉末固体粉末稳定作用稳定作用亲水性固体粉末亲水性固体粉末和和憎水性固体粉末憎水性固体粉末第89页第90页第91页5.乳状液转型和破坏乳状液转型和破坏乳状液类型转化是指乳状液类型转化是指O/W 型型和和W/O型型乳乳状液状液相互转化相互转化现象。现象。这种这种转化有是因为外加物质使乳化剂性质转化有是因为外加物质使乳化剂性质发生改变而引发，有是因为连续加入内相物质，发生改变而引发，有是因为连续加入内相物质，使其相体积分数超出某一数值（如使其相体积分数超出某一数值（如74%）所致，）所致，还有是因为环境条件（如温度）改变等使乳状还有是因为环境条件（如温度）改变等使乳状液变型。液变型。第92页在许多生产过程中还经常需要破坏乳状液，在许多生产过程中还经常需要破坏乳状液，以使其中油、水两相完全分离，这就是所谓以使其中油、水两相完全分离，这就是所谓破破乳乳。常见破乳方法有化学法（如加入适量类型常见破乳方法有化学法（如加入适量类型相反乳化剂或加入电解质减小双电层厚度）、相反乳化剂或加入电解质减小双电层厚度）、高压电场法（在高压电场中极化了水滴彼此相高压电场法（在高压电场中极化了水滴彼此相互吸引并瞬间聚结成大水滴而在重力作用下被互吸引并瞬间聚结成大水滴而在重力作用下被分离）、机械法（高速离心、加压过滤）和加分离）、机械法（高速离心、加压过滤）和加热法等。热法等。第93页返回首页返回首页第94页