表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)課件

第八章

表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)表面現(xiàn)象：相與相之間界面上發(fā)生的特殊現(xiàn)象分散系統(tǒng)：具有巨大相界面的系統(tǒng)分散系統(tǒng)表面現(xiàn)象1第八章

表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)表面現(xiàn)象：相與相之間界面上發(fā)生(一)表面現(xiàn)象§8.1表面自由能與表面張力§8.2純液體的表面現(xiàn)象§8.3氣體在固體表面上的吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性劑及其作用2(一)表面現(xiàn)象§8.1表面自由能與表面張力2§8.1表面自由能與表面張力

Surfacefreeenergyandsurfacetension單組分密閉系統(tǒng)：

dG=-SdT+Vdp-wr’在等溫等壓條件下：(dG)T,p=-wr’=dA表面功：可逆擴(kuò)大表面積所做的功

-wr’=dA=(dG)T,p

3§8.1表面自由能與表面張力

Surf一、表面自由能，比表面能----比表面能單位：Jm-2物理意義：從定義式看，定溫定壓下，可逆增加單位表面積引起系統(tǒng)自由能的增量即為比表面能。：單位表面積上的分子比相同數(shù)量的內(nèi)部分子超額的吉布斯自由能。4一、表面自由能，比表面能----比表面能單位：Jm-2：二、表面張力單位：Nm-1物理意義：表面緊縮力。定義：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意單位長度上的緊縮力。表面為一曲面：例如：表面為一平面：肥皂水膜5二、表面張力單位：Nm-1表面為一曲面：例如：表面為一平三、影響表面張力的因素1.物質(zhì)的種類及共存相的種類（性質(zhì)）20℃H2O(l)C6H6(l)CCl4(l)/Nm-10.07280.02890.0269(H2O-C6H6)0.0326(H2O-CCl4)0.0452.溫度：一般情況下，T，。因分子間引力減弱如常壓下的純液體：為溫度不變時(shí)擴(kuò)大表面積所吸的熱>06三、影響表面張力的因素1.物質(zhì)的種類及共存相的種類（性質(zhì)）四、表面熱力學(xué)7四、表面熱力學(xué)7五、表面自由能（巨大表面系統(tǒng)）例1：20℃，p下，將1kg水分散成10-9m半徑的小水滴需做功多少？已知=0.0728Nm-1,

=1000kgm-3

解：–Wr’=A=(A2–A1)

A2=

n4r2而1kg=n×(4/3r3

)n=2.41023個(gè)–Wr’=310-3/r=218kJ而218kJ的能量相當(dāng)于1kg水升溫50℃所需的能.對于1kg水(0.0485m2)，表面能約為3.510-3J。8五、表面自由能（巨大表面系統(tǒng)）例1：20℃，p下，將1k§8.2純液體的表面現(xiàn)象

Surfacephenomenaofpureliquid一、彎曲液面的附加壓力平面凸液面(convex)凹液面(concave)p=0p指向球心p指向球心p＝？9§8.2純液體的表面現(xiàn)象

Surfacep實(shí)驗(yàn)：Young-Laplaceequation10實(shí)驗(yàn)：Young-Laplaceequation10Young-Laplace

公式:

p=2/r式中r：曲率半徑。

r越大，p越??；平面時(shí)r，p=0注意：1.不管是凸液面，還是凹液面，附加壓力的方向總是指向球心，即球內(nèi)的壓力一定大于球外的壓力；2.液膜（肥皂泡）p=4/r11Young-Laplace公式:p=2/r式中r：例：打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？達(dá)平衡時(shí)怎樣？12例：打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？達(dá)平衡時(shí)怎樣？12二、曲率對蒸氣壓的影響-----Kelvineq.()T:1mol液體

(液相)PP’=P+2/r(氣相)蒸氣壓ppr氣液平衡：(g)=(l)()T:d(g)=d(l)即dGm(g)=dGm(l)RTdlnp=Vm(l)dP(l)rP’

P13二、曲率對蒸氣壓的影響-----Kelvineq.(Kelvineq.注意：凹（液中氣泡）：r取負(fù)值，pr<p凸（小液滴）：r取正值，pr>p14Kelvineq.注意：14例2已知水在20℃時(shí)的表面張力為0.072Nm-1，=1gcm-3，0℃時(shí)水的飽和蒸氣壓為610.5Pa。在0℃～20℃內(nèi)水的vapHm=40.67kJmol-1。求在20℃時(shí)半徑為10-9m水滴的飽和蒸氣壓。解：要求20℃時(shí)水滴的飽和蒸氣壓，首先要求出該溫度下平面水的飽和蒸氣壓。則根據(jù)克-克方程：

p(293K)=2074Pa根據(jù)Kelvin公式pr=6011Pa15例2已知水在20℃時(shí)的表面張力為0.072Nm-1，Kelvin公式的應(yīng)用：幾種亞穩(wěn)狀態(tài)1）過飽和蒸氣——人工降雨20℃時(shí)(pr=6kPa)>>(p=2kPa)。若現(xiàn)在(35℃)蒸氣壓為5.6kPa，迅速冷卻至20℃，雖p>p(20℃)，但仍<pr，所以成為過飽和蒸氣2）過熱液體：暴沸現(xiàn)象violentbumping

P+P=P+2/rpr3）過冷液體4）過飽和溶液16Kelvin公式的應(yīng)用：幾種亞穩(wěn)狀態(tài)1）過飽和蒸氣——人工降三、液體的潤濕與鋪展wettingandspreading

(s-l)(s-g)(l-g)OO17三、液體的潤濕與鋪展wettingandspread合力(s-g)－(s-l)－(l-g)cos：<0，Ｏ點(diǎn)向右移，收縮，如石蠟上的水滴=0，平衡，液滴保持一定形狀>0，Ｏ點(diǎn)向左移，液體鋪展,如潔凈玻璃上的水滴18合力(s-g)－(s-l)－(l-g)cos：<0，接觸角的計(jì)算：平衡時(shí)(即合力為零時(shí))<90潤濕，該固體則稱為親液（水）性固體,如：石英、無機(jī)鹽=0：完全潤濕，鋪展>90不潤濕，該固體則稱為憎液（水）性固體，如：石蠟、石墨=180：完全不潤濕19接觸角的計(jì)算：平衡時(shí)(即合力為零時(shí))<90潤濕，該固四、毛細(xì)管現(xiàn)象(capillarity)凹液面<90,p向上凸液面>90,p向下p=(液－氣)gh=液gh=2/rR’=rcos

r為曲率半徑R’為毛細(xì)管半徑rR’20四、毛細(xì)管現(xiàn)象(capillarity)凹液面<9應(yīng)用：1)鋤地保墑切斷毛細(xì)管，使水分不能沿毛細(xì)管上升到地表而蒸發(fā)；毛細(xì)管凝聚,水在毛細(xì)管中呈凹液面，其飽和蒸氣壓小于水平液面的飽和蒸氣壓，水蒸氣易在切斷的毛細(xì)管中凝結(jié)成水。2)兩塊潔凈的玻璃之間放少量水后，為什么很難拉開？ppp21應(yīng)用：1)鋤地保墑2)兩塊潔凈的玻璃之間放少量水后，為什么很例3如果水中僅含有半徑為1.00×10-3mm的空氣泡，試求這樣的水開始沸騰的溫度為多少度？已知100℃以上水的表面張力為0.0589Nm-1，氣化熱為40.7kJmol-1。解：空氣泡上的附加壓力為Δp=2σ/r,當(dāng)水沸騰時(shí)，空氣泡中的水蒸氣壓至少等于(pθ+Δp),應(yīng)用克勞修斯－克拉貝龍方程可求出蒸氣壓為(pθ+Δp)時(shí)的平衡溫度T2，此即沸騰溫度。T2=396K22例3如果水中僅含有半徑為1.00×10-3mm的空氣例4由于天氣干旱，白天空氣相對濕度僅56%(相對濕度即實(shí)際水蒸氣壓力與飽和蒸氣壓之比)。設(shè)白天溫度為35℃(飽和蒸氣壓為5.62×103Pa),夜間溫度為25℃(飽和蒸氣壓為3.17×103Pa)。試求空氣中的水份夜間時(shí)能否凝結(jié)成露珠？若在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中是否凝結(jié)？設(shè)水對土壤完全潤濕，25℃時(shí)水的表面張力=0.0715Nm-1，水的密度=1gcm-3。解：白天溫度為35℃時(shí),空氣相對濕度為56%，則實(shí)際蒸氣壓p=5.62×103

×56%=3.15×103Pa此蒸氣壓小于夜間(25℃時(shí))的飽和蒸氣壓3.17×103Pa,所以夜間不會(huì)凝結(jié)。23例4由于天氣干旱，白天空氣相對濕度僅56%(相對濕度在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中，水形成凹液面。由于水對土壤完全潤濕，故凹液面曲率半徑等于土壤毛細(xì)管半徑=–0.5×10-7m。由開爾文公式：pr/p=0.979pr=3.10×103Pa<3.15×103Pa(實(shí)際)，所以夜間水蒸氣能在土壤毛細(xì)管中凝結(jié)。24在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中，水形成凹液面。由于水對土壤例5一個(gè)帶有毛細(xì)管頸的漏斗，其底部裝有半透膜，內(nèi)盛濃度為1×10-3molL-1的稀硬酯酸鈉水溶液。若溶液的表面張力=

*-bc,其中

*=0.07288Nm-1，b=19.62(Nm-1molL-1)，298.2K時(shí)將此漏斗緩慢地插入盛水的燒杯中，測得毛細(xì)管頸內(nèi)液柱超出水面30.71cm時(shí)達(dá)成平衡，求毛細(xì)管的半徑。若將此毛細(xì)管插入水中，液面上升多少？30.71cm25例5一個(gè)帶有毛細(xì)管頸的漏斗，其底部裝有半透膜，內(nèi)盛濃度解：毛細(xì)管內(nèi)液面上升原因有兩個(gè)：一是附加壓力；二是滲透壓。若將此毛細(xì)管插入水中，液面上升多少？根據(jù)公式即Π+Δp=ρgh,而Π=cRT,Δp=2/r則2/r=ρgh–cRT=1000×9.8×0.3071–1×RT=530.6Pa=

*-bc=0.07288–19.62×10-3=0.05326Nm-1r=2×0.05326/530.6=2.008×10-4m

液面上升7.4cm26解：毛細(xì)管內(nèi)液面上升原因有兩個(gè)：一是附加壓力；二是滲透壓。若§8.3氣體在固體表面的吸附一、氣固吸附的一般常識吸附質(zhì)：（被吸附的）氣體；吸附劑：（吸附氣體的）固體1.吸附類型物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附分子層多分子層單分子層吸附選擇性無，易液化者易吸附有選擇性吸附熱-(20~40)kJ/mol-(40~400)kJ/mol吸附速度快,易脫附,易達(dá)平衡較慢，不易達(dá)平衡27§8.3氣體在固體表面的吸附一、氣固吸附的一般常識2.吸附平衡與吸附量吸附平衡：即rads=rd，此時(shí)被吸附的氣體量不隨時(shí)間而變化。吸附量：達(dá)吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量a=n(吸附質(zhì))/m(吸附劑)a=V(吸附質(zhì))/m(吸附劑)282.吸附平衡與吸附量吸附平衡：即rads=rd，此時(shí)被吸3）吸附曲線：a=f(T,p)a為吸附量，p為吸附質(zhì)的分壓吸附等壓線：a=f(T)(isobaric)(isobar)CO在Pt上的吸附等壓線V(CO)T因?yàn)镠=G+TS<0<0吸附熱小于零，T，a吸附是放熱293）吸附曲線：a=f(T,p)a為吸附量，p為吸附質(zhì)的分壓C吸附等量線：p=f(T)類似于C-C方程，可求吸附熱吸附等溫線：a=f(p)isotherm吸附質(zhì)分壓吸附量p397：五種類型，其中第一種是單分子層吸附(見右圖)30吸附等量線：p=f(T)類似于C-C方程，可求吸附熱吸附等溫二、Langmuir單分子層吸附等溫式基本假設(shè)：1單分子層吸附：空白表面上才能吸附。令表面覆蓋度為，rads=k1(1-)p2吸附分子之間無相互作用力：吸附分子脫附時(shí)不受其它吸附分子的影響。rd=k2()T

達(dá)吸附平衡時(shí)，rads=rd其中or31二、Langmuir單分子層吸附等溫式基本假設(shè)：其中or31討論：1.bp<<1，V=Vmbp即Vp，圖中p很小時(shí)2.bp>>1，V=Vm(常數(shù))，達(dá)到飽和吸附=1pVVm32討論：1.bp<<1，V=Vmbp即Vp，圖中p很小直線斜率=1/Vm，Vm=1/slope截距=1/bVm，b=slope/intercept3原式改寫成p/Vp33直線斜率=1/Vm，Vm=1/slope3原式改寫成p/三、BET吸附等溫式：多分子層氣固吸附理論Vm=1/(slope+intercept)其中C：與吸附熱有關(guān)的常數(shù)

p：T時(shí)吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓BET吸附等溫式的重要應(yīng)用：測定和計(jì)算固體吸附劑的比表面（單位質(zhì)量吸附劑的表面積）已知吸附質(zhì)分子的截面積為AS比=34三、BET吸附等溫式：多分子層氣固吸附理論Vm=1/(slo例60℃時(shí)，CO在2.964g木炭上吸附的平衡壓力p與吸附氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況體積V有下列數(shù)據(jù)p/104Pa0.972.404.127.2011.76V/cm37.516.525.138.152.3(1)試用圖解法求朗格謬爾公式中常數(shù)Vm和b;(2)求CO壓力為5.33×104

Pa時(shí)，1g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積。解：朗格謬爾吸附等溫式(1)以(p/V)對p作圖，得一直線，其斜率=1/Vm,截距=1/(bVm)35例60℃時(shí)，CO在2.964g木炭上吸附的平衡壓力p與p/104Pa0.972.404.127.2011.76(p/V)/Pa·cm-3129314551641189022491/Vm=8.78×10-3

cm-3,1/(bVm)=1.24×103

Pa·cm-3故Vm=114cm3,b=7.08×10-6

Pa-1將題給數(shù)據(jù)整理后列表如下:p/Vp斜率截距36p/104Pa0.972.404.127.2011.76(p(2)求CO壓力為5.33×104

Pa時(shí)，1g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積。從圖上查出，當(dāng)pCO=5.33×104

Pa時(shí)，p/V=1707Pa·cm-32.964g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積為：V=5.33×104

/1707=31.22cm31g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積為：V/m=31.22/2.964=10.5cm337(2)求CO壓力為5.33×104Pa時(shí)，1g木炭吸附的四、其它吸附等溫式1.捷姆金吸附等溫式a=kln(bp)2.付勞因德利希吸附等溫式

lna=lnk+(1/n)lnplna=lnk+(1/n)lnc（溶液中）(n>1)38四、其它吸附等溫式1.捷姆金吸附等溫式a=kln§8.4溶液的表面吸附一、溶液表面的吸附現(xiàn)象──和c的關(guān)系cⅠⅢⅡ1.負(fù)吸附──表面張力增大Ⅰ(如礦泉水，井水)2.正吸附──表面張力減?、颍?9§8.4溶液的表面吸附一、溶液表面的吸附現(xiàn)象──和c二、Gibbs吸附公式表面吸附量:定義：物理意義：（表面超量）surfaceexcess單位面積表面層中溶質(zhì)的物質(zhì)的量比同量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的超出值/molm-2()TT

c

0

負(fù)吸附c

0

正吸附------------Gibbs吸附公式40二、Gibbs吸附公式表面吸附量:定義：物理意義：（表面超量的求算：1.作～c曲線的切線，求斜率d/dc，代入Gibbs吸附公式，再作~c圖。2.經(jīng)驗(yàn)公式：例如對有機(jī)酸同系物，希施柯夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式為：其中*:純?nèi)軇┑谋砻鎻埩?濃度為c時(shí)溶液的表面張力a,b:經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。同系物b相同，a不同。41的求算：1.作～c曲線的切線，求斜率d/dc，代入將上式改寫為整理上式得c/～c作圖，得一直線，=1/slope42將上式改寫為整理上式得c/～c作圖，得一直線，=1/s三、表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)1表面活性劑：surfactants少量溶質(zhì)加入能使溶液表面張力急劇下降。原因：因?yàn)楸砻婊钚詣┙Y(jié)構(gòu)上的雙親性特點(diǎn)親水基團(tuán)：-OH、-COOH、-COO－、-SO3－憎水基團(tuán)：烷基，苯基。2表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)：對于同系物，雖然碳鏈長度不同，但分子截面積相同(b相同)，所以相同。設(shè)一個(gè)分子的截面積為A，AL=1/

43三、表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)1表面活性劑：surfactan3表面膜:443表面膜:44例719℃時(shí)，丁酸水溶液的表面張力與濃度的關(guān)系可以準(zhǔn)確地用下式表示：其中*是純水的表面張力，c為丁酸濃度，A,B為常數(shù)導(dǎo)出此溶液表面吸附量與濃度c的關(guān)系;已知A=0.0131Nm-1,B=19.62dm3mol-1,求丁酸濃度為0.20moldm-3時(shí)的吸附量;求丁酸在溶液表面的飽和吸附量;假定飽和吸附時(shí)表面全部被丁酸分子占據(jù)，計(jì)算每個(gè)丁酸分子的橫截面積45例719℃時(shí)，丁酸水溶液的表面張力與濃度的關(guān)系可以準(zhǔn)確解:(1)將題目給定關(guān)系式對濃度c求導(dǎo)，得代入吉布斯吸附公式，得(2)將A=0.0131Nm-1,B=19.62dm3mol-1,T=292K,c=0.20moldm-3代入上式，計(jì)算得：=4.30×10-6

mol·m-246解:(1)將題目給定關(guān)系式對濃度c求導(dǎo)，得代入吉布斯吸附公(3)當(dāng)c很大時(shí)，1+BcBc,則：(4)假定飽和吸附時(shí)表面全部被丁酸分子占據(jù)，則丁酸分子的橫截面積為：47(3)當(dāng)c很大時(shí)，1+BcBc,則：(4)假定飽和吸CH3N+

CH2COOCH3SO3CH3N+CH3

CH3§8.5表面活性劑及其作用一、表面活性劑的分類：雙親性特點(diǎn)（見p411表84）離子型負(fù)離子型：羧酸鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽

正離子型：銨鹽兩性：氨基酸非離子型：酯類、酰胺類、聚氧乙烯醚CH3CH2···CH2CH3CH2···CH2CH3CH2···CH2O(CH2CH2O)nHCH3CH2···CH248CH3SO3CH3§8.5表面活性劑及其作用一、表面活二、膠束和臨界膠束濃度CMC

micelleandcriticalmicelleconcentrationCMC──表面活性劑在水溶液中形成膠束所需最低濃度。一般在0.001—0.002mol/dm3，與在溶液表面形成飽和吸附所對應(yīng)的濃度基本一致49二、膠束和臨界膠束濃度CMC

micelleandcCMC的性質(zhì)：50CMC的性質(zhì)：50三、表面活性劑的作用1.潤濕作用：由潤濕不潤濕或由不潤濕潤濕防雨布;浮游選礦;農(nóng)藥2.增溶作用：solubilization3.乳化作用：emulsification乳狀液(emulsion)：水包油O/W：牛奶、潤滑液

4.起泡，去污油包水W/O：石油、農(nóng)藥、殺蟲劑。51三、表面活性劑的作用1.潤濕作用：由潤濕不潤濕或由不潤濕(二)分散系統(tǒng)§8.6分散系統(tǒng)的分類§8.7溶膠的光學(xué)及力學(xué)性質(zhì)§8.8溶膠的電性質(zhì)§8.9溶膠的聚沉和絮凝§8.10溶膠的制備及凈化52(二)分散系統(tǒng)§8.6分散系統(tǒng)的分類52§8.6分散系統(tǒng)的分類一、按分散相粒子大小分類1）分子分散系統(tǒng)：d<10－9m，單相，真溶液；2）膠體(colloid)分散系統(tǒng)：10－9<d<10－7m，

多相，高度分散系統(tǒng)，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)3）粗分散系統(tǒng)：10－7<d<10－5m，

多相，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)如：乳狀液emulsion；懸浮液suspension53§8.6分散系統(tǒng)的分類一、按分散相粒子大小分類53二、按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：分散介質(zhì)分散相名稱例子液體固體溶膠，懸浮液Fe(OH)3,泥漿液體乳狀液牛奶氣體泡沫肥皂水固體固體固溶膠有色玻璃液體凝膠珍珠氣體固體泡沫饅頭，泡沫塑料氣體固體氣溶膠煙，塵液體氣溶膠霧，云54二、按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：分散介質(zhì)分散相名§8.7溶膠的光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)一、丁達(dá)爾(Tyndall)效應(yīng)現(xiàn)象：渾濁發(fā)亮原理：散射

分散相粒子直徑>入射光的波長──反射分散相粒子直徑<入射光的波長──

散射波長越短，粒子直徑越大，散射越強(qiáng)?？梢姽獠ㄩL4～7×10－7m，所以真溶液（d<10－9m）散射極弱；而大氣層為氣溶膠，粒子直徑較大，日光中的蘭、紫色波長短，散射強(qiáng)，所以天空呈藍(lán)色超顯微鏡：可觀察到散射光，僅是膠粒的“影子”電子顯微鏡：可觀察到實(shí)象55§8.7溶膠的光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)一、丁達(dá)爾(Tyndal二、布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：1827年布朗觀察到花粉在液面上不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在用超顯微鏡可觀察到膠粒在介質(zhì)中不停地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)。布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)示意圖56二、布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：1827年布朗觀察到花粉在液原理：分子固有熱運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，無須消耗能量。其速度取決于粒子的大小，溫度，介質(zhì)粘度。顆粒太大時(shí)：1.撞擊力大體抵銷2.質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)不明顯57原理：分子固有熱運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，無須消耗能量。其速度取決于粒子的三、擴(kuò)散

diffusion在有濃差的情況下，溶膠粒子會(huì)從高濃度處向低濃度處擴(kuò)散。菲克(Fick)定律：（一維）愛因斯坦：粒子半徑：～10-11m2·s-1而真溶液D～10-9m2·s-1溶膠的平均摩爾質(zhì)量通過上式可求擴(kuò)散系數(shù)D求得M后，可根據(jù)稀溶液公式求滲透壓。58三、擴(kuò)散diffusion在有濃差的情況下，溶膠粒子會(huì)從高四、沉降和沉降平衡Sedimentation1.沉降平衡：若溶膠粒子密度>分散介質(zhì)的密度，n1、n2：高度為h1、h2處的粒子濃度（數(shù)密度）、0：分散相和分散介質(zhì)的密度

V：單個(gè)粒子的體積。其濃度隨高度分布的規(guī)律：在重力作用下由于濃度差當(dāng)沉降速度=擴(kuò)散速度時(shí)，達(dá)沉降平衡，而形成穩(wěn)定的濃度梯度。沉降擴(kuò)散59四、沉降和沉降平衡Sedimentation1.沉降2.沉降：若分散相粒子較大，布朗運(yùn)動(dòng)不足以克服沉降作用時(shí)，就發(fā)生沉降。重力作用：f1=4/3r3(－0)gstokes阻力：f2=6ru當(dāng)f1=f2時(shí)，粒子以恒定速度u下降可求得M=4/3r3L測u602.沉降：若分散相粒子較大，布朗運(yùn)動(dòng)不足以克服沉降作用時(shí)§8.8溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠能穩(wěn)定存在的原因：1.溶膠粒子帶電；2.布朗運(yùn)動(dòng)；3.溶劑化一、電動(dòng)現(xiàn)象：電泳；電滲電動(dòng)：在外電場作用下，分散相與分散介質(zhì)發(fā)生相對移動(dòng)。電泳：在外電場作用下，分散相在分散介質(zhì)中作定向移動(dòng)。電滲：在外電場作用下，液體介質(zhì)作定向移動(dòng)。61§8.8溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠能穩(wěn)定存在的原因：一、電動(dòng)現(xiàn)電泳；62電泳；62電滲:63電滲:63電泳速度和應(yīng)用電泳速度u正比于：粒子荷電量；電壓；1/(介質(zhì))；1/V(粒子大小)電泳應(yīng)用：

電泳分離（生物學(xué)）：蛋白質(zhì)和核酸分子電泳速率不同；

電泳電鍍：醫(yī)用橡膠手套；電滲應(yīng)用：電沉積法涂漆中使漆膜中水分排出；

泥炭脫水；

水的凈化；64電泳速度和應(yīng)用電泳速度u正比于：粒子荷電量；電壓；1/(介二、溶膠粒子帶電的原因1.吸附：由于表面能高，所以易吸附雜質(zhì)。法揚(yáng)司(Fajans)規(guī)則：優(yōu)先吸附與溶膠粒子有相同元素的離子；例如：AgI溶膠優(yōu)先吸附Ag+或I－2.電離：分散相固體表面分子發(fā)生電離

H2SiO3=2H++SiO32－65二、溶膠粒子帶電的原因1.吸附：由于表面能高，所以易吸附雜質(zhì)三、溶膠粒子的結(jié)構(gòu)──膠團(tuán)（電中性）1.固體粒子(AgI)m稱為膠核(m=108)，由于吸附而帶電；2.由于靜電作用，反離子被吸引在帶電膠核的周圍，形成緊密層，在電場的作用下，緊密層隨膠核運(yùn)動(dòng)；即膠粒在運(yùn)動(dòng)；3.由于熱運(yùn)動(dòng)，部分反離子分散在緊密層外，形成分散層。4.整個(gè)膠團(tuán)為電中性緊密層分散層膠核66三、溶膠粒子的結(jié)構(gòu)──膠團(tuán)（電中性）1.固體粒子(AgI)m膠團(tuán)結(jié)構(gòu)[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3－]x+·xNO3

－[(AgI)m·nI－·(n-x)K＋]x-·xK＋膠核緊密層分散層膠粒膠團(tuán)滑動(dòng)面67膠團(tuán)結(jié)構(gòu)[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3－]x四、溶膠粒子的雙電層（熱力學(xué)電勢）：只與被吸附的離子或電離下去的離子的活度有關(guān)，與其它離子的存在與否及其濃度無關(guān)。（電動(dòng)電勢）：與電解質(zhì)的濃度有關(guān)。決定了電泳速度的大小電勢電解質(zhì)濃度增加，分散層變薄dd’d’’電勢下降,最后0d電勢距離分散層緊密層68四、溶膠粒子的雙電層（熱力學(xué)電勢）：只與被吸附的離子或電離（電動(dòng)電勢）：其中Dr：介質(zhì)相對于真空的介電常數(shù)（水：Dr=80）0：真空的介電常數(shù)（8.8510－12Fm-1）

：介質(zhì)的粘度(Pas)E：電勢梯度(Vm-1)69（電動(dòng)電勢）：其中Dr：介質(zhì)相對于真空的介電常數(shù)（水：D§8.9溶膠的聚沉和絮凝一、外加電解質(zhì)對聚沉的影響（兩重性）：電解質(zhì)濃度小時(shí)：使膠粒帶電,同性相斥,不易聚沉電解質(zhì)濃度足夠大時(shí):使分散層變薄,電勢下降,易聚沉；聚沉值：使溶膠發(fā)生明顯聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度電解質(zhì)濃度c聚沉速率聚沉值（此時(shí)=25～30mV）思考：江河入海處，為何常形成三角洲？做豆腐時(shí)“點(diǎn)漿”的原理是什么？=070§8.9溶膠的聚沉和絮凝一、外加電解質(zhì)對聚沉的影響（兩聚沉能力大小有以下規(guī)則：1.哈迪-舒爾茲(Hardy-Schulze)規(guī)則：聚沉值與反離子價(jià)數(shù)成反比,聚沉值2.感膠離子序:同價(jià)反離子，聚沉能力略有不同H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+F－>Cl－>Br－>NO3－>I－3.同離子：當(dāng)反離子相同時(shí)，同離子價(jià)數(shù)越高，聚沉能力越弱4.有機(jī)化合物離子有很強(qiáng)的吸附能力，因此有較強(qiáng)的聚沉能力。如：As2S3(負(fù))溶膠電解質(zhì)KCl氯化苯胺氯化嗎啡聚沉值/molm-349.52.50.471聚沉能力大小有以下規(guī)則：1.哈迪-舒爾茲(Hardy-Sch二、溶膠的相互聚沉兩種電性相反的溶膠混合發(fā)生聚沉：完全聚沉：當(dāng)兩種溶膠的總電量相等時(shí)不完全聚沉：當(dāng)兩種溶膠的總電量不等時(shí)例如：明礬凈水：泥沙（溶膠）帶負(fù)電+Al(OH)3帶正電不同牌號的墨水混合沉淀72二、溶膠的相互聚沉兩種電性相反的溶膠混合發(fā)生聚沉：72三、絮凝大分子化合物對溶膠穩(wěn)定性的影響：兩重性：1.一定量大分子起穩(wěn)定作用（保護(hù)作用）：如親水性的明膠；蛋白質(zhì)；淀粉等。血中磷酸鈣，碳酸鈣由蛋白質(zhì)保護(hù)而不沉淀2.少量大分子

敏化作用：破壞穩(wěn)定性，使電解質(zhì)聚沉值變小

絮凝：通過“架橋”效應(yīng)導(dǎo)致絮凝73三、絮凝大分子化合物對溶膠穩(wěn)定性的影響：兩重性：2.少量應(yīng)用：大分子作為絮凝劑的應(yīng)用：污水處理及凈化；化工操作中的分離和沉淀優(yōu)點(diǎn)：效率高，只需加入質(zhì)量比約10-6的絮凝劑;沉淀迅速，沉淀物大塊疏松，便于過濾。

有選擇性大分子作為保護(hù)劑的應(yīng)用：墨汁中加樹膠，保護(hù)炭粉不聚結(jié)；貴金屬催化劑（鉑溶膠、鎘溶膠）中加大分子溶液保護(hù)后，可烘干，便于運(yùn)輸，使用前再加入溶劑，就可復(fù)為溶膠。74應(yīng)用：大分子作為絮凝劑的應(yīng)用：74§8.10溶膠的制備和凈化一、制備1）分散法：研磨法：膠體磨1m左右膠體石墨；顏料；醫(yī)用硫溶膠；

膠溶法：Fe(OH)3(新鮮沉淀)加FeCl3，攪拌Fe(OH)3(sol)AgCl(新鮮沉淀)加AgNO3orKClAgCl(sol)SnCl4水解SnO2(新鮮)加K2Sn(OH)6SnO2(sol)超聲波分散法：高頻機(jī)械波

電弧法：—|NaOH|—AuAu75§8.10溶膠的制備和凈化一、制備752）凝聚法：化學(xué)凝聚法：復(fù)分解法:As2O3(稀)+3H2S(g)As2S3(sol)+3H2O氧化還原法:2HAuCl4(稀)+3HCHO(少量)+KOH

2Au(sol)+3HCOOK+8KCl+8H2O水解法:FeCl3+3H2OFe(OH)3(sol)+3HCl滲析去HClNa2S2O3+2HClS(sol)+2NaCl+H2O+SO2物理凝聚法Hg(g)冷水中Hg(sol)762）凝聚法：化學(xué)凝聚法：76水水sol二、溶膠的凈化purification:1.滲析法dialysismethod半透膜：牛膀胱，羊皮紙；低氮硝化纖維薄膜2.超過濾法ultrafiltration孔徑為(10-8～3×10-7m)的半透膜，在加壓或吸濾的情況下使膠粒與介質(zhì)分開。+77水水sol二、溶膠的凈化第八章

表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)表面現(xiàn)象：相與相之間界面上發(fā)生的特殊現(xiàn)象分散系統(tǒng)：具有巨大相界面的系統(tǒng)分散系統(tǒng)表面現(xiàn)象78第八章

表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)表面現(xiàn)象：相與相之間界面上發(fā)生(一)表面現(xiàn)象§8.1表面自由能與表面張力§8.2純液體的表面現(xiàn)象§8.3氣體在固體表面上的吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性劑及其作用79(一)表面現(xiàn)象§8.1表面自由能與表面張力2§8.1表面自由能與表面張力

Surfacefreeenergyandsurfacetension單組分密閉系統(tǒng)：

dG=-SdT+Vdp-wr’在等溫等壓條件下：(dG)T,p=-wr’=dA表面功：可逆擴(kuò)大表面積所做的功

-wr’=dA=(dG)T,p

80§8.1表面自由能與表面張力

Surf一、表面自由能，比表面能----比表面能單位：Jm-2物理意義：從定義式看，定溫定壓下，可逆增加單位表面積引起系統(tǒng)自由能的增量即為比表面能。：單位表面積上的分子比相同數(shù)量的內(nèi)部分子超額的吉布斯自由能。81一、表面自由能，比表面能----比表面能單位：Jm-2：二、表面張力單位：Nm-1物理意義：表面緊縮力。定義：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意單位長度上的緊縮力。表面為一曲面：例如：表面為一平面：肥皂水膜82二、表面張力單位：Nm-1表面為一曲面：例如：表面為一平三、影響表面張力的因素1.物質(zhì)的種類及共存相的種類（性質(zhì)）20℃H2O(l)C6H6(l)CCl4(l)/Nm-10.07280.02890.0269(H2O-C6H6)0.0326(H2O-CCl4)0.0452.溫度：一般情況下，T，。因分子間引力減弱如常壓下的純液體：為溫度不變時(shí)擴(kuò)大表面積所吸的熱>083三、影響表面張力的因素1.物質(zhì)的種類及共存相的種類（性質(zhì)）四、表面熱力學(xué)84四、表面熱力學(xué)7五、表面自由能（巨大表面系統(tǒng)）例1：20℃，p下，將1kg水分散成10-9m半徑的小水滴需做功多少？已知=0.0728Nm-1,

=1000kgm-3

解：–Wr’=A=(A2–A1)

A2=

n4r2而1kg=n×(4/3r3

)n=2.41023個(gè)–Wr’=310-3/r=218kJ而218kJ的能量相當(dāng)于1kg水升溫50℃所需的能.對于1kg水(0.0485m2)，表面能約為3.510-3J。85五、表面自由能（巨大表面系統(tǒng)）例1：20℃，p下，將1k§8.2純液體的表面現(xiàn)象

Surfacephenomenaofpureliquid一、彎曲液面的附加壓力平面凸液面(convex)凹液面(concave)p=0p指向球心p指向球心p＝？86§8.2純液體的表面現(xiàn)象

Surfacep實(shí)驗(yàn)：Young-Laplaceequation87實(shí)驗(yàn)：Young-Laplaceequation10Young-Laplace

公式:

p=2/r式中r：曲率半徑。

r越大，p越?。黄矫鏁r(shí)r，p=0注意：1.不管是凸液面，還是凹液面，附加壓力的方向總是指向球心，即球內(nèi)的壓力一定大于球外的壓力；2.液膜（肥皂泡）p=4/r88Young-Laplace公式:p=2/r式中r：例：打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？達(dá)平衡時(shí)怎樣？89例：打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？達(dá)平衡時(shí)怎樣？12二、曲率對蒸氣壓的影響-----Kelvineq.()T:1mol液體

(液相)PP’=P+2/r(氣相)蒸氣壓ppr氣液平衡：(g)=(l)()T:d(g)=d(l)即dGm(g)=dGm(l)RTdlnp=Vm(l)dP(l)rP’

P90二、曲率對蒸氣壓的影響-----Kelvineq.(Kelvineq.注意：凹（液中氣泡）：r取負(fù)值，pr<p凸（小液滴）：r取正值，pr>p91Kelvineq.注意：14例2已知水在20℃時(shí)的表面張力為0.072Nm-1，=1gcm-3，0℃時(shí)水的飽和蒸氣壓為610.5Pa。在0℃～20℃內(nèi)水的vapHm=40.67kJmol-1。求在20℃時(shí)半徑為10-9m水滴的飽和蒸氣壓。解：要求20℃時(shí)水滴的飽和蒸氣壓，首先要求出該溫度下平面水的飽和蒸氣壓。則根據(jù)克-克方程：

p(293K)=2074Pa根據(jù)Kelvin公式pr=6011Pa92例2已知水在20℃時(shí)的表面張力為0.072Nm-1，Kelvin公式的應(yīng)用：幾種亞穩(wěn)狀態(tài)1）過飽和蒸氣——人工降雨20℃時(shí)(pr=6kPa)>>(p=2kPa)。若現(xiàn)在(35℃)蒸氣壓為5.6kPa，迅速冷卻至20℃，雖p>p(20℃)，但仍<pr，所以成為過飽和蒸氣2）過熱液體：暴沸現(xiàn)象violentbumping

P+P=P+2/rpr3）過冷液體4）過飽和溶液93Kelvin公式的應(yīng)用：幾種亞穩(wěn)狀態(tài)1）過飽和蒸氣——人工降三、液體的潤濕與鋪展wettingandspreading

(s-l)(s-g)(l-g)OO94三、液體的潤濕與鋪展wettingandspread合力(s-g)－(s-l)－(l-g)cos：<0，Ｏ點(diǎn)向右移，收縮，如石蠟上的水滴=0，平衡，液滴保持一定形狀>0，Ｏ點(diǎn)向左移，液體鋪展,如潔凈玻璃上的水滴95合力(s-g)－(s-l)－(l-g)cos：<0，接觸角的計(jì)算：平衡時(shí)(即合力為零時(shí))<90潤濕，該固體則稱為親液（水）性固體,如：石英、無機(jī)鹽=0：完全潤濕，鋪展>90不潤濕，該固體則稱為憎液（水）性固體，如：石蠟、石墨=180：完全不潤濕96接觸角的計(jì)算：平衡時(shí)(即合力為零時(shí))<90潤濕，該固四、毛細(xì)管現(xiàn)象(capillarity)凹液面<90,p向上凸液面>90,p向下p=(液－氣)gh=液gh=2/rR’=rcos

r為曲率半徑R’為毛細(xì)管半徑rR’97四、毛細(xì)管現(xiàn)象(capillarity)凹液面<9應(yīng)用：1)鋤地保墑切斷毛細(xì)管，使水分不能沿毛細(xì)管上升到地表而蒸發(fā)；毛細(xì)管凝聚,水在毛細(xì)管中呈凹液面，其飽和蒸氣壓小于水平液面的飽和蒸氣壓，水蒸氣易在切斷的毛細(xì)管中凝結(jié)成水。2)兩塊潔凈的玻璃之間放少量水后，為什么很難拉開？ppp98應(yīng)用：1)鋤地保墑2)兩塊潔凈的玻璃之間放少量水后，為什么很例3如果水中僅含有半徑為1.00×10-3mm的空氣泡，試求這樣的水開始沸騰的溫度為多少度？已知100℃以上水的表面張力為0.0589Nm-1，氣化熱為40.7kJmol-1。解：空氣泡上的附加壓力為Δp=2σ/r,當(dāng)水沸騰時(shí)，空氣泡中的水蒸氣壓至少等于(pθ+Δp),應(yīng)用克勞修斯－克拉貝龍方程可求出蒸氣壓為(pθ+Δp)時(shí)的平衡溫度T2，此即沸騰溫度。T2=396K99例3如果水中僅含有半徑為1.00×10-3mm的空氣例4由于天氣干旱，白天空氣相對濕度僅56%(相對濕度即實(shí)際水蒸氣壓力與飽和蒸氣壓之比)。設(shè)白天溫度為35℃(飽和蒸氣壓為5.62×103Pa),夜間溫度為25℃(飽和蒸氣壓為3.17×103Pa)。試求空氣中的水份夜間時(shí)能否凝結(jié)成露珠？若在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中是否凝結(jié)？設(shè)水對土壤完全潤濕，25℃時(shí)水的表面張力=0.0715Nm-1，水的密度=1gcm-3。解：白天溫度為35℃時(shí),空氣相對濕度為56%，則實(shí)際蒸氣壓p=5.62×103

×56%=3.15×103Pa此蒸氣壓小于夜間(25℃時(shí))的飽和蒸氣壓3.17×103Pa,所以夜間不會(huì)凝結(jié)。100例4由于天氣干旱，白天空氣相對濕度僅56%(相對濕度在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中，水形成凹液面。由于水對土壤完全潤濕，故凹液面曲率半徑等于土壤毛細(xì)管半徑=–0.5×10-7m。由開爾文公式：pr/p=0.979pr=3.10×103Pa<3.15×103Pa(實(shí)際)，所以夜間水蒸氣能在土壤毛細(xì)管中凝結(jié)。101在直徑為0.1μm的土壤毛細(xì)管中，水形成凹液面。由于水對土壤例5一個(gè)帶有毛細(xì)管頸的漏斗，其底部裝有半透膜，內(nèi)盛濃度為1×10-3molL-1的稀硬酯酸鈉水溶液。若溶液的表面張力=

*-bc,其中

*=0.07288Nm-1，b=19.62(Nm-1molL-1)，298.2K時(shí)將此漏斗緩慢地插入盛水的燒杯中，測得毛細(xì)管頸內(nèi)液柱超出水面30.71cm時(shí)達(dá)成平衡，求毛細(xì)管的半徑。若將此毛細(xì)管插入水中，液面上升多少？30.71cm102例5一個(gè)帶有毛細(xì)管頸的漏斗，其底部裝有半透膜，內(nèi)盛濃度解：毛細(xì)管內(nèi)液面上升原因有兩個(gè)：一是附加壓力；二是滲透壓。若將此毛細(xì)管插入水中，液面上升多少？根據(jù)公式即Π+Δp=ρgh,而Π=cRT,Δp=2/r則2/r=ρgh–cRT=1000×9.8×0.3071–1×RT=530.6Pa=

*-bc=0.07288–19.62×10-3=0.05326Nm-1r=2×0.05326/530.6=2.008×10-4m

液面上升7.4cm103解：毛細(xì)管內(nèi)液面上升原因有兩個(gè)：一是附加壓力；二是滲透壓。若§8.3氣體在固體表面的吸附一、氣固吸附的一般常識吸附質(zhì)：（被吸附的）氣體；吸附劑：（吸附氣體的）固體1.吸附類型物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附分子層多分子層單分子層吸附選擇性無，易液化者易吸附有選擇性吸附熱-(20~40)kJ/mol-(40~400)kJ/mol吸附速度快,易脫附,易達(dá)平衡較慢，不易達(dá)平衡104§8.3氣體在固體表面的吸附一、氣固吸附的一般常識2.吸附平衡與吸附量吸附平衡：即rads=rd，此時(shí)被吸附的氣體量不隨時(shí)間而變化。吸附量：達(dá)吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量a=n(吸附質(zhì))/m(吸附劑)a=V(吸附質(zhì))/m(吸附劑)1052.吸附平衡與吸附量吸附平衡：即rads=rd，此時(shí)被吸3）吸附曲線：a=f(T,p)a為吸附量，p為吸附質(zhì)的分壓吸附等壓線：a=f(T)(isobaric)(isobar)CO在Pt上的吸附等壓線V(CO)T因?yàn)镠=G+TS<0<0吸附熱小于零，T，a吸附是放熱1063）吸附曲線：a=f(T,p)a為吸附量，p為吸附質(zhì)的分壓C吸附等量線：p=f(T)類似于C-C方程，可求吸附熱吸附等溫線：a=f(p)isotherm吸附質(zhì)分壓吸附量p397：五種類型，其中第一種是單分子層吸附(見右圖)107吸附等量線：p=f(T)類似于C-C方程，可求吸附熱吸附等溫二、Langmuir單分子層吸附等溫式基本假設(shè)：1單分子層吸附：空白表面上才能吸附。令表面覆蓋度為，rads=k1(1-)p2吸附分子之間無相互作用力：吸附分子脫附時(shí)不受其它吸附分子的影響。rd=k2()T

達(dá)吸附平衡時(shí)，rads=rd其中or108二、Langmuir單分子層吸附等溫式基本假設(shè)：其中or31討論：1.bp<<1，V=Vmbp即Vp，圖中p很小時(shí)2.bp>>1，V=Vm(常數(shù))，達(dá)到飽和吸附=1pVVm109討論：1.bp<<1，V=Vmbp即Vp，圖中p很小直線斜率=1/Vm，Vm=1/slope截距=1/bVm，b=slope/intercept3原式改寫成p/Vp110直線斜率=1/Vm，Vm=1/slope3原式改寫成p/三、BET吸附等溫式：多分子層氣固吸附理論Vm=1/(slope+intercept)其中C：與吸附熱有關(guān)的常數(shù)

p：T時(shí)吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓BET吸附等溫式的重要應(yīng)用：測定和計(jì)算固體吸附劑的比表面（單位質(zhì)量吸附劑的表面積）已知吸附質(zhì)分子的截面積為AS比=111三、BET吸附等溫式：多分子層氣固吸附理論Vm=1/(slo例60℃時(shí)，CO在2.964g木炭上吸附的平衡壓力p與吸附氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況體積V有下列數(shù)據(jù)p/104Pa0.972.404.127.2011.76V/cm37.516.525.138.152.3(1)試用圖解法求朗格謬爾公式中常數(shù)Vm和b;(2)求CO壓力為5.33×104

Pa時(shí)，1g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積。解：朗格謬爾吸附等溫式(1)以(p/V)對p作圖，得一直線，其斜率=1/Vm,截距=1/(bVm)112例60℃時(shí)，CO在2.964g木炭上吸附的平衡壓力p與p/104Pa0.972.404.127.2011.76(p/V)/Pa·cm-3129314551641189022491/Vm=8.78×10-3

cm-3,1/(bVm)=1.24×103

Pa·cm-3故Vm=114cm3,b=7.08×10-6

Pa-1將題給數(shù)據(jù)整理后列表如下:p/Vp斜率截距113p/104Pa0.972.404.127.2011.76(p(2)求CO壓力為5.33×104

Pa時(shí)，1g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積。從圖上查出，當(dāng)pCO=5.33×104

Pa時(shí)，p/V=1707Pa·cm-32.964g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積為：V=5.33×104

/1707=31.22cm31g木炭吸附的CO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積為：V/m=31.22/2.964=10.5cm3114(2)求CO壓力為5.33×104Pa時(shí)，1g木炭吸附的四、其它吸附等溫式1.捷姆金吸附等溫式a=kln(bp)2.付勞因德利希吸附等溫式

lna=lnk+(1/n)lnplna=lnk+(1/n)lnc（溶液中）(n>1)115四、其它吸附等溫式1.捷姆金吸附等溫式a=kln§8.4溶液的表面吸附一、溶液表面的吸附現(xiàn)象──和c的關(guān)系cⅠⅢⅡ1.負(fù)吸附──表面張力增大Ⅰ(如礦泉水，井水)2.正吸附──表面張力減?、?，Ⅲ116§8.4溶液的表面吸附一、溶液表面的吸附現(xiàn)象──和c二、Gibbs吸附公式表面吸附量:定義：物理意義：（表面超量）surfaceexcess單位面積表面層中溶質(zhì)的物質(zhì)的量比同量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的超出值/molm-2()TT

c

0

負(fù)吸附c

0

正吸附------------Gibbs吸附公式117二、Gibbs吸附公式表面吸附量:定義：物理意義：（表面超量的求算：1.作～c曲線的切線，求斜率d/dc，代入Gibbs吸附公式，再作~c圖。2.經(jīng)驗(yàn)公式：例如對有機(jī)酸同系物，希施柯夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式為：其中*:純?nèi)軇┑谋砻鎻埩?濃度為c時(shí)溶液的表面張力a,b:經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。同系物b相同，a不同。118的求算：1.作～c曲線的切線，求斜率d/dc，代入將上式改寫為整理上式得c/～c作圖，得一直線，=1/slope119將上式改寫為整理上式得c/～c作圖，得一直線，=1/s三、表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)1表面活性劑：surfactants少量溶質(zhì)加入能使溶液表面張力急劇下降。原因：因?yàn)楸砻婊钚詣┙Y(jié)構(gòu)上的雙親性特點(diǎn)親水基團(tuán)：-OH、-COOH、-COO－、-SO3－憎水基團(tuán)：烷基，苯基。2表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)：對于同系物，雖然碳鏈長度不同，但分子截面積相同(b相同)，所以相同。設(shè)一個(gè)分子的截面積為A，AL=1/

120三、表面活性劑的吸附層結(jié)構(gòu)1表面活性劑：surfactan3表面膜:1213表面膜:44例719℃時(shí)，丁酸水溶液的表面張力與濃度的關(guān)系可以準(zhǔn)確地用下式表示：其中*是純水的表面張力，c為丁酸濃度，A,B為常數(shù)導(dǎo)出此溶液表面吸附量與濃度c的關(guān)系;已知A=0.0131Nm-1,B=19.62dm3mol-1,求丁酸濃度為0.20moldm-3時(shí)的吸附量;求丁酸在溶液表面的飽和吸附量;假定飽和吸附時(shí)表面全部被丁酸分子占據(jù)，計(jì)算每個(gè)丁酸分子的橫截面積122例719℃時(shí)，丁酸水溶液的表面張力與濃度的關(guān)系可以準(zhǔn)確解:(1)將題目給定關(guān)系式對濃度c求導(dǎo)，得代入吉布斯吸附公式，得(2)將A=0.0131Nm-1,B=19.62dm3mol-1,T=292K,c=0.20moldm-3代入上式，計(jì)算得：=4.30×10-6

mol·m-2123解:(1)將題目給定關(guān)系式對濃度c求導(dǎo)，得代入吉布斯吸附公(3)當(dāng)c很大時(shí)，1+BcBc,則：(4)假定飽和吸附時(shí)表面全部被丁酸分子占據(jù)，則丁酸分子的橫截面積為：124(3)當(dāng)c很大時(shí)，1+BcBc,則：(4)假定飽和吸CH3N+

CH2COOCH3SO3CH3N+CH3

CH3§8.5表面活性劑及其作用一、表面活性劑的分類：雙親性特點(diǎn)（見p411表84）離子型負(fù)離子型：羧酸鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽

正離子型：銨鹽兩性：氨基酸非離子型：酯類、酰胺類、聚氧乙烯醚CH3CH2···CH2CH3CH2···CH2CH3CH2···CH2O(CH2CH2O)nHCH3CH2···CH2125CH3SO3CH3§8.5表面活性劑及其作用一、表面活二、膠束和臨界膠束濃度CMC

micelleandcriticalmicelleconcentrationCMC──表面活性劑在水溶液中形成膠束所需最低濃度。一般在0.001—0.002mol/dm3，與在溶液表面形成飽和吸附所對應(yīng)的濃度基本一致126二、膠束和臨界膠束濃度CMC

micelleandcCMC的性質(zhì)：127CMC的性質(zhì)：50三、表面活性劑的作用1.潤濕作用：由潤濕不潤濕或由不潤濕潤濕防雨布;浮游選礦;農(nóng)藥2.增溶作用：solubilization3.乳化作用：emulsification乳狀液(emulsion)：水包油O/W：牛奶、潤滑液

4.起泡，去污油包水W/O：石油、農(nóng)藥、殺蟲劑。128三、表面活性劑的作用1.潤濕作用：由潤濕不潤濕或由不潤濕(二)分散系統(tǒng)§8.6分散系統(tǒng)的分類§8.7溶膠的光學(xué)及力學(xué)性質(zhì)§8.8溶膠的電性質(zhì)§8.9溶膠的聚沉和絮凝§8.10溶膠的制備及凈化129(二)分散系統(tǒng)§8.6分散系統(tǒng)的分類52§8.6分散系統(tǒng)的分類一、按分散相粒子大小分類1）分子分散系統(tǒng)：d<10－9m，單相，真溶液；2）膠體(colloid)分散系統(tǒng)：10－9<d<10－7m，

多相，高度分散系統(tǒng)，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)3）粗分散系統(tǒng)：10－7<d<10－5m，

多相，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)如：乳狀液emulsion；懸浮液suspension130§8.6分散系統(tǒng)的分類一、按分散相粒子大小分類53二、按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：分散介質(zhì)分散相名稱例子液體固體溶膠，懸浮液Fe(OH)3,泥漿液體乳狀液牛奶氣體泡沫肥皂水固體固體固溶膠有色玻璃液體凝膠珍珠氣體固體泡沫饅頭，泡沫塑料氣體固體氣溶膠煙，塵液體氣溶膠霧，云131二、按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：分散介質(zhì)分散相名§8.7溶膠的光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)一、丁達(dá)爾(Tyndall)效應(yīng)現(xiàn)象：渾濁發(fā)亮原理：散射

分散相粒子直徑>入射光的波長──反射分散相粒子直徑<入射光的波長──

散射波長越短，粒子直徑越大，散射越強(qiáng)?？梢姽獠ㄩL4～7×10－7m，所以真溶液（d<10－9m）散射極弱；而大氣層為氣溶膠，粒子直徑較大，日光中的蘭、紫色波長短，散射強(qiáng)，所以天空呈藍(lán)色超顯微鏡：可觀察到散射光，僅是膠粒的“影子”電子顯微鏡：可觀察到實(shí)象132§8.7溶膠的光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)一、丁達(dá)爾(Tyndal二、布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：1827年布朗觀察到花粉在液面上不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在用超顯微鏡可觀察到膠粒在介質(zhì)中不停地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)。布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)示意圖133二、布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：1827年布朗觀察到花粉在液原理：分子固有熱運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，無須消耗能量。其速度取決于粒子的大小，溫度，介質(zhì)粘度。顆粒太大時(shí)：1.撞擊力大體抵銷2.質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)不明顯134原理：分子固有熱運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，無須消耗能量。其速度取決于粒子的三、擴(kuò)散

diffusion在有濃差的情況下，溶膠粒子會(huì)從高濃度處向低濃度處擴(kuò)散。菲克(Fick)定律：（一維）愛因斯坦：粒子半徑：～10-11m2·s-1而真溶液D～10-9m2·s-1溶膠的平均摩爾質(zhì)量通過上式可求擴(kuò)散系數(shù)D求得M后，可根據(jù)稀溶液公式求滲透壓。135三、擴(kuò)散diffusion在有濃差的情況下，溶膠粒子會(huì)從高四、沉降和沉降平衡Sedimentation1.沉降平衡：若溶膠粒子密度>分散介質(zhì)的密度，n1、n2：高度為h1、h2處的粒子濃度（數(shù)密度）、0：分散相和分散介質(zhì)的密度

V：單個(gè)粒子的體積。其濃度隨高度分布的規(guī)律：在重力作用下由于濃度差當(dāng)沉降速度=擴(kuò)散速度時(shí)，達(dá)沉降平衡，而形成穩(wěn)定的濃度梯度。沉降擴(kuò)散136四、沉降和沉降平衡Sedimentation1.沉降2.沉降：若分散相粒子較大，布朗運(yùn)動(dòng)