物理化學(xué)-第十章.ppt

1、,第十章 表面現(xiàn)象,2,2,本章重點(diǎn)與難點(diǎn),明確表面吉布斯自由能，表面張力的概念 理解彎曲液面附加壓力的概念和拉普拉斯公式，理解開爾文公式 了解潤濕接觸角和楊氏方程 了解物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別，掌握朗謬爾吸附等溫式 了解溶液界面吸附及表面活性物質(zhì)，理解吉布斯吸附等溫式,3,3,10.1 界面張力 10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果 10.3 固體表面 10.4 液-固界面 10.5 溶液表面,4,4,10.1 界面張力,本節(jié)知識(shí)點(diǎn) 表面與界面 比表面 分散度與比表面 界面現(xiàn)象的本質(zhì) 表面功 表面吉布斯自由能 表面張力 影響表面張力的因素,5,5,10.1 界面張力,6,6,10.1 界面張

2、力,7,7,10.1 界面張力,s,v,8,8,10.1 界面張力,9,9,10.1 界面張力,10,10,10.1 界面張力,對(duì)于單組分體系，這種特性主要來自于同一物質(zhì)在不同相中的密度不同；對(duì)于多組分體系，則特性來自于界面層的組成與任一相的組成均不相同。,表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同。,體相內(nèi)部分子所受四周鄰近相同分子的作用力是對(duì)稱的，各個(gè)方向的力彼此抵銷(各向同性)；,但是處在界面層的分子，一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其作用力不能相互抵銷，因此，界面層分子由于其處在一不均勻?qū)ΨQ的力場(chǎng)會(huì)顯示出一些獨(dú)特的性質(zhì)。,11,11,

3、10.1 界面張力,12,12,10.1 界面張力,13,13,10.1 界面張力,14,14,10.1 界面張力,15,15,10.1 界面張力,16,16,10.1 界面張力,17,17,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,18,18,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,剖面圖,19,19,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,剖面圖,20,20,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,剖面圖,21,21,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,22,22,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,23,23,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,24,24,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后

4、果,25,25,10.2 彎曲液面的附加壓力及其后果,26,26,10.3 固體表面,27,27,10.3 固體表面,28,28,10.3 固體表面,1、物理吸附與化學(xué)吸附,29,29,10.3 固體表面,1、物理吸附與化學(xué)吸附,30,30,10.3 固體表面,31,31,10.3 固體表面,物理吸附儀,化學(xué)吸附儀,32,32,10.3 固體表面,2、等溫吸附,va,na,33,33,10.3 固體表面,2、等溫吸附,va,va,va,va,34,34,10.3 固體表面,2、等溫吸附,35,35,10.3 固體表面,2、等溫吸附,36,36,10.3 固體表面,2、等溫吸附,37,37,10

5、.3 固體表面,2、等溫吸附,38,38,10.3 固體表面,2、等溫吸附,39,39,10.3 固體表面,3、吸附經(jīng)驗(yàn)式Freundich公式,40,40,10.3 固體表面,4、朗繆爾Langmuir單分子層吸附理論及吸附等溫式,41,41,10.3 固體表面,4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式,化學(xué)吸附可以通過氣體分子與固體表面碰撞過程的三種因素來建立： （1）單位表面上的氣體分子碰撞數(shù) 單位時(shí)間單位表面的碰撞數(shù)與組分的分壓成正比 （2）吸附活化能 只有能量超過Ea的氣體分子才有可能被吸附，這種分子占總數(shù)的分率為 （3）表面覆蓋度 已被組分A覆蓋的活性位占總數(shù)的分率稱 ，分子與表面碰

6、撞時(shí)正好與空白活性位相撞的幾率為,42,42,10.3 固體表面,4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式,吸附速率 式中 為吸附比例常數(shù) 脫附過程和表面覆蓋度及脫附活化能有關(guān)，脫附速率 凈吸附速率為 吸附等溫線：恒溫下測(cè)得的平衡吸附量與分壓的關(guān)系。,43,43,10.3 固體表面,4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式,即Ea、Ed、 及k 均不隨表面覆蓋度而變，令 吸附速率常數(shù) 脫附速率常數(shù),44,44,10.3 固體表面,4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式,吸附平衡時(shí)：吸附速率=解吸速率,45,吸附較強(qiáng)時(shí)， 吸附等溫式變?yōu)?吸附較弱時(shí)， 吸附等溫式變?yōu)?吸附平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系 如果A

7、和B兩種組分同時(shí)被吸附, 則 A和B的覆蓋率為 未覆蓋率為,目錄,46,有m種不同分子同時(shí)被吸附時(shí), 分子i的覆蓋率為 未覆蓋率為 解離吸附的Langmuir等溫方程,目錄,47,47,10.4 液-固界面,1、接觸角與楊氏(Young)方程,接觸角：從g、l、s三相接觸點(diǎn)O作l-g界面切線，其與s-l界面的夾角(含液體)為接觸角(潤濕角)。,48,48,10.4 液-固界面,1、接觸角與楊氏(Young)方程,當(dāng)s-g s-l，90時(shí)為不潤濕，且l-g不利于不潤濕；,楊氏方程 (10-4-1),O,s-g,l-g,s-l,O,l-g,s-l,s-g,49,49,10.4 液-固界面,2、潤濕

8、現(xiàn)象,潤濕定義：液體與固體（或液體與液體）接觸時(shí)，系統(tǒng)的Gibbs能降低者為潤濕。G值降低愈多，潤濕程度愈高。 潤濕時(shí)，兩介質(zhì)相親；不潤濕時(shí)，兩介質(zhì)相憎。,潤濕過程可能 、 AS皆變，根據(jù)界面熱力學(xué)有：,附著潤濕、浸漬潤濕、鋪展?jié)櫇?潤濕程度提高,按潤濕程度可分為：,50,50,10.4 液-固界面,（1）、附著（沾濕）潤濕：,Wa愈大(Ga愈負(fù)) 界面結(jié)合力愈強(qiáng)附著潤濕程度愈高。,2、潤濕現(xiàn)象,51,51,10.4 液-固界面,2、潤濕現(xiàn)象,（2）、浸漬潤濕：,Wi愈大(Gi 愈負(fù)) 浸漬潤濕程度愈高。,52,52,10.4 液-固界面,2、潤濕現(xiàn)象,（3）、鋪展?jié)櫇瘢?53,53,10.4

9、 液-固界面,2、潤濕現(xiàn)象,比較幾種潤濕，并將楊氏方程代入,54,54,10.5 液體表面,1、溶液表面的吸附現(xiàn)象,(1)若分子間作用力減弱， 減小， 則B趨向于在溶液表面分布即： c表c體，B發(fā)生正吸附(如、) (2)若分子作用力加強(qiáng)， 增大， B則趨向于在溶液內(nèi)部分布即： c表c體，B發(fā)生負(fù)吸附(如)；,定義：溶液表面吸附表現(xiàn)為溶質(zhì)在溶液表面的濃度與體相濃度不相等（c表c體）。 定溫定壓定組成條件下，溶質(zhì)B溶入溶劑A后：,55,55,10.5 液體表面,1、溶液表面的吸附現(xiàn)象,(1)若分子間作用力減弱， 減小， 則B趨向于在溶液表面分布即： c表c體，B發(fā)生正吸附(如、) (2)若分子作用

10、力加強(qiáng)， 增大， B則趨向于在溶液內(nèi)部分布即： c表c體，B發(fā)生負(fù)吸附(如)；,定義：溶液表面吸附表現(xiàn)為溶質(zhì)在溶液表面的濃度與體相濃度不相等（c表c體）。 定溫定壓定組成條件下，溶質(zhì)B溶入溶劑A后：,56,56,10.5 液體表面,1、溶液表面的吸附現(xiàn)象,57,57,10.5 液體表面,2、表面過剩與吉布斯吸附等溫式,在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量與同量溶劑在溶液本體中所含溶質(zhì)物質(zhì)的量的差值稱為溶質(zhì)的表面過剩量或表面吸附量，定義溶液表面吸附量(表面超量)為：,Gibbs由熱力學(xué)推導(dǎo)得到 B與 、cB(或aB)間的關(guān)系：,(10-5-12),B的單位為：moldm-2,58,58,10.5 液體表面,3、表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列,59,59,10.5 液體表面,3、表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列,am,am,60,60,10.5 液體表面,3、表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列,61,61,10.5 液體表面,3、表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列,62,62,10.5 液體表面,3、表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列,63,63,10.5 液體表面,4、表面活性物質(zhì) (1)表面活性物質(zhì)的分類,64,64,10.5 液體表面,4、表面活性物質(zhì) (2)表面活性物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用,65,65,10.5 液體表面