第六章 表面化学new.ppt

1 第六章界面现象 5 1表面张力和表面自由能5 1 1表面层受力情况 2 5 1 2表面张力和表面自由能 1 表面张力表面张力 在液体表面上 与液体表面相切 并垂直液体表面 边缘 单位长度上的收缩力 单位 N m 1或mN m 1 阻止膜收缩 相反方向作用力F 2 L 3 2 表面自由能 1 的物理意义 从能量角度来看 表面自由能 单位 J m 2 从力的角度来看 表面张力 单位 N m 1 2 影响表面张力的因素 物质的本性 相界面性质 温度 界面现象产生的热力学原因 为什么多个液珠会变成一个大液珠 且为球状 dG dA 当 一定 A G 自发过程 4 1 接触角 当气 液 固三相平衡时 在固 液 气交点处作气液界面的切线 此切线与固液交界线的夹角 液体与固体的接触角 气体与固体的接触角 180 5 2纯液体的表面现象 5 2 1液体对固体的润湿作用 5 0 液体对固体完全润湿 液体将在固体表面上完全展开 形成一薄层 180 液体对固体完全不润湿 当液体量很少时则在固体表面缩成一圆球 90 不润湿 6 2 杨氏方程 7 杨氏方程或润湿方程 8 5 2 2毛细现象和附加压力1 弯曲液面的附加压力凹面和凸面的规定 9 附加压力 对一个弯曲液面 由于表面张力的作用 迫使弯曲液面向内收缩而产生一种额外的压力 10 2 附加压力与曲率半径的关系 气泡的受力情况 受到大气压力p 凹形液面的附加压力 p 拉普拉斯方程 气泡或液滴曲率半径越小 附加压力越大 11 凸形液面 曲率半径为正 则 P为正值 附加压力的方向指向液体内部 凹形液面 曲率半径为负 则 P为负值 附加压力方向指向气体 平液面 R无穷大 故 P 0 公式适用条件 小液滴或液体中小气泡的附加压力的计算 12 例题5 1 如下图 在玻璃管两端各有一大一小不等的肥皂泡 当启开活塞使两泡相通时 试问两个气泡体积如何变化 例题5 2 已知水在两玻璃间形成凹液面 而在两石蜡板间形成凸液面 请解释为什么在两玻璃板间放一些水后很难拉开 而在两石蜡板间放一些水后很易拉开 13 3 毛细管现象 毛细管半径越小 润湿性越好 接触角越小 液体上升高度越高 测表面张力 0 14 液体不能润湿管壁 15 5 2 3微小液滴的饱和蒸气压设小液珠的半径由r增加了dr 开尔文公式 r 液珠半径 R 普适气体常数 16 凸液面上方液体的饱和蒸气压 大于平面上的饱和蒸气压 凹液面上方液体的饱和蒸气压 恒小于平面上的饱和蒸气压 p凹 P P凸 适用情况 液滴 不同曲面的液体 17 5 3溶液的表面吸附5 3 1溶液表面的吸附现象溶液的表面吸附 溶质在溶液的表面层中的浓度与在溶液中浓度不同的现象 正吸附 负吸附 18 c 无机盐 NaCl Na2SO4 KOHc 极性有机物 醇类 酸 酮等c 有机酸盐 有机胺盐等 磺酸盐 苯磺酸盐 尾巴 在8个碳以上表面活性 表征溶质在溶液表面聚集程度和降低表面张力程度的性质 即一种物质越易聚集在液体表面 降低 程度越大 其表面活性越强 表面惰性物质 使溶剂的表面张力升高表面活性物质 使溶剂的表面张力降低表面活性剂 用少量就能显著降低水的表面张力的溶质 19 根据热力学原理 在等温等压条件下 溶液中加入表面活性剂使溶液的 值降低 即可使表面自由能降低 为自发过程 其结果会产生溶液的表面正吸附现象 使得表面层的浓度大于溶液内部的浓度 20 5 3 2吉布斯吸附等温式吉布斯吸附等温式 单位表面上吸附溶质的量 又称表面过剩 等温等压时 溶液表面张力随浓度的变化率 溶质在溶液中的平衡浓度 正吸附 负吸附 物理意义 单位面积的表面相所含溶质的物质的量与在溶液体相中同物质的量溶剂所含溶质的物质的量的差值 单位mol m 2 21 5 4 1表面活性剂分子的结构特点与分类1 表面活性剂分子结构的特点 结构特点 两亲性分子 5 4表面活性剂及应用 22 2 表面活性剂的分类 表面活性剂分子 由亲水的极性基和亲油的非极性基 一般是碳氢长链 所组成分类 在水中是否电离及其离子电荷的符号来分类 亲水基的种类来分类 23 24 5 4 2表面活性剂在溶液中的状态 稀溶液 临界胶束浓度的溶液 大于临界胶束浓度的溶液 25 临界胶束浓度 criticalmicelleconcentration cmc 表面活性剂分子在溶液内开始缔合形成分子集团 即所谓胶团 或胶束 的浓度 表面活性剂溶液性质开始与理想性质发生偏离 当c cmc时 单个分子浓度不增加 胶束体积或数目增加 表面活性剂特性 定向吸附 形成胶团 临界胶束浓度 cmc 26 5 4 3表面活性剂的实际作用1 表面活性剂的润湿作用 27 2 增溶作用增溶作用条件 表面活性剂浓度高于cmc 溶解 参差排列 吸附