溶液的表面吸附ppt课件

第四节溶液的表面吸附 一 溶液的表面张力和浓度之间的关系 单组分系统 在指定温度 压力下 纯液体有确定的表面张力 溶液 在同一个温度下 溶液的表面张力随浓度的变化而改变 溶液的表面张力与浓度之间的关系和溶剂 溶质的种类有关 在恒温条件下 用溶液的表面张力对浓度作图 所得曲线称溶液表面张力等温线 一 溶液的表面张力和浓度之间的关系 以水为溶剂 不同溶质水溶液的表面张力等温线 I 随着浓度的增加 这类溶液的表面张力略有上升 强电解质 无机盐类 多羟基化合物 蔗糖 甘油 溶质分子和水之间有很强的溶剂化作用 它们的存在增大了水溶液的表面张力 一 溶液的表面张力和浓度之间的关系 II 溶液的表面张力随浓度的增大而缓慢下降 一些极性较强的小分子有机物如醇 醛 酸 酯等 虽然也溶于水 但和溶剂间的相互作用力较弱 III 表面活性剂 溶液在低浓度时 溶液的表面张力随浓度的增加而急剧下降 当达到一定浓度后 表面张力值趋于稳定 不再随浓度的增加而改变 表面活性剂是一些分子量较大 同时具有较强极性和非极性基团结构的双亲性物质 如烷基磺酸盐 羧酸盐等 二 溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式 一 溶液的表面吸附现象 温度为T 压力为p时 吉布斯能G A dGT p 0的自发方向 纯液体 指定温度下 为定值 A自动缩小 溶液 不仅是温度的函数 还和组成有关 溶液不仅会自发使表面积缩到最小 还会尽可能改变表面浓度使表面张力降到最低 二 溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式 溶液自发降低表面张力的方式是改变表面层的浓度 非表面活性物质 浓度增加表面张力增大 溶液表面层的溶质分子会自动向溶液本体转移降低表面层的浓度 浓差的出现又引起溶质向低浓度的表面扩散 表面活性物质 降低表面张力 使溶质富集在表面层 溶液本体浓度降低 又引起溶质向溶液内部方向扩散 这两种相反的作用达到平衡时 溶质在表面层与本体溶液中的浓度维持一个稳定的差值 这种现象称为溶液的表面吸附 平衡后对于表面活性物质 在表层中的比例大于在溶液本体中的比例 为正吸附 对于表面活性物质 在表层中的比例小于在溶液本体中的比例 为负吸附 单位表面积上的吸附量称为表面超量 二 溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式 二 吉布斯公式 吉布斯公式 表面超量与表面张力 溶液活度之间的关系 的单位是mol m 2 称为表面活度 即表面张力随系统活度的变化率 二 溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式 当 0时 0 溶质在表面层的浓度小于体相浓度 溶液发生负吸附 非表面活性物质 当0 溶质在表面层的浓度大于体相浓度 溶液发生正吸附 表面活性物质 吉布斯公式的实验验证 设计一个水槽 在上面装一个可以快速移动的刀片 能将溶液表层刮下约0 1mm的一个薄层 根据被刮下溶液中所含溶质的量及水槽的表面积 可以计算溶液的表面超量 实验结果与吉布斯公式相吻合 例 298K时配制浓度为4 00g kg的苯基丙酸溶液 用特制刮刀在310cm2的表面刮下2 3g溶液 测其浓度为4 103g kg 1 根据此实验数据计算表面吸附量 2 已知不同浓度下苯基丙酸溶液的表面张力为 三 表面活性物质在溶液表面的定向排列 表面活性物质均可使水的表面张力降低 能使水的表面张力明显降低的物质为两亲性物质 又称为表面活性剂 两亲性物质 分子中同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团 一般为含8个以上碳原子的碳链或环 脂肪酸分子 COOH 亲水基碳氢链 憎水基 三 表面活性物质在溶液表面的定向排列 亲水基团使脂肪酸有进入水中的趋势 憎水基团有离开水而移向表面的趋势 非极性基团企图离开水移向表面 从而降低了增加表面积所需的功 使溶液的表面张力明显降低 三 表面活性物质在溶液表面的定向排列 随着溶液浓度的增加 表面吸附量逐渐加大 直至达到一个极限值 m 吸附在溶液表面的分子随着 的增大而逐渐站立起来 直至形成极性端在溶液中 非极性端伸向空气 定向排列紧密的表面层 三 表面活性物质在溶液表面的定向排列 溶液在达到饱和吸