第八章-界面和胶体化学分析.ppt

第八章表面现象和分散系统,8.1表面Gibbs自由能和表面张力,8.2纯液体的表面现象,8.3气体在固体表面上的吸附,8.4溶液的表面吸附,8.9溶胶的聚沉,8.5表面活性剂及其作用,8.6分散系统的分类,8.7溶胶的光学和力学性质,8.8溶胶的电学性质,表面现象,分散系统,2007年度诺贝尔化学奖德国科学家格哈德-埃特尔,表彰他在“固体表面化学过程”研究中做的贡献,一表面现象,人工降雨原理,有机蒸馏时要加沸石防止暴沸的原理,除地保墒原理,表面和界面(surfaceandinterface),界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。,常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。,严格讲表面应是液体或固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。,由于表面上的分子和体相内分子处境不同(下图是g-l表面分子受力情况示意图)，则液体表面层分子受到一个指向液体内部的拉力。,若要扩展液体表面,则需把液体内部分子拉到表面上,此时要克服体相内分子的引力而作功称为表面功。,1.表面Gibbs自由能,8.1表面Gibbs自由能和表面张力,因此，在没有其它功存在时,任何液体都有自动缩小表面的趋势。,在温度、压力、组成恒定时,扩展表面所做的功与增加的表面积dA成正比：,根据热力学原理,在恒温恒压可逆条件下:,式中称为表面Gibbs自由能.意义：是指在温度、压力和组成一定的条件下,可逆地增加单位表面时所引起系统的Gibbs自由能的增量。单位Jm-2.,2.表面张力,物理意义:在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面紧缩力。,的单位:Jm-2=(Nm)m-2=Nm-1为力的量纲,故也称为表面张力.,温度升高表面张力下降(温度升高体相内分子作用力减小。,对于纯液体,若不特别说明，共存的另一相指标准压力时的空气或饱和蒸气。,是物质的特性,是强度性质，其大小与温度、压力、组成及共存的另一相有关。,20时，将1克汞分散成直径为710-8m微粒，试求过程的G。已知汞的密度为13.6103kg.m-3，汞的表面张力为48310-3N.m-1。解：1克汞的体积V=110-3/，分散成直径为710-8m微粒数G=A=N4r2,例题,3.04J,当被高度分散时，表面能不可忽略,表面能过高使系统处于不稳定，如粉尘厂粉尘爆炸。,1.附加压力,如果液面是弯曲的，则这种紧缩趋势会对液面产生附加压力。,8.2纯液体的表面现象,由于表面能的作用，任何液面都有尽量紧缩而减小表面积的趋势。,当大量液体与小液滴压力平衡时,当活塞的位置向下作一无限小的移动时,此过程液体的净得功,杨-拉普拉斯公式,1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：,根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向曲面的球心。,讨论:,凸液面：r0,附加压力指向液体内部,液体所受压力大于外压;,凹液面：r0,prpo,蒸汽压大于平面液体的平衡蒸汽压;凹液面：rpr(毛细管中凹液面),曲率半径r越小，偏离程度越大,由开尔文公式可以解释一些过饱和现象。,过饱和蒸汽人工降雨原理,过热液体,过饱和溶液,过饱和蒸汽,过饱和溶液以及过冷,过热液等称为介稳状态.其存在的原因皆是因为“新相难以生成”所致。,3.液体的润湿与铺展,1.液体在固体表面上的润湿作用,在固体表面放一滴液体,在气、液、固三相交界点，气-液、液-固、固气这三个表面张力都趋缩小各自的表面积。,表面张力：表面紧缩力,在气、液、固三相交界点，气-液与液-固表面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。,接触角与润湿作用,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，如水在洁净的玻璃表面。等于0时，表示完全润湿。,接触角的大小可用实验测量，也可用公式计算。,接触角与润湿方程,能被液体所润湿的固体称为亲液性固体,不能被液体所润湿的固体称为憎液性固体。,把半径为r的毛细管插入液体中，若液体能润湿管壁，管中将形成凹面，液体在毛细管中上升；若不能润湿管壁，管中将形成凸面，液体在毛细管中下降。,4.毛细管现象,由于附加压力而引起的液面与管外液面有高度差的现象称为毛细管现象。,p,A,若毛细管的半径为R，曲率半径rr=R/cosp=2/r=gh,在一定温度下，毛细管的半径r愈小，液体对管壁的润湿愈好，液体在毛细管中上升得愈高。当液体不能润湿管壁时，900，cos90,90,Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+,对带正电的胶粒，一价阴离子的钾盐的聚沉能力次序为：F-Cl-Br-NO3-I-,这种次序称为感胶离子序（lyotropicseries)。,(2)溶胶的相互聚沉,两种电性相反的溶胶混合发生聚沉.它与电解质聚沉不同,浓度要求严格,两溶胶总电量相等时,才完全聚沉,否则部分聚沉或不聚沉.,例如：明矾净水含悬浮物的水通常是负溶胶,明矾的水解产物Al(OH)3则为正溶胶,两种电性相反的溶胶相互吸引发生聚沉,达到净水的目的.,又如：不同型号的墨