《林化表面化学》PPT课件

2020/5/16,界面化学,界面化学研究涉及领域,农业生物学与医学日用品的生产与使用轻工业环境科学分析化学材料海洋科学天文与气象学油田开发,界面化学与其他学科的联系,界面化学,生命科学（生物膜及膜模拟化学）,能源科学（三次采油、煤的液化、化学电源）,材料科学（超细材料、材料的表面改型）,信息科学（LB膜，微电子器件）,一些涉及界面化学的实例,分析化学中的吸附指示剂、色谱等；物理化学中的成核作用、过饱和、液晶等；生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象蛋白质和核酸等；化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂、农药；环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理；材料科学中陶瓷制品、水泥、涂料等；日用品中的牛奶、豆浆等；石油工业中的油品回收、乳化。,与界面现象相关的几个问题,为什么自然界中液滴、气泡总是球形的？为什么与液滴相比气泡容易破裂？毛细现象为什么会产生？天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨？为什么会产生液体过热现象？蒸馏过程为什么在体系中加入沸石？原理是什么？水在干净的玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成液滴？为什么？怎样让水在玻璃上成滴？,活性碳为什么可以做防毒面具或冰箱除臭剂？为什么在参观面粉厂时,不能穿带铁钉鞋?土壤为什么能将水份保存起来?旱季为何要锄地？沙漠地带水为何容易蒸发?如何抑制木制家具和油画为什么会自动裂损?鸭子为什么会浮在水中?洗衣粉为什么有去污作用?明矾为什么能净水肥皂为什么能去污？,什么是表面活性剂？选择性的加入一些表面活性剂，为什么起到净化水质的作用？为什么利用矿物浮选可得到高品位的矿?怎样除烟去尘?,2020/5/16,第八章表面化学,8.1表面张力与表面Gibbs自由能（掌握概念）8.2弯曲液面的特性掌握弯曲液面的特性及拉普拉斯方程、开尔文方程的应用8.3吸附现象1.溶液的表面吸附；2气固界面吸附；3液固界面吸附,8.4润湿作用了解液体对固体表面的润湿作用；理解杨氏方程8.5表面活性剂了解表面活性物质的结构特点及其应用；了解HLB值，了解表面膜、胶束；,表面和界面,界面现象的本质,比表面,分散度与比表面,表面功,表面自由能,表面张力,影响表面张力的因素,8.1表面张力与表面Gibbs自由能,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和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。,表面和界面(surfaceandinterface),常见的界面有：,1.气-液界面,表面和界面(surfaceandinterface),2.气-固界面,表面和界面(surfaceandinterface),3.液-液界面,表面和界面(surfaceandinterface),4.液-固界面,表面和界面(surfaceandinterface),5.固-固界面,界面现象的本质,最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。,液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。,这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。,比表面（specificsurfacearea）,比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：,式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。,分散度与比表面,把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。,例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：,分散度与比表面,从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。,可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。,表面张力（surfacetension）,(a),(b),表面张力示意图,从力学角度考虑，表面层分子因受到来自体相分子的引力，液体表面有自动收缩能力。其方向平行或切于液体表面。定义作用在单位长度上的表面收缩力，称作表面张力。的量纲N.m-1,表面张力（surfacetension）,影响表面张力的因素,（1）分子间相互作用力的影响,（2）温度的影响,温度升高，表面张力下降。,（3）压力的影响,表面张力一般随压力的增加而下降。,一般化学键越强，表面张力越大。,(金属键)(离子键)(极性共价键)(非极性共价键),表面功（surfacework）,式中为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。,由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。,温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：,W=dA,表面自由能(surfacefreeenergy),由此可得：,考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加dA一项，即：,表面自由能(surfacefreeenergy),广义的表面自由能定义：,狭义的表面自由能定义：,保持温度、压力和组成不变，增加单位表面上的分子比体相内部相当量分子所多出的那部分能量，又叫表面过剩Gibbs自由能，也称表面能，单位为Jm-2。,保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。,为什么在参观面粉厂时,不能穿带铁钉鞋?,在煤粉或在面粉厂，因为细小的煤粉或面粉悬浮在空中，形成巨大的表面，有着巨大的表面能。一个小小的火星，会加速煤粉或面粉表面上发生的氧化反应，反应中放出的热量又加速了其它颗粒表面的氧化反应，因此，引起爆炸！一大块煤燃烧为什么不爆炸？,为什么把泉水小心注入干燥杯子时，水面会高出杯面？为什么井水比河水有较大的表面张力？,比表面Gibbs自由能、表面张力二者的概念、单位是否相同？固体表面有过剩的Gibbs自由能吗？它与液体的有何不同？,大小相同的水泡，水滴，气泡，表面自由能的大小,8.2弯曲液面的性质,Young-Laplace公式,Klvin公式,附加压强p：由表面张力的合力产生，指向“球心”的压强,一、弯曲液面的附加压力,1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：,杨-拉普拉斯公式,特殊式（对球面）：,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球面的球心。,一般式：,杨-拉普拉斯公式,水泡的附加压力肥皂泡两个l-g界面，r1r2p=p外+p内=4/r,Laplace公式的应用应用Laplace公式可解释一些现象。1.在无外力场影响时，自由的液滴或气泡常呈球形。,2.旱季为何要锄地？土壤间隙被认为是一些毛细管，水在其中呈凹液面。天旱无雨时，农民通过锄地来保持土壤水分，因为锄地可切断地表的土壤间孔隙(即毛细管)，以防止土壤中水分沿毛细管进一步上升蒸发。,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，如图所示。,毛细管现象,图毛细管现象,2020/5/16,附加压力与毛细管中液面高度的关系,1.曲率半径r与毛细管半径r的关系：r=r/cosq,2.p=2/r=(rl-rg)gh,如果曲面为球面，则r=r。,因rlrgps=2/r=rlgh,一般式：2cosq/r=Drgh,2020/5/16,二、弯曲液面的蒸气压,现象：小液滴消失，大液滴变大原因：小液滴蒸汽压比大液滴大,Kelvin公式,弯曲液面的蒸气压,凹液面，r0，则：pr=p凹p0且|r|越小，p凹越小；凸液面，r0，则：pr=p凸p0r/m10-610-710-810-9pr/p01.0011.0111.1142.95,物质要小到一定程度，表面效应才显著微小物质的饱和蒸气压pr增大，其化学势增高,微小物质的熔点低（凸面）,微小物质化学势,大块物质化学势,，熔融时，,则：,微物熔融应满足：,只有降低熔点，才能使减小，故有：,Tf（微小）Tf（大块）,微小固体物质的溶解度大,若r2r1，则c2c1，即：物质颗粒越小，其溶解度越大；因为固体颗粒的r0，所以微小物质的溶解度(cr)大于正常条件下物质的溶解度(c0),将开尔文公式与亨利定律结合，推导得：,高温液体中微小的起泡难逸出液体达到沸点，表面可自由气化，液体内部若出现的极微小气泡(新相)，气泡内为凹液面，压力为p。但小气泡受到的压力为：p外=p大气+ps+p静p静=ghps=2/r,p,p,?,根据开尔文公式，气泡内液面上的液体饱和蒸气压为pr：,所以，必须升高液体温度，使气泡凹液面的饱和蒸气压等于或超过p外，才能使液体沸腾，这样就会引起过热导致溶液暴沸。加入多孔沸石、毛细管等可避免暴沸。,微小气泡上承受着外压和很大的附加压力p=2/r.p外=p大气压+2/r+p静,p大气,亚稳态,过饱和蒸气、过冷液体、过热液体和过饱和溶液等均是亚稳态。这是一种不稳定状态。过热液体是指加热到沸点以上也不沸腾的液体。沸腾时，液体生成的微小气泡，液面呈凹面。气泡中的液体饱和蒸气压比平面液体的小，且气泡越小，蒸气压越低。,微小物质的化学势大,气体中，小液滴的蒸气压低液体中，小气泡的蒸气压高粉末中，小晶体的熔点低液体中，小晶体的溶解度大,亚稳态与新相难成易蒸发，易升华，易融化，易溶解，其逆过程难冷凝，难凝华，难凝固，难结晶。共同特征：从原体系中形成新的相态，初成的新相颗粒是极微小的，则i大，微粒很快蒸发(升华，融化，溶解),形成亚稳态（介安体系）过饱和蒸气过冷液体过热液体过饱和溶液,亚稳态,固液气：易气液固：难,人工降雨,对一些现象的解释,人工增雨，降温节能,人工增雨，驱除空气中的灰尘,人工降雨:将粉末状干冰或AgI晶种作为水蒸气的凝结核心喷撤在水蒸气过饱和的空气中，使水蒸气形成雨滴落下。毛细凝聚现象:前面论及锄地可以切断地表毛细管，防止水分沿毛细管上升而蒸发，此外，切断的毛细管又易于使大气中的水蒸气在其中凝聚，增加土壤水分，有利于植物的生长。,对一些现象的解释,2020/5/16,习题5在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，使气温迅速降至298K，此时水蒸气发生过饱和，若过饱和度（p/p0）为4。试计算（1）此时，刚开始形成雨滴的半径是多少？（2）每一滴雨滴中含有多少水分子？,解:,(1)根据Kelvin公式，求在此饱和蒸气压时液滴的半径,=7.4910-10,2020/5/16,（2）每一滴雨中含有多少水分子,8.3吸附现象,表面活性物质,非表面活性物质,Gibbs吸附公式,正吸附和负吸附,两亲分子在气液界面上的定向排列,溶液的表面张力和吸附现象,将溶质加入到溶剂中形成溶液时，溶液的表面张力随溶质浓度的变化大致可分为三种类型，如图所示。,曲线I，以水溶液而言，无机盐、酸、碱、蔗糖、甘油等属于此类。曲线II，许多有机酸、醇等属于此类。,曲线III，肥皂、合成洗涤剂等属于此类。,溶液表面张力和吸附现象,表面活性物质,能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。,这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团的有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。,表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。,非表面活性物质,能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。,这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。,如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升高。,它的物理意义是：在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中所含溶质的物质的量之差值。即：,Gibbs吸附公式,正吸附和负吸附,吉布斯吸附公式：,1.d/dc0，增加溶质的浓度使表面张力升高，G为负值，是负吸附。表面层中溶质浓度低于本体浓度。非表面活性物质属于这种情况。,两亲分子在气液界面上的定向排列,根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值后，它在表面层中的最大吸附量为一定值，与本体浓度无关，并且和它的碳氢链的长度也无关。,这时，表面吸附已达到饱和，脂肪酸分子合理的排列是羧基向水，碳氢链向空气。,两亲分子在气液界面上的定向排列,根据这种紧密排列的形式，可以计算每个分子所占的截面积Am。,式中L为阿伏加德罗常数，G原来是最大吸附量，当达到饱和吸附时,G可以作为单位表面上溶质的物质的量。,实验得到CnH2n+1X化合物在单分子膜中每个分子的截面积化合物种类Xa1020/m2酯肪酸-COOH20.5二元酯类-COOC2H520.5酰胺类-CONH220.5甲基酮类-COCH320.5甘油三酸酯类-COOCH220.5饱和酸的酯类-COOR22.0醇类-CH2OH21.6,8.5表面活性剂及其应用,表面活性剂分类,常用表面活性剂类型,临界胶束浓度,亲水亲油平衡,表面活性剂的重要作用,起泡作用,增溶作用,乳化作用,洗涤作用,表面活性剂分类,表面活性剂通常采用按化学结构来分类，,常用表面活性剂类型,阴离子表面活性剂,R-OSO3Na硫酸酯盐,R-SO3Na磺酸盐,R-OPO3Na2磷酸酯盐,常用表面活性剂类型,阳离子表面活性剂,CH3|R-N-HCl仲胺盐|H,CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3,CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3,常用表面活性剂类型,两性表面活性剂,CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3,常用表面活性剂类型,R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚,非离子表面活性剂,R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型,亲水亲油平衡(hydrophilic-lipophilicbalance),对非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为：,例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。其余非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间。,亲水亲油平衡(hydrophilic-lipophilicbalance),根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。,HLB值02468101214161820|石蜡W/O乳化剂润湿剂洗涤剂增溶剂|聚乙二醇O/W乳化剂,临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration),胶束(micelle),胶束(micelle),胶束(micelle),胶束(micelle),表面活性剂的重要作用,1.起泡作用,“泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂。,也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。,表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：,表面活性剂的重要作用,表面活性剂的重要作用,2.增溶作用,非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。,增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。,经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。,表面活性剂的重要作用,3.乳化作用,一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。,要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的水包油乳状液(O/W)，或以油为连续相的油包水乳状液(W/O)。,有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。,表面活性剂的重要作用,4.洗涤作用,洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。,其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：,A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。,洗涤作用,加活性剂将油污和基质润湿,增溶、从表面置换，使油污离开基质表面,乳化、起泡、带走油污，占领基质表面,表面活性剂的重要作用,浮游选矿,首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。,搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。,不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。,浮游选矿,浮游选矿的原理图,选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。,当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。,表面活性剂的重要作用,5.润湿作用,表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。,例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂；,如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90。,Fig.水滴在无任何修饰的聚四氟乙烯基底表面(左)，水滴在PAH-D修饰的聚四氟乙烯基底表面(右)。,润湿作用,粘附功,浸湿功,铺展系数,接触角,当液体与固体接触时，液体能在固体表面上铺开，即原来的气-固界面被液固界面代替的过程叫做润湿。包括沾湿、浸湿，铺展三种情况,粘附功(workofadhesion),l-s,l-g,s-g,Wa=G=l-s-l-g-s-g,浸湿功(workofimmersion),Wi=G=l-s-s-g,铺展系数(spreadingcoefficient),S=G=g-l+l-s-s-g0,接触角(contactangle),接触角的示意图：,g-l,s-g,g-l,s-g,l-s,O,O,平衡时有：s-g=l-s+g-lcos,杨氏（young）方程,l-s,Wa=G=-l-g(1+cos),接触角测定仪,接触角与润湿作用,完全不润湿,不润湿,能润湿,完全润湿,Wa=G=-l-g(1+cos),润湿剂作用,1。农药中要加表面活性剂以提高杀虫效果,润湿剂作用,2。0.1-0.25%的肥皂水可以杀灭水面蚊蝇,海上石油泄漏可能导致大批海鸟死亡,石油泄漏的危害与治理,润湿剂作用,3。安瓿瓶和针剂管的玻璃内壁要疏水化,润湿剂作用,4。用不同的活性剂制备疏水、疏油织物,制备吸油不吸水的除油纤维和织物,润湿剂作用,5。采油管和输油管内壁要亲水化以降低阻力,6。热交换器的内壁要疏水化，提高热效,润湿剂作用,7。电焊、电镀、印刷、涂料中的润湿剂,自然界中的“超疏水”与人工合成的“超疏水”超疏水材料的应用如何制备超疏水材料,超疏水材料仿生界面化学,表面的防水与自洁作用,莲花效应,自然界中的“超疏水”与人工合成的“超疏水”,植物界中的“超疏水”,自清洁作用,一些植物的叶子为什么需要“自清洁”,上述图文材料摘自从自然到仿生的超疏水纳米界面材料科技导报,第23卷,第2期2005年2月，作者：江雷研究员中科院化学所,动物界中的“超疏水”,超疏水材料对我们有什么用？,表面的防水与自洁作用,通过化学蒸镀法，将纳米丝进行地毯状组装。,纳米丝，免洗布,水在这种超级不易被水沾湿的纳米丝上形成球形水滴,水滴迅速滑落，并将讨厌的灰尘粒子带走。,超双疏性界面,由下到上、由原子到分子、由分子到聚集体，外延生长形成纳米尺寸和几何形状互补的界面，使物体表面覆盖一层气体薄膜，起到疏水、疏油的目的。,表面的防水与自洁作用,在输油管的内壁、各种建材、包装材料、布匹等方面应用有重大意义。,150o,5o,“水不沾、油不沾、墨不沾”鄂尔多斯羊绒衫,超双亲性界面,在表面的纳米区域形成亲水和亲油的二元协同的界面结构，在玻璃和瓷砖等建筑材料表面具有自洁和防雾的效果。,表面的防水与自洁作用,在血管和人造器官表面进行修饰，可以防止血栓的形成。,在镜子、眼镜、橱窗、暖房薄膜、防毒面具和军用车辆视窗等方面应用也有重要意义。,表面的防水与自洁作用,石料和建筑材料表面的保护,自清洁建筑,超疏水材料的其他用途,卫星天线、电线,防积雪,空调,防积水,冰箱,防积霜,L.Zhangetal.JournalofColloidandInterfaceScience319(2008)302308,L.Zhangetal.Chem.Mater.2007,19,948-953,超疏水材料的制备方法,8.3.2气-固体界面吸附,固体表面特性气固界面吸附液固界面吸附润湿作用,8.3.2固体表面的特性,1固体表面上的原子或分子是定位的。,2固体表面是不均匀的。,3同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的表面性质，会有晶格缺陷、空位和位错等。,正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。,8.3.2吸附作用,1吸附和吸附平衡吸附：固体暴露在气体或液体中时，气体或液体分子自动聚集到固体表面上的现象叫做吸附；吸附平衡是一个包括吸附和解吸的动态平衡。,吸附剂和吸附质(adsorbent,adsorbate),当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。,常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。,为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。,类型,3物理吸附与化学吸附,指在一定的温度下，吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附气体的体积或气体的物质的量；,2吸附量和吸附热,吸附量是表示吸附剂吸附气体的能力的物理量；,(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。,(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。,体积要换算成标准状况(STP),气固吸附只有正吸附，没有负吸附；,吸附热：在吸附过程中的热效应称为吸附热。,吸附过程的热力学特性G0，S0，H0。,吸附热大，吸附强。,2吸附量和吸附热,从吸附热衡量催化剂的优劣,吸附热的大小反映了吸附强弱的程度。,一种好的催化剂必须要吸附反应物，使它活化，这样吸附就不能太弱，否则达不到活化的效果。但也不能太强，否则反应物不易解吸，占领了活性位就变成毒物，使催化剂很快失去活性。,好的催化剂吸附的强度应恰到好处，太强太弱都不好，并且吸附和解吸的速率都应该比较快。,吸附量与温度、压力的关系,(1)T=常数，=f(p)，得吸附等温线。,(2)p=常数，q=f(T)，得吸附等压线。,(3)=常数，p=f(T)，得吸附等量线。,吸附等温线的类型,()在2.5nm以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。例如78K时N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的吸附。,吸附等温线的类型,()常称为S型等温线。吸附剂孔径大小不一，发生多分子层吸附。在比压接近1时，发生毛细管和孔凝现象。,吸附等温线的类型,()这种类型较少见。当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温线，如352K时，Br2在硅胶上的吸附。,吸附等温线的类型,()多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。例如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。,吸附等温线的类型,()发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。例如373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。,8.3.3吸附理论,1弗兰德里希定温式2朗缪尔定温式及单分子层吸附理论3BET吸附定温式及多分子层吸附理论,Freundlich吸附等温式,Freundlich吸附等温式有两种表示形式：,：吸附量,cm3/gk，n是与温度、体系有关的常数。,Freundlich吸附公式适用于中等压力范围比符合第一类等温线。,为吸附量,Langmuir吸附等温式,重要假设：,(1)固体表面是均匀的，吸附是单分子层的；,(2)分子之间无作用力，吸附热为一常数；,设表面覆盖度q=/m,m为吸满单分子层的饱和吸附量,则空白表面为(1-q),达到平衡时，吸附与脱附速率相等。,r(吸附)=k+p(1-q),r(脱附)=k-q,(3)吸附是个动态平衡。,Langmuir吸附等温式,得：,设b=k+/k-,这公式称为Langmuir吸附等温式，式中b称为吸附系数，它与m在一定温度下是常数；它的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。,Langmuir吸附等温式,以对p作图，得：,=m,=mbp,=mbpn,Langmuir吸附等温式,重排后可得直线式：p/=1/mb+p/m,将q=/m代入Langmuir吸附公式,m是一个重要参数。从吸附质分子截面积Am，可计算吸附剂的总表面积A和比表面S0。,Langmuir吸附等温式,1.假设吸附是单分子层的，与事实不符。,2.假设表面是均匀的，其实大部分表面是不均匀的。,3.在覆盖度q较大时，Langmuir吸附等温式不适用。,Langmuir吸附等温式的缺点：,BET公式,由Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子层吸附公式简称BET公式。,1固体表面是均匀,吸附是多分子层的。2第二层及以后各层的吸附热接近与凝聚热。3在一定温度下，当吸附达到平衡时，气体的吸附量等于各层吸附量的总和。,BET公式（BET二常数式）,溶液中吸附量的测定,8.3.3固体在溶液中的吸附-吸附定温线,实际上是固体吸附溶剂、溶质的总结果，称为表观吸附量或相对吸附量，其结果低于溶质的实际吸附量。稀溶液中可忽略溶剂的吸附。,吸附等温线=x/m=kc1/n,影响吸附的因素(1)分子极性(2)溶质溶解度(3)温度,8.3.3电解质溶液中离子的吸附,离子晶体对电解质离子的选择性吸附将AgCl晶体加入不同的电解质溶液，则会发生下列现象AgCl+AgNO3AgCl,mAg+nNO3-AgCl+KClAgCl,mCl-nK+AgCl+KNO3不吸附,离子交换吸附,上述晶体表面形成双电层后，其外层离子可以被其它离子所代替。这种吸附称之为离子交换吸附。各种离子交换树脂、粘土、沸石等在电解质溶液中都会产生离子交换吸附。,离子交换吸附在水处理等方面有重要的应用。水的软化、脱盐和高纯水的制备等。高压锅炉中补充用水电子工业中的高纯水食品制造生化用水甚至生活用水都要求脱盐。,例如硬水的软化过程通常在装有钠型树脂的交换柱中进行，其交换反应为2RNa+CaCl2R2Ca+2NaCl,水的脱盐使用氢型阳离子交换树脂（RH）阴离子交换树脂（ROH）其交换反应为2RH+CaCl2R2Ca+2HClROH+HClRCl+H2O,第八章复习,概念：比表面用来表征分散度；比表面吉布斯自由能与表面张力的区别与联系温度及压力对表面张力存在影响正吸附与负吸附固气吸附过程的状态函数变化物理吸附与化学吸附的区别由接触角判断液体对固体的润湿作用,第八章复习,公式及应用由于表面张力的存在时液面发生的变化由于液面变化引出附加压力的概念表面张力的测定方法理论基础（拉普拉斯公式）弯曲液面的蒸汽压变化（开尔文公式）气固吸附的理论弗兰德里希定温式朗缪儿定温式及单分子层吸附理论BET定温式及多分子层吸附理论如何利用固液吸附计算固体比表面积,()1.液体表面张力的方向总是与液面垂直。()2.液体表面张力的存在力图扩大液体的表面积。()3.表面张力在量值上等于定温定压条件下系统增加单位表面积时环境对系统所做的非体积功。()4.弯曲液面产生的附加压力的方向总是指向曲面中心。,一、判断题,()5.弯曲液面的饱和蒸气压恒大于平面液体的蒸气压。()6.同温度下，小液滴的饱和蒸气压恒