物化第九章PPT课件

.,1,SurfaceChemistry,.,2,9.0引言,基本概念,性质特征,主要内容,.,3,一、基本概念,1.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。,3.常见的界面：液-液界面，液-固界面，固-固界面。气-液界面，气-固界面,2.表面：是指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。,.,4,二、性质特征,1.性质：有一定厚度；界面相的结构和性质与两相本体不同.,2.界面现象：由于界面相的结构和性质与两相本体不同所造成的特殊表现。,3.影响因素：物质的分散度；分散度用比表面积表征；,物系质量一定，分散度越大，aS越大,界面现象越明显。,.,5,三、主要内容,产生原因,几种典型界面,.,6,9.1界面张力,9.1.1界面分析,9.1.2界面张力,9.1.3热力学公式,.,7,9.1.1界面分析,1.表面分子受力：,气相,液相,合力指向液体内部，即受力不均衡；,2.受力结果：表面分子向液体内部运动，即力求减小液体表面的面积至最小；,3.举例说明：小液滴呈球形同样体积下球形的表面积最小。,.,8,9.1.2界面张力,2.单位：Nm1,3.方向：沿着界面指向其紧缩方向；,1.定义：沿着界面，作用在单位长度上的紧缩力；,一、界面张力,平液面平行于液面；弯液面相切于液面。,.,9,(1)液体表面：极性越大，物质表面张力越大；熔融盐或金属的表面张力较大。(2)一般的:固体的表面张力大于液体的表面张力。,1.物质本性：分子间作用力的区别造成；,二、的影响因素,2.温度的影响：源于温度对分子间作用力的影响；,(1)一般的：温度升高分子间作用力减小表面分子受力趋于均衡减小；(2)TTC：液体表面的0。,同一种界面在一定温度下具有一定的值。,(金属键)(离子键)(极性共价键)(非极性共价键),.,10,9.1.3热力学公式,1.公式演变：,简单系统多组分系统具有界面效应的多组分系统；,2.公式形式：略,3.的表达式：,.,11,4.公式在界面现象中的应用：,(1)条件：恒温恒压及系统中相的组成不改变；,(2)计算：dGdGSdAsGSAsGSiAsi(绝对吉布斯函数值),(3)说明：界面现象产生的最终原因是GS自发减小或降界面面积减至最小；或通过一定手段降低。,.,12,9.2气-液界面,9.2.1弯曲纯液面,9.2.2溶液表面,.,13,一、附加压力,1.产生原因：液面张力的存在；,pg,平液面：plpg；,弯液面：plpgp合,9.2.1弯曲纯液面,.,14,2.定义：弯曲液面内外的压力差；,(2)附加压力方向指向液体内部；,3.说明,(1)弯液面分类：凹面小气泡，凸面小液滴；,(3)凸液面p0；凹液面p0。,.,15,4.拉普拉斯方程,p2/r,单位：Nm2,注意：凸液面r0；凹液面r0,p2/r0,p2/r0,p4/r0,.,16,说明：,(1)附加压力与弯液面的底面半径无关，液面上任何一点的p相同。,(2)p与弯液面的曲率半径呈反比：r，p；r(平液面)，p0。,(3)p与弯液面呈正比;与温度及液体性质有关。,(4)空气中的小气泡：两个界面p4/r。,水平放置的毛细管中装有非润湿性液体，在左端加热，管内液体会如何变化？,a.不移动；,b.向右移动；,c.向左移动；,d.来回移动；,.,17,二、弯曲纯液面的蒸汽压,2.表达式：,小液滴pf(T，r，物性),1.比较：,平液面pf(T，物性),克克方程；,开尔文公式；,RTlnpr/p2M/r,RTlnp/pr2M/r,凹液面,凸液面,3.说明：,(2)此公式亦适用于固体表面(固体升华)的粗略计算。,(1)凸液面：prp；r，pr；,凹液面：prp；r，pr。,.,18,温度一定，弯曲液面与水平液面饱和蒸气压的关系为：,RTlnpr/p2M/r,RTlnp/pr2M/r,凹液面,凸液面,(a)p凸p平p凹(b)p凸C0(b)CSCB,0(本体浓度),则()。(a)称为正吸附,溶液表面张力降低(b)称为正吸附,溶液表面张力不变(c)称为负吸附,溶液表面张力增加(d)称为负吸附,溶液表面张力降低,.,23,9.3气-固界面,9.3.1界面分析,9.3.2基本概念,9.3.3吸附的种类与计算,9.3.4吸附热力学,.,24,9.3.1界面分析与液表比较,1.相同点：,气相,固相,表面分子受力不均、GS同样存在；,2.不同点：降低GS的方法不同;,(2)固体表面：无法减小As,(1)液体表面：减小As减小GS；,通过对具有较低的物质的吸附降低受力不对称；,减小液表的减小GS。,.,25,9.3.2基本概念,1.吸附：,具有吸附能力的为吸附剂(高as的物质)；,吸附为表面效应，要与吸收区分开。,被吸附的物质为吸附质；,一定条件下，相界面上某种物质的浓度不同于体相浓度的现象为吸附；,常用的吸附剂：硅胶、分子筛、活性炭等。,.,26,2.吸附量：,单位质量吸附剂所吸附气体的物质的量或其在标准状况下的体积；,n/mmolkg1；V/mm3kg1,吸附剂表面完全被吸附质覆盖时的吸附量为饱和吸附量。,3.覆盖率()：,任一瞬间吸附剂固体表面被吸附质覆盖的分数；,空白率：1；,关系式：/,.,27,9.3.3吸附分类及计算,一、吸附分类(按吸附质与吸附剂的作用本质分类),1.物理吸附与化学吸附的区别,2.说明:Tc越高越易液化，故亦越易被物理吸附。,.,28,二、吸附量的计算,(一)吸附量的影响因素：温度和压力；,(二)吸附量的研究方法：利用关系曲线进行研究；,吸附等温线：温度一定，研究吸附量与压力之间的关系(重点)。,吸附等压线：压力一定，研究吸附量与温度的关系；,吸附等量线：吸附量一定，研究吸附温度与压力之间的关系；,.,29,(三)吸附等温线的种类：,V,注：单层吸附,:单分子层物理吸附或化学吸附。,、：有毛细凝结时的多层吸附。,、：平面上的多分子层吸附；,.,30,(四)等温吸附的计算,Langmuir单分子层吸附,1.Langmuir单分子层吸附理论：,单分子层吸附：化学吸附和范德华力作用范围等于分子直径大小的物理吸附；,固体表面均匀：晶格吸附能力相同，一个晶格只吸附一个分子，吸附热为常数；,被吸附分子间无相互作用力：对吸附无影响；,吸附平衡为动态平衡：解吸速率吸附速率。,2.Langmuir等温吸附式,.,31,9.3.4吸附热力学,恒温恒压下为放热过程。,吸附自发(G0),气体被吸附(S0),H=G+TS0,.,32,9.4液-固界面,9.4.1界面分析,9.4.2基本概念,9.4.3润湿及其分类,9.4.4固体自溶液中的吸附,.,33,9.4.1界面分析与液表比较,气相,固相,表面分子受力不均、GS同样存在；,降低界面面积或通过吸附降低。,自发降低GS方法：,.,34,9.4.2基本概念,1.接触角：,当液滴在固体表面不完全展开时，在气、液、固三相会合点，液固界面水平线与气液界面切线之间通过液体内部的夹角。,玻璃板上的水滴,玻璃板上的汞滴,0180,.,35,2.杨氏方程：,l,s,l-s,s：固表张力力图将液体分子拉向左方，以减小固表面积；,(1)受力分析,l：液表张力力图将液体分子拉向液面的切线方向，以减小液表面积；,ls：液固界面张力力图将液体分子拉向右方，以减小液固界面。,(2)杨氏方程,sls+lcos,.,36,往固体表面加一滴液体,形成气、固、液三相间的接触,表面张力分别为g-l,g-s,s-l,若液体与固体表面不润湿,则()(a)g-ss-l(b)g-ss-l(c)g-s=s-l(d)g-l=s-l,.,37,一、按界面吉布斯函数变化分类：,1.沾湿,(1)定义：固体表面和液体表面被液固界面代替的过程；,s,l,ls,9.4.3润湿及分类,(2)沾湿吉布斯函数变Ga,定义：单位面积沾湿过程的吉布斯函数变化；,计算：Galssll(cos+1),说明：自发沾湿Ga0180,.,38,2.浸湿,(1)定义：固体表面全部被液固界面代替的过程；,s,ls,(2)浸湿吉布斯函数变Gi,定义：单位面积浸湿过程的吉布斯函数变化；,计算：Gilsslcos,说明：自发浸湿Gi090,.,39,3.铺展,(1)定义：液固界面取代固体表面，同时液体表面增大的过程；,始态：,末态：,(2)铺展吉布斯函数变Gs,定义：单位面积铺展过程的吉布斯函数变化；,计算：GSls+lsl(cos1),(3)铺展系数S,定义：SGSl(cos1)；,说明：铺展必要条件S0；S越大，铺展性能越好。,说明：自发铺展GS00或不存在。,.,40,(1)90180沾湿；,(2)090沾湿或浸湿；,(3)0或不存在沾湿、浸湿或铺展。,4.总结,已知20时水的表面张力72.8mN/m,汞的表面张力483mN/m,而汞和水的表面张力376mN/m,则水()在汞的表面铺展开。,GSls+ls,(376+72.8483)mN/m,0,可以铺展,.,41,二、按接触角分类：,玻璃板上的水滴,玻璃板上的汞滴,4.180完全不润湿。,1.90润湿；,2.90不润湿；,3.0完全润湿；,1.分类,.,42,2.毛细现象：,(1)定义：液体在毛细管中体现的特殊现象；,(2)分类,液体对管壁不润湿：液体在毛细管中液面下降，呈凸液面；例：汞与玻璃管。,液体对管壁润湿：液体在毛细管中液面上升，呈凹液面；例：水与玻璃管。,.,43,h：90：h0(液面下降)；90：h0(液面上升)；,(3)液面高度的计算：,h2cos/gr,h、r:呈反比，r则h。,注意参数意义；,h大小的影响因素：,h：呈正比，则h；,.,44,毛细管中分别插入25和5的水中，管内液体升高的高度分别为h1和h2，若毛细管半径相同，则：,毛细管插入Hg中，液面将，在管液面处加热，则液面会.,h1h2,下降,上升,h2cos/gr,如图所示，已知水润湿毛细管，油不能润湿，若增加油层的量，则毛细管