界面现象全解PPT学习教案

1、会计学1 界面现象全解界面现象全解 2021-7-19 2 毛细现象：毛细现象： / 2 h Rg 3 1 / kg m m 9.80N kg m m h g R R 液液体体的的密密度度, , 液液柱柱上上升升的的高高度度, , 重重力力加加速速度度, , 曲曲率率半半径径, , 毛毛细细管管半半径径, , 2 cos h R g 第1页/共32页 2021-7-193 T t 微小液滴的蒸气压力大于大液滴的蒸气压力，使微小液滴的水蒸发成蒸气而凝结在大液滴上。微小液滴的蒸气压力大于大液滴的蒸气压力，使微小液滴的水蒸发成蒸气而凝结在大液滴上。 实验结论：实验结论： ln/2/ ro ppM R

2、T r Kelvin 公式公式 C. 表面曲率对液体蒸汽压力的影响表面曲率对液体蒸汽压力的影响KelvinKelvin公式公式 第2页/共32页 同样，对于小液滴与其蒸汽的平衡： mm g g ( )(g) dd l l T T GlG pp pp mm =0 ( )(g) GlG ，即即： 液体液体(T, p*l,0 ) 饱和蒸汽饱和蒸汽(T, p*g,0) 小液滴小液滴(T, p*l ) 饱和蒸汽饱和蒸汽(T, p*g) NOTE: 为简便省去p的上标* 第3页/共32页 2021-7-19 mmg ( )d(g)d= dln lg VlpVpRTp 设蒸气相为理想气体： ,0,0 mmg

3、 ( )d(g)d= dln lg lg pp lg pp VlpVpRTp m0 0 ( )- ln g ll g p VlppRT p ， ， 第4页/共32页 Kelvin 公式，公式， 为液体密度为液体密度,kg.m-3, M 为摩尔质量为摩尔质量, g.mol-1。 0/ 2 - = ll ppp R ， m / 0 g 2( )2 ln= VlpM RT pRR / 0 g 22 ln= = m VpM RT pRR 第5页/共32页 2021-7-19 Kelvin公式也可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比： 1 21 2 112 ln RR M p p RT 1

4、 2 s 1 2 112 ln RR M c c RT l 对凸面，R/ 越小，液滴的蒸汽压越高，或小颗粒的溶解度 越大。 对凹面: 或两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比： / 0 g 2 ln= - m Vp RT pR 凹面曲率半径R/ 越小，与其平衡的小蒸汽泡中的蒸汽压越低。 特别注意负号特别注意负号 第6页/共32页 2021-7-198 0 r prT p M 半半径径为为 的的液液滴滴在在温温度度 时时的的蒸蒸气气压压； 平平液液面面液液体体同同温温度度下下的的蒸蒸气气压压； 、液液体体的的摩摩尔尔质质量量、密密度度。 20时水滴半径时水滴半径 (r) 与蒸气压力与蒸气压力pr的关

5、系的关系 r /m 110-6 1 10-7 1 10-8 1 10-9 pr / p0 1.001 1.011 1.114 2.95 ln/2/ ro ppMRTr 凸凸 凹凹 Kelvin 公式公式 第7页/共32页 2021-7-199 ln/( )2/ ro ppMRTr 凸凸 凹凹 ln/0 roro pppp ln/0 roro pppp 凸面凸面 凹面凹面 ppp 凹凹平平面面凸凸 第8页/共32页 2021-7-1910 1） 毛细管凝结毛细管凝结 考虑液体及其饱和蒸气与孔性固体考虑液体及其饱和蒸气与孔性固体 构成的体系。孔内液面与孔外液面的曲构成的体系。孔内液面与孔外液面的曲

6、 率不同，导致蒸气压力不同。率不同，导致蒸气压力不同。 凹液面：凹液面：孔内液体的平衡蒸气压低于液孔内液体的平衡蒸气压低于液 体的正常蒸气压。故在毛细管中发生凝体的正常蒸气压。故在毛细管中发生凝 结。此即所谓毛细管凝结现象。结。此即所谓毛细管凝结现象。 硅胶能作为干燥剂就是因为硅胶能自动地吸附空气中的水蒸气，使得水气在毛细管内发生凝结。硅胶能作为干燥剂就是因为硅胶能自动地吸附空气中的水蒸气，使得水气在毛细管内发生凝结。 第9页/共32页 2021-7-1911 2 2）过饱和蒸汽）过饱和蒸汽 恒温下，将未饱和的蒸汽加压，若压力超过该温度下液体恒温下，将未饱和的蒸汽加压，若压力超过该温度下液体

7、的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则称该蒸汽为的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则称该蒸汽为过饱和蒸汽过饱和蒸汽。 原因：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难以形成而导致过饱和。原因：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难以形成而导致过饱和。 解决办法：引入凝结核心解决办法：引入凝结核心 如人工降雨，向空中撒凝结核心如人工降雨，向空中撒凝结核心AgI，使凝聚水滴的初始曲，使凝聚水滴的初始曲 率半径加大，其相应的饱和蒸气压小于高空中已有的水蒸率半径加大，其相应的饱和蒸气压小于高空中已有的水蒸 气压力，因此蒸气会迅速凝结成水，便成了雨。气压力，因此蒸气会迅速凝结成水，便成了雨。 第10页/共32页 2021-7-19 12 3 3

8、）过热液体（过冷液体）过热液体（过冷液体 ） 沸腾沸腾( (结晶结晶) )是液体从内部形成气泡是液体从内部形成气泡( (微小晶体微小晶体) )、在液体、在液体 表面上剧烈汽化的现象。但如果在液体中没有提供气泡表面上剧烈汽化的现象。但如果在液体中没有提供气泡( (晶晶 体体) )的物质存在时，液体在沸点的物质存在时，液体在沸点( (凝固点凝固点) )时将无法沸腾时将无法沸腾( (结结 晶晶) )。我们将这种按相平衡条件，应当沸腾。我们将这种按相平衡条件，应当沸腾( (结晶结晶) )而没有沸而没有沸 腾腾( (结晶结晶) )的液体，称为的液体，称为过热液体过热液体( (过冷液体过冷液体) )。 原

9、因：液体过热原因：液体过热( (过冷过冷) )现象的产生是由于液体在沸点现象的产生是由于液体在沸点( (结结 晶晶) )时无法形成微小气泡时无法形成微小气泡( (微小晶体微小晶体) )所造成的，这样便造成所造成的，这样便造成 了液体在沸点了液体在沸点( (凝固点凝固点) )时无法沸腾时无法沸腾( (结晶结晶) )而液体的温度继续而液体的温度继续 升高升高( (降低降低) )的过热的过热( (过冷过冷) )现象。过热较多时，极易暴沸。现象。过热较多时，极易暴沸。 解决办法：为防止暴沸，可事先加入一些解决办法：为防止暴沸，可事先加入一些？。 第11页/共32页 2021-7-19 以一种物质的原子

10、或分子附着在另一种物质的以一种物质的原子或分子附着在另一种物质的 表面上的现象表面上的现象, ,或者说物质在相界面上浓度自动变化或者说物质在相界面上浓度自动变化 的现象。的现象。 具有吸附作用的物质。具有吸附作用的物质。 被吸附的物质。被吸附的物质。 固体表面质点处于力场不平衡状态固体表面质点处于力场不平衡状态, , 表面具有过剩的能量（表面能）。表面具有过剩的能量（表面能）。 13 第12页/共32页 2021-7-19 物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附 吸附作用力吸附作用力范德华力范德华力化学键力化学键力 吸附选择性吸附选择性无无有有(需要形成吸附化学键需要形成吸附化学键) 吸附分子层吸附

11、分子层单分子层、多分子层单分子层、多分子层单分子层单分子层 吸附热吸附热 较小，近似气体凝结热较小，近似气体凝结热 ( 40kJ.mol-1 ) 吸附温度吸附温度较低较低常在较高温度下常在较高温度下 吸附速率吸附速率 快快(不需要活化能不需要活化能)， 易达吸附平衡易达吸附平衡 较慢较慢(需要活化能需要活化能)， 吸附平衡慢吸附平衡慢 14 第13页/共32页 2021-7-19 固体表面原子或分子处于力场不平衡状态，表面具有固体表面原子或分子处于力场不平衡状态，表面具有 过剩的能量（表面能）。过剩的能量（表面能）。 1固体表面分子固体表面分子(或原子或原子)移动困难，表面积不能缩小，会自动与

12、外来分子结合来降低表面自由能。移动困难，表面积不能缩小，会自动与外来分子结合来降低表面自由能。 2固体表面是很不均匀的，不同类型的原子的化学行为、吸附热、催化活性和表面态能级的分布都是不均匀的。固体表面是很不均匀的，不同类型的原子的化学行为、吸附热、催化活性和表面态能级的分布都是不均匀的。 3固体表面层的组成与体相内部组成不同。固体表面层的组成与体相内部组成不同。 15 第14页/共32页 2021-7-19 本体中气体分子本体中气体分子A吸附态分子吸附态分子A S 吸附吸附 解吸解吸 吸附量吸附量单位质量的固体所吸附气体的物质的量或体积。单位质量的固体所吸附气体的物质的量或体积。 -1 (m

13、ol g ) x m 吸吸附附量量 mL g V m 吸吸附附量量 吸附量与温度和气体的压力有关：吸附量与温度和气体的压力有关： x fp, T m 吸吸附附量量 1、基本概念 16 第15页/共32页 2021-7-19 x f T m 吸吸附附量量 p常数：常数： 吸附等压线吸附等压线 x fp m 吸吸附附量量吸附等温线吸附等温线 T常数常数 pf T 吸附等量线吸附等量线常数常数 m x x fp, T m 吸吸附附量量 17 第16页/共32页 2021-7-19 当压力一定时，温度越高吸附量越小，即随着温度的增当压力一定时，温度越高吸附量越小，即随着温度的增 加，吸附剂的吸附能力逐

14、渐降低。加，吸附剂的吸附能力逐渐降低。 钯对钯对 CO的吸附等压线的吸附等压线 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 吸附量吸附量 200 100 0 +100+200 A B 1 2 1.物理吸附物理吸附 2.化学吸附化学吸附 18 第17页/共32页 2021-7-19 100 150 0.2 0.40.60.81.0 吸附量吸附量 dm3.kg-1 151.5 80 30 0 23 p/101.325 kPa 各种温度时，氨吸附在炭粒上的吸附等温线各种温度时，氨吸附在炭粒上的吸附等温线 ：直线：直线 ：增加程度减小：增加程度减小 ：几乎不变，饱和吸附：几乎不变，饱和吸附 19 第18

15、页/共32页 2021-7-19 典型的五种吸附等温线典型的五种吸附等温线 吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布以及吸附剂与 吸附质之间的相互作用情况。吸附质之间的相互作用情况。 20 第19页/共32页 2021-7-19 ad V 1.0 / s p p 在在2.5 nm 以下以下微孔吸微孔吸 附剂上的吸附等温线附剂上的吸附等温线属属 于这种类型。于这种类型。 例如例如78 K时时 N2 在活在活 性炭上的吸附及水和苯性炭上的吸附及水和苯 蒸汽在分子筛上的吸附。蒸汽在分子筛上的吸附。 (1) p/ps比压比压，ps是吸附质在该

16、温度时的饱和蒸汽压，是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压，p为吸附质的压为吸附质的压 力。力。 V饱和 饱和 Vad 21 第20页/共32页 2021-7-19 ad V 1.0 / s p p 图中曲线常称为图中曲线常称为S型等型等 温线温线。吸附剂孔径大小。吸附剂孔径大小 不一，发生多分子层吸不一，发生多分子层吸 附。附。 在比压接近在比压接近1时，发时，发 生毛细管凝聚现象生毛细管凝聚现象。 (2) 22 第21页/共32页 2021-7-19 ad V 1.0 / s p p 这种类型较少见。当吸这种类型较少见。当吸 附剂和吸附质相互作用附剂和吸附质相互作用 很弱时会出现这种等温很弱时会出

17、现这种等温 线线。 如如 352 K 时，时，Br2在硅在硅 胶胶上的吸附上的吸附属于这种类属于这种类 型型。 (3) 23 第22页/共32页 2021-7-19 ad V 1.0 / s p p 多孔吸附剂发生多分子多孔吸附剂发生多分子 层吸附时会出现这种等层吸附时会出现这种等 温线。在比压较高时，温线。在比压较高时， 有毛细凝聚现象。有毛细凝聚现象。 例如在例如在323K时，苯在时，苯在 氧化铁凝胶上的吸附属氧化铁凝胶上的吸附属 于这种类型于这种类型。 (4) 24 第23页/共32页 2021-7-19 ad V 1.0 / s p p 发生多分子层吸附，有发生多分子层吸附，有 毛细凝

18、聚现象。毛细凝聚现象。 例如例如373K时，水汽在时，水汽在 活性炭上的吸附属于这活性炭上的吸附属于这 种类型。种类型。 (5) 25 第24页/共32页 2021-7-19 兰格缪尔吸附理论要点：兰格缪尔吸附理论要点： 2、单分子层吸附理论Langmuir吸附等温式 (1) 固体表面均匀，各处的吸附能力相同；固体表面均匀，各处的吸附能力相同； (2) 被吸附的分子之间无相互作用；被吸附的分子之间无相互作用； (3) 固体表面存在不饱和力场，作用范围大约相当于分固体表面存在不饱和力场，作用范围大约相当于分 子直径大小，所以只形成单分子层吸附；子直径大小，所以只形成单分子层吸附； (4) 一定条件下，吸附与解吸建立动态平衡；一定条件下，吸附与解吸建立动态平衡； 本体中气体分子本体中气体分子A吸附态分子吸附态分子A S 吸附吸附 解吸解吸 26 第25页/共32页 2021-7-19 表面吸附分子所占的表面百分数。表面吸附分子所占的表面百分数。 d k 解解吸吸 1 a k p 吸吸附附 ka吸附速率常数吸附速率常数 kd解吸速率常数解吸速率常数 吸附达平衡时吸附达平衡时 ： 1