物理化学-物化a2合集

基本要求理解表面张力及表面

函数的概念。理解接触角、润湿、附加压力的概念及其与表面张力的关系。掌握

方程及开尔文公式的应用。理解亚稳状态与新相生成的关系。理解物理吸附与化学吸附的含义和区别。掌握朗

单分子层吸附理论及朗

吸附等温式。掌握杨氏方程及润湿公式。了解溶液表面的吸附及表面活性物质的作用与应用。掌握

吸附等温式的含义和应用。一、概念

：即表面张力，看作是引起表面收缩的单位长度上的力，单位：N·m-1。（1）液体的表面张力2l

F（2）表面功W

rd

A

s

（3）表面

函数s

：使系统增加单位表面所需的可逆功，称为表面功。单位：J·m-2。

G

AT

,

p

：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gi

函数。单位：J·m-2。三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为：N·m-1表面张力的作用方向:Ldl平液面:沿着液面并与液面平行弯曲液面:与液面相切恒T、p、、恒组分下，有：G

s

A

s全微分得：sT

,pdG

s

dA自发降低表面

函数有两种途径---------降低表面积

如：小液滴

成大液滴--------

降低表面张力

如：多孔固体表面吸附气体T

,

pdG

s

0(c)附加压力方向示意图气

p

pgpl•••••••(a)液

plpg

••p

•

(b)p=0

液

气

p

l••••••••（4）弯曲液面的附加压力

Δp

=p内－p外p内----凹液面一侧压力，p外----凸液面一侧压力。p总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。（5）亚稳状态新相生成过程中产生的热力学不完全稳定状态-------亚稳状态四种不稳定状态（亚稳态）：过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液（6）在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同的现象称为吸附。被吸附的物质——有吸附能力的物质——吸附量：当吸附平衡时，单位重量吸附剂吸附的吸附质即：单位：molkg-1n

anm=或：

单位：

m3kg-1V

amV:被吸附的气体在0

oC，101.325kPa下的体积=

V10物理吸附与化学吸附：性质物理吸附化学吸附吸附力力化学键力吸附层数单层或多层单层吸附热小（近于液化热）大（近于反应热）选择性无或很差较强可逆性可逆不可逆吸附平衡易达到不易达到（7）

接触角（润湿角）P

l

sNMO

sl接触角：气液固三相点处，气液界面的切线与固液界面的夹角经过液体润湿：固体表面上的气体被液体取代的过程。接触过程的

△G＜0。Gi

函数降低越多，越易润湿。12（8）溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中浓度不同的现象——溶液表面的吸咐表面层浓度高于本体浓度—正吸附表面层浓度低于本体浓度--负吸附表面过剩或表面吸附量：Γ

=Asn单位为molm-2—单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与同量溶剂在溶液本体中所含溶质物质的量的差值二、方程及等温式1.（Laplace)方程弯曲液面的曲率半径为rr2p

液体表面该形式的Laplace方程只适用于球形液面，如小液滴或液体中的小气泡。对空气中的气泡，如肥皂泡，有两个气-液界面，p=4

/r。r

gh

hrlrr——毛细管半径；——液体密度g——重力加速度cos

rl当接触角θ<90o时，液体在毛细管中上升，凹液面；当接触角θ>90o时，液体在毛细管中下降，凸液面。2.

附加压力产生的毛细管现象16曲率半径为r的液滴R

T

ln

pr

=p r

rp，pr——平液面及曲率半径为r的液滴的饱和蒸气压M，——液体的摩尔质量及密度液滴越小，r

越小，pr

越大3.

开尔文（Kelvin）公式毛细管中曲率半径为r的凹液面R

T

ln

pr

＝-

2gV

mp

r凹液面的曲率半径越小，pr

越小以水为例：pr(凸液面)>pr(平液面)>pr(毛细管中凹液面)，且曲率半径r

越小，偏离程度越大。固体表面1.朗吸附等温式

bp1

bpk-1b

k1或：bpV

a

V

am

1

bpmmmp

1V

aV

aV

ab

pmV

aV

aV

ab1

11

1或

p

或取倒数：m斜率

bPV

a1

与1

成直线，截距

V

a

,192.吸附热力学物理吸附为自发过程，G

<0；而气体吸附到表面，

度减少，故S

<

0；H

<0，吸附为放热过程。固-液界面1.杨氏方程

s

sl

l

cosP

l

sl润湿达平衡时，在O点处必有：

sNMO

2.

润湿方程：≥

0，θ≤180º≥

0，θ

≤

90º≥0，θ＝0º或不存在g

sl-

D

G

a

=

g

s

-

g

sl

+

g

l

=

g

l(cos

q

+

1)- D

G

i

=

g

s

-

=

g

l

cos

qg

sl

--

D

G

s

=

g

s

-

g

l

=

g

l(cos

q

-

1)S

≥0

自动铺展铺展系数：g

lS

=

-

D

G

s

=

g

s－g

sl

-22用接触角θ的大小用来判断润湿的种类和效果

<90°润湿；

>90°不润湿

=0°或不存在，完全润湿；

=180°完全不润湿。对于理想稀溶液1.吸附等温式c

dgR

T

dcG

=

-Γ：溶质在单位面积的表面层中的吸附量(molm-2)c:

溶质在溶液本体中的平衡浓度溶液表面2.

表面活性物质在吸附层的定向排列一般情况下，表面活性物质的-c

曲线G

=

G

kcm

1

+

kc1.

表面现象在自然界普遍存在，但有些自然现象与表面现象并不密切相关，例如(A)

气体在固体上的吸附(C)

微小液滴自动呈球形(B)

微小固体在溶剂中溶解(D)

不同浓度的蔗糖水溶液混合答案：D液体的附加压力和表面张力的联系与区别在于产生的原因和方向相同而大小不同作用点相同而方向和大小不同作用点相同而产生的原因不同产生的原因相同而方向不同答案：D3.

对于理想的水平液面，其值为零的表面物理量是(A)

表面功(C)

表面张力(B)表面

函数(D)

附加压力答案：D4.

表面张力是物质的表面性质，其值与很多因素有关，但是它与下列因素无关(A)

温度(B)

压力

(C)

组成

(D)

表面积答案：D若多孔性物质能被水润湿，则当水蒸气含量较大时，可首先在该多孔性物质的孔隙中凝结，这是因为平液面的蒸气压小于凸液面的蒸气压平液面的蒸气压大于凸液面的蒸气压平液面的蒸气压大于凹液面的蒸气压平液面的蒸气压小于凹液面的蒸气压答案：C对弯曲液面上的蒸气压的描述正确的是大于平面液体的蒸气压小于平面液体的蒸气压大于或小于平面液体的蒸气压都不对答案：C7.

当在空气中形成一个半径为r的小气泡时，泡内压力与泡外压力之差为答案：B8.

若天空云层中小水滴的大小发生变化时，一定是(A)

大水滴变大，小水滴变小(C)

大小水滴都变大(B)

大水滴变小，小水滴变大(D)

大小水滴都变小答案：A。因小水滴的蒸气压大于大水滴的蒸气压。(A)

2g

(B)rr4g(C)

-

(D)04gr一定条件下液体在毛细管中上升的高度与毛细管的半径(A)

无关

(B)

成正比

(C)

成反比

(D)不确定答案：C对物理吸附的描述中，哪一条是不正确的？吸附速度较快吸附层可以是单分子层或多分子层吸附热较小吸附力来源于化学键力，吸附一般不具选择性答案：D11.

表面活性剂是针对某种特定的液体或溶液而言的，表面活性剂的实质性作用是(A)

作用(C)

降低表面张力(B)

增溶作用(D)

增加表面张力答案：C使用表面活性物质时应当特别注意的问题是两性型和非离子型表面活性剂不能混用阳离子型和阴离子型表面活性剂不能混用阳离子型和非离子型表面活性剂不能混用阴离子型表面活性剂不能在酸性环境中使用答案：B。若混用可能产生沉淀或降低其表面活性剂的作用。sT

,pdG

s

dA分析：利用0.4865分散前后质量不变，体积不变0.48656.114J(As2-As1)【10.3】计算373.15K时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。已知373.15K时水的表面张力为58.91×10-3N

⋅m-1。水中存在的半径为0.1um的小气泡空气中存在的半径为0.1um的小液滴空气中存在的半径为0.1um的小气泡分析：

利用

方程p

2r解：

（1）和（2）两种情况下均只存在一个气-液界面，其附加压力相同。根据

方程32

2

58.91103

p

Pa

1.178

10

kPar0.1106

（3）空气中存在的气泡，有两个气-液界面，其附加压力为34

4

58.91103

p

Pa

2.356

10

kPar0.1106【10.4】

在293.15K时，将直径为0.1mm的玻璃毛细管乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能液面上升？若不加任何压力，平衡后毛细管内液面的高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10

-3N·m

-1，密度为789.4

kg·m

-3，重力加速度为9.8m

·s

-2。设乙醇能很好地润湿玻璃。分析：

利用

方程及毛细现象公式h

r管

grp

2液r液=r管r液

0o，cos

=1=r管h

2r管

gr管2

22.3103N

m10.05

103m

789.4kg

m3

9.8m

s20.115m解：2

2

22.310-3

0.05

10-3p

=r

Pa=892Pa液r液=r管r液

0o，cos

=1=r管【10.5】水蒸气迅速冷却至298.15K时可达到过饱和状态。已-1知该温度下水的表面张力为71.97×10-3

N·m

，密度为997kg·m-3。当过饱和水蒸气压力为平液面水的饱和蒸气压的4倍时，计算：（1）开始形成水滴的半径；（2）每个水滴中所含水分子的个数。分析：利用开尔文公式R

T

ln

r

p

r34V

水滴=3

p

r=

MVr

L水分子VN

=

水滴V

水分子解：（1）利用开尔文公式R

T

ln

r

pr得10-3

?

0.018= 7.569

?

10- 10

m2g

Mr

=pr R

T

ln

pr骣2

创71.97=m琪琪琪桫997

创8.314 298.15

ln

4（2）每个水滴的体积33-

10(7.569

?

10

)

m3-

27

34

4V

水滴=

3

p

r

=

3

创3.141.815

?

10

m3-

29

3230.018V

水分子=m

= 3.00

?

10

mMr

L骣=

琪琪桫997

创6.022

1010-

2710-

29=

1.