10-界面现象-2全解

2022/12/271二、凝合相的界面现象A.液体对固体的润湿作用B.弯曲液面的附加压力和毛细现象—Laplace公式2022/12/272毛细现象：2022/12/273Tt试验现象：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合在大液滴上。试验结论：物质的饱和蒸气压（ps*）除与温度T有关，还与物质的分散度（微粒半径r

）有关。——Kelvin公式C.表面曲率对液体蒸汽压力的影响——Kelvin公式如何得到？？同样，对于小液滴与其蒸汽的平衡：液体(T,

p*l,0

)

饱和蒸汽(T,

p*g,0)小液滴(T,

p*l

)饱和蒸汽(T,

p*g)NOTE:

为简便省去p的上标*2022/12/27设蒸气相为志向气体：—Kelvin公式，为液体密度,kg.m-3,M

为摩尔质量,g.mol-1。2022/12/27

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：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：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2022/12/27820℃时水滴半径(r)与蒸气压力pr的关系r/m1×10-61×10-71×10-81×10-9

pr/p0

1.0011.0111.1142.95——Kelvin公式2022/12/279凸面凹面Discussion:2022/12/27101）毛细管凝合Kelvin公式的应用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率不同，导致蒸气压力不同。凹液面：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合。此即所谓毛细管凝合现象。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合。2022/12/27112）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的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则称该蒸汽为过饱和蒸汽。缘由：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难以形成而导致过饱和。解决方法：引入凝合核心如人工降雨，向空中撒凝合核心AgI，使凝合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气压力，因此蒸气会快速凝合成水，便成了雨。2022/12/27123）过热液体（过冷液体）沸腾(结晶)是液体从内部形成气泡(微小晶体)、在液体表面上猛烈汽化的现象。但假如在液体中没有供应气泡(晶体)的物质存在时，液体在沸点(凝固点)时将无法沸腾(结晶)。我们将这种按相平衡条件，应当沸腾(结晶)而没有沸腾(结晶)的液体，称为过热液体(过冷液体)。缘由：液体过热(过冷)现象的产生是由于液体在沸点(结晶)时无法形成微小气泡(微小晶体)所造成的，这样便造成了液体在沸点(凝固点)时无法沸腾(结晶)而液体的温度接着上升(降低)的过热(过冷)现象。过热较多时，极易暴沸。解决方法：为防止暴沸，可事先加入一些？？。2022/12/27吸附：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,或者说物质在相界面上浓度自动变更的现象。吸附剂：具有吸附作用的物质。吸附质：被吸附的物质。吸附的热力学原理：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）。三、固体表面的吸附作用132022/12/27物理吸附化学吸附吸附作用力范德华力化学键力吸附选择性无有(需要形成吸附化学键)吸附分子层单分子层、多分子层单分子层吸附热较小，近似气体凝结热(<25kJ.mol-1)较大，近似于化学反应热(>40kJ.mol-1)吸附温度较低常在较高温度下吸附速率快(不需要活化能)，易达吸附平衡较慢(需要活化能)，吸附平衡慢物理吸附与化学吸附比较Note：同一系统中，随外界条件的变更两类吸附可相伴发生。142022/12/27固体表面的特点

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）。固体表面的特点：1．固体表面分子(或原子)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．固体表面是很不匀整的，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匀整的。3．固体表面层的组成与体相内部组成不同。152022/12/27A.吸附平衡和吸附量本体中气体分子A吸附态分子AS吸附解吸吸附量—单位质量的固体所吸附气体的物质的量或体积。吸附量与温度和气体的压力有关：1、基本概念162022/12/27p＝常数：吸附等压线吸附等温线T＝常数吸附等量线B.吸附曲线172022/12/27吸附等压线当压力确定时，温度越高吸附量越小，即随着温度的增加，吸附剂的吸附实力渐渐降低。钯对CO的吸附等压线20406080100吸附量－200－1000+100+200AB121.物理吸附2.化学吸附182022/12/27吸附等温线1001500.20.40.60.81.0ⅡⅠⅢ吸附量dm3.kg-1151.5℃80℃30℃0℃－23℃p/101.325kPa各种温度时，氨吸附在炭粒上的吸附等温线Ⅰ：直线Ⅱ：增加程度减小Ⅲ：几乎不变，饱和吸附192022/12/27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质之间的相互作用状况。202022/12/27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78

K时

N2

在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的吸附。(1)p/ps—比压，ps是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压，p为吸附质的压力。V饱和Vad212022/12/27图中曲线常称为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，发生毛细管凝合现象。(2)222022/12/27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在硅胶上的吸附属于这种类型。(3)232022/12/27多孔吸附剂发生多分子层吸附时会出现这种等温线。在比压较高时，有毛细凝合现象。

例如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。(4)242022/12/27发生多分子层吸附，有毛细凝合现象。

例如373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。(5)252022/12/27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)固体表面匀整，各处的吸附实力相同；(2)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子直径大小，所以只形成单分子层吸附；(4)确定条件下，吸附与解吸建立动态平衡；本体中气体分子A吸附态分子AS吸附解吸262022/12/27覆盖度—表面吸附分子所占的表面百分数。ka—吸附速率常数kd—解吸速率常数吸附达平衡时：——吸附平衡常数—Langmuir吸附等温式272022/12/27——确定量吸附剂所吸附的物质的平衡吸附量；molkg-1——相同量吸附剂所能吸附的最大(饱和)吸附量；molkg-1—Langmuir吸附等温式282022/12/27朗缪尔的生平简介29Langmuir的生平简介美国物理化学家IRVINGLANGMUIR。1881年1月31日生于纽约的一个贫民家庭。1903年毕业Clumbia高校矿业学院。不久去德国留学，1906年获得哥丁根高校的博士学位，同年秋天赴新泽西州史蒂文森理工学院任教。1909年起到通用电气公司在纽约东部的斯克内克塔迪电气工程试验所工作，1932年后任该所所长。1935年被选为伦敦皇家学会会员。1951年为法国科学院通讯院士。1941年任美国科学促进协会主席，也是美国文学与科学院院士。1957年8月16日在Massachusetts州的法尔默斯逝世。终年76岁。2022/12/27他首先发觉氢气受热离解为原子的现象，并独创了原子氢焊接法；从分子运动论推导出单分子吸附层理论和著