界面现象和胶体分散系统课件

界面现象和胶体分散系统

1界面现象界面：密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）气—液气—固液—液液—固固—固界面称为表面界面现象所讨论的是在相的界面上发生的一些行为

水滴会自动呈球状固体表面易自动吸附气体物质微小的晶体易溶解微小的液滴易蒸发2界面现象产生的原因——表面分子与体系中的分子（体相分子）所处的环境不同体相分子，四周所受的作用力相同，受力均匀界面分子，两面所受作用力不同，因此处在界面层的物质的物理和化学性质与任一体相中的都不同。此前讨论一个相的性质时没有区分过，是把界面相和体相看作是等同的。通常体系，表面分子数与体相分子数相比微不足道，可忽略界面性质的影响。对于细粉末，多孔物质，胶体等，其表面分子数量大，需要考虑界面的特殊性质。3§12.1

表面张力和表面自由能1.表面张力把图中的液膜中间刺破，则丝线的环立即变圆了，把丝线拉圆了表示四周的液膜，或者说存在一种使表面积收缩的力。4F这种引起膜收缩的力叫做表面张力l单位：膜有正反两个表面5ldx2.表面自由能F这个功是使表面积增大，称为表面功等温等压可逆过程表面自由能表面自由能改变单位表面积时体系自由能的变化值单位：6§12.2纯液体的表面现象1.液体对固体的润湿作用润湿现象润湿程度影响因素液固种类：温度：加入润湿剂：①液体能附在固体上，称为“润湿”。②液—固两相接触后，系统的表面自由能降低，即为“润湿”。③自由能降低多少即表示润湿程度的大小。液—固界面现象7如何衡量液体对固体的润湿程度？θθ气液液－固界面间的接触角θOO润湿不润湿θ<90°固体能为液体所润湿，固体称为亲液固体θ>90°固体不为液体所润湿，固体称为憎液固体82.弯曲表面下的附加压力9Rp：吸附压力（毛细压力）：表面张力：曲率半径吸附压力（△p）与液面曲率半径（R）10凸形液面，曲率半径R为正值，附加压力方向指向液体内部。凹形液面，曲率半径R为负值，附加压力方向指向气体。毛细管液柱高度（h）hhH2OHg毛细管插入水中，凹面上的总压，管外液体被压入管内，使水在毛细管内上升一定的高度，直到由液体产生的静压力与平衡为止，11θθhrR能润湿毛细管壁的液体的液面呈凸性不能润湿毛细管壁的液体的液面呈凹性液面下降的深度为h123.表面曲率对液体蒸汽压的影响Tt实验现象：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结在大液滴上。实验结论：物质的饱和蒸气压（p*）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）13液珠越小，饱和蒸汽压大越大。20℃时水珠半径（r）与蒸气压力的关系r/m1×10-61×10-71×10-81×10-9

Pr/p0

1.0011.0111.1142.9514凸面凹面15§12.3气体在固体表面上的吸附1.吸附概念Example:

充满Br2蒸气的玻璃瓶，加入活性碳，红棕色气体逐渐消失，说明活性碳表面吸附了Br2蒸气。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，浓度自动变化的现象。吸附剂：具有吸附作用的物质。吸附物：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）。16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）。不平衡力场因吸附而得到某种程度的补偿，从而降低了表面能，故固体表面可以自动吸附那些能够降低其表面能的物质。气体的吸附可以看作是气体在固体表面上的凝聚过程，为放热过程。相反的解吸过程是吸热过程。172.吸附类型

化学吸附：吸附剂表面与吸附物之间的相互作用类似于化学键并发生表面化学反应。固体表面的原子价未完全被相邻原子饱和，还有剩余的成键能力。化学吸附有选择性；单分子吸附、吸附温度高。

物理吸附:吸附剂与吸附物之间仅以范德华力相互作用。由于是分子间作用力，故物理吸附无选择性；但吸附剂吸附物的种类不同，分子间引力大小各异，因此存在吸附量的差异。吸附为单分子层、多分子层。

选择性吸附：某一吸附剂只对某些吸附物化学吸附。1819钯对CO的吸附等压线20406080100吸附量－200－1000+100+200AB121.物理吸附2.物理吸附203.吸附平衡和吸附量气体分子（空间）气体分子（被吸附在固体表面上）吸附解吸吸附量——单位质量的固体所吸附气体的物质的量和体积吸附量与温度和气体的压力有关214.吸附曲线p＝常数吸附等压线吸附等温线T＝常数吸附等量线22吸附等压线：等压力下，不同温度下的吸附量当压力一定时，温度越高吸附量越低，即随着温度的增加，吸附剂的吸附能力逐渐降低。p＝常数钯对CO的吸附等压线20406080100吸附量－200－1000+100+200AB1223吸附等温线：等温度下，不同压力下的吸附量。T＝常数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24典型的五种吸附等温线吸附等温线的形状反映了吸附剂与吸附质之间的相互作用情况255.兰格缪尔单分子吸附等温式26覆盖度θ表面吸附分子所占的百分数1-θ未吸附分子的固体表面所占的百分数27吸附速率=解吸速率Langmuir吸附等温式28平衡吸附量同量吸附剂所能吸附的最大物质的量（饱和吸附）量一定量吸附剂所吸附的物质的量29以对作图，应得一直线。直线斜率为截距为306.BET多分子吸附等温式BET——BrunaurerS,EmmettH,TellerE1935年提出多分子层吸附理论31BET公式V——1kg固体表面吸附的气体体积p——气体的平衡压力Vm——1kg固体表面成单分子吸附层所需的气体体积p*——在相同温度下该气体的液相饱和蒸汽压力c——与吸附热和液化热有关的常数32以对作图，应得一直线。直线斜率为截距为BET公式适应范围3334§12.4溶液的表面吸附1.溶液的表面吸附现象ABC

无机酸、碱、盐NaClNa2SO4KOHNH4Cl醇类、有机酸类、醛类、酮类、醚类、和酯类

极性有机物

8个碳原子以上的有机酸盐、有机胺盐、磺酸盐、苯磺酸盐表面活性剂一般是对于降低水的表面张力35362.Gibbs吸附公式表面活性剂在溶液表面上的吸附是表面活性剂最基本的性质之一。其物理意义为：单位面积的表面相所含溶质的物质的量与在溶液体相中同物质的量溶剂所含的溶质的量的差值。也称为表面过剩或表面浓度。为描述这种表面吸附现象，定义吸附量37则加入溶质表面张力增大，表面过剩为负值，吸附量为负值，此时的吸附为负吸附，溶质在表面层的浓度小于溶液体相的浓度。则加入溶质表面张力减小，表面过剩为正值，吸附量为正值，此时的吸附为正吸附，溶质在表面层的浓度大于溶液体相的浓度。383.表面活性剂的吸附结构十二烷基硫酸钠为典型的表面活性剂。亲油基亲水基憎水基39§12.5表面活性剂及其应用1.表面活性剂的分类表面活性剂阴离子型非离子型阳离子型两性离子型40

阴离子表面活性剂脂肪醇硫酸酯钠溶于水H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O＋41

阳离子表面活性剂烷基三甲基氯化铵溶于水H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O＋＋＋42

两性离子表面活性剂甜菜碱型两性表面活性剂溶于水＋＋H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O43

非离子表面活性剂溶于水H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O脂肪族高级醇聚氧乙烯加成物442.表面活性剂的作用

润湿作用润湿

增溶作用

乳化作用H2O100g苯0.07g浓度为10％油酸钠100g苯7g表面活性剂能有效降低油水界面的表面自由能胶团的形成45§12.6分散系统的分类将一种或几种物质分散在另一种物质中形成分散系统。被分散的物质叫做分散相。另一种物质叫做分散介质。分散相粒子溶液胶体粗分散系统4647§12.7溶胶的特性1.动力性质胶体粒子的热运动4849浓度梯度502.光学性质51523.电学性质电