第八章-界面和胶体化学总结

1、第8章表面现象和分布系统、8.1表面吉布斯自由能和表面张力、8.2纯液体的表面现象、8.3瓦斯气体在固体表面的吸附、8.4溶液的表面吸附、8.9溶胶的沉降、8.5界面激活剂及其作用、8.6分布系统的分类、8.7溶胶的光学和力学性质， 8.8溶胶2007年度诺贝尔化学奖德意志的科学家凝胶哈德乙醚在“固体表面化学过程”研究中表现出他的贡献、表面现象、人工降雨原理、有机蒸馏时加入沸石防沸原理、地表保水原理、表扬表面和界面(surface and interface )的常见界面是气液界面、气严格地说，表面应当是液体或固体及其饱和蒸汽的界面，但是我们习惯于将液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。

2、 因为表面上的分子和相内分子的状况不同(下图表示g-l表面分子受力的情况)，液体表面层分子受到向液体内部的拉伸力。 为了扩展液体表面，必须将液体内部分子引出到表面。 此时，克服相内分子的引力进行办事儿称为表面功。 1 .由于表面Gibbs自由能、8.1表面Gibbs自由能和表面张力，如果不存在其他功能，任何液体都有自动缩小表面的倾向。 在温度、压力、组成一定的情况下，扩展表面的功与增加的表面积dA成比例：根据热力学原理，在恒温恒电压可逆条件下3360，式中称为表面Gibbs自由能的单位Jm-2 .2 .表面张力，物理意义在：相表面的截平面中，与表面上的任意单位长度的切线垂直的单位： Jm-2=

3、(Nm)m-2=Nm-1也称为表面张力，因为它是力的维数。 关于纯液体，除非另有说明，共存的另一相是指标准压力时的空气或饱和蒸汽。 是物质的特性，是强度的性质，其大小与温度、压力、组成及共存的其他相关关系。 20点，将1克水银分散在直径710-8m的微粒中，求出工艺的g。 已知水银的密度为13.6103kg.m-3，水银的表面张力为48310-3N.m-1。 解：分散在1克水银的体积V=110-3/、直径710-8m的微粒子数G=A=N4r 2、例题、3.04J，高度分散时，表面能不能忽视，表面能过高，系统不稳定，成为粉尘工厂的粉尘爆炸。 1 .如果附加压力、液面哩溜歪斜，这种紧缩倾向会使液面

4、产生附加压力。 8.2纯液体的表面现象，由于表面能的作用，任何液面都有尽可能紧缩，使表面积变小的倾向。 当大量液体和小液滴的压力平衡时，当活塞的位置向下移动无限小时，该过程中液体的纯功是扬拉普拉斯式，1805年Young-Laplace推导出了附加压力和曲率半径的关系式：根据数学规定，凸面的曲率半径为正也就是说，附加压力始终指向曲面的球心。 研究3360，凸液面： r 0，附加压力指液体内部，液体受到的压力比外部压力大，凹液面： r 0，附加压力指液体外部，液体受到的压力比外部压力小，液滴越小，受到的附加压力越大的气泡，例如肥皂泡3360 2 .如果曲率对液体蒸气压的影响，在一定温度下，研究：

5、凸液面： r 0、pr po，蒸气压大于平面液体的平衡蒸气压的凹液面： r 0、pr po，蒸气压小于平面液面的平衡蒸气压，pr (凸液面) pr (平液面) pr (毛细管中凹液面)为过饱和蒸气人工降雨原理、过热液体、过饱和溶液、过饱和蒸气、过饱和溶液及过蒸发制冷、过热液等称为介质状态，其存在的原因均为“不易产生新相”。 3 .液体的润湿和扩散1 .液体在固体表面的润湿作用，在固体表面放置一滴液体，在气、液、固三相境界点，气-液、液-固、固气三个表面张力缩小各自的表面积。 表面张力：表面紧缩力，在气液固三相边界点，气液和液固表面张力之间的夹角称为浸润角，通常用q表示。 如果浸润角和润湿作用、

6、浸润角超过90，则表示玻璃表面不能润湿水银等固体；如果浸润角小于90，则液体可以润湿像水一样干净的玻璃表面。 如果等于0，则表示完全湿透。 浸润角的大小可以实验测量，也可以用公式校正。 把浸润角和湿润方程式，可以被液体湿润的固体称为亲液性固体，不能被液体湿润的固体称为疏液性固体。 如果将半径r的毛细管插入液体中，液体能够润湿管壁，则管形成凹面，如果液体在毛细管中上升而不能润湿管壁，则在管上形成凸面，液体因毛细管而降低。 4 .毛细管现象、附加压力引起的液面和管外液面存在台阶的现象称为毛细管现象。 如果p、a、毛细管的半径为r、曲率半径r r=R/cos p=2/r=gh，则在一定温度下毛细管的

7、半径r越小，液体对管壁的润湿越好，液体因毛细管而上升。 当液体不能润湿管壁时，在900、cos 0、管上形成凸液面，h为负值，毛细管内液面低于管外液面，即在毛细管内液体下降。r、除地保水原理、干旱时农民可在锄地保持土壤水分，称为锄地保水。 锄地切断地表的毛细管，可以防止土壤中的水分沿着毛细管上升到表面挥发。 另一方面，水在土壤中的毛细管中呈现凹液面，因为饱和蒸汽压力比水平面小，所以用锄切断的毛细管容易使大气中的水分凝结，使土壤水分增加。 这就是锄地保水的科学道理。 1 .水被玻璃浸湿，水银未被玻璃浸湿，将玻璃毛细管分别插入水和水银中，以下记述不正确的原因是() a )管内水面为凹球面(b )管

8、内水银面为凸球面(c )管内水面高于水平面(d )管内水银面与水银平面一致。 2 .为了提高农药杀虫效果，应选择润湿角(90，90 ) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的溶剂。 3 .制造防水材料时，在表面涂布防水的界面激活剂，作为浸润角(90，90 ) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，8.3瓦斯气体的固体不具有流变性，因此不能像液体那样降低表面能尽可能减少。 固体表面分子通过使气体分子在固体表面相对凝聚，有降低固体表面能，稳定表面积大的固体体系的倾向。 气体分子聚集在固体表面的现象称为吸附剂这种被吸附的瓦斯气体称为吸附质。固体对气体的吸附根据其作用力的性质可分为两大类：非极

9、性吸附和化学吸附，固体对气体的吸附根据其作用力的性质可分为两大类：非极性吸附和化学吸附，各自的吸附特征和规律如下表所示化学吸附化学结合力起作用(b ) 非极性吸附具有选择性，化学吸附没有选择性，(c )非极性吸附速度快，化学吸附速度慢，(d )非极性吸附一般为单分子层或多分子层，化学吸附一般为单分子层，(a )吸附速度快，(b )吸附层为单分子层或多分子层，(c )吸附热小，(d )吸附力来源于化学键吸附一般没有选择性，液体、溶液、固体降低表面能的方法：液体尽量减小表面积，液滴、气泡固体主要通过吸附降低表面能。 溶液中，除了表面积收缩之外，为了降低表面能量而调整表面浓度(表面吸附)的溶质在表面

10、层与主体溶液中的浓度不同的现象称为“溶液的表面吸附”。 溶质的表面层浓度小于主体浓度，被称为“负吸附”的溶质的表面层浓度大于主体浓度，被称为“正吸附”。 8.4溶液的表面吸附因溶质分子的存在，溶液表面张力与纯溶剂不同。 Gibbs吸附式的物理意义是，每单位面积的表面层所含溶质的物质量，相同量的溶剂比主体溶液所含溶质的物质量多。 式中的g是表面吸附量，c是溶质的活性度，d/dc是等温下表面张力相对于溶质活性度的变化率。 正吸附和负吸附，石膏吸附式：1.d/dc0，增加溶质浓度降低表面张力，g为正值，正吸附。 表面层中的溶质浓度大于本体浓度。 界面激活剂就是这样的情况。 2.d/dc0，使溶质浓度

11、增加，使表面张力上升，g为负值，为负吸附。 表面层中的溶质浓度低于本体浓度。 非界面激活剂就是这样的情况。 界面激活剂、使溶液的表面张力显着降低的溶质被称为界面激活剂。 亲水化学基进入溶液内部，疏水化学基离开水指向空气，取向排列于表面，产生浓集。 界面激活剂的表面浓度比本体浓度大。 含有亲水极性化学基和疏水的无极性碳链或碳环有机化合物。 有父母性的特征。 界面激活剂：加入少量溶质后溶液的表面张力急剧降低，在某种程度上降低后变化缓慢。 负吸附：无机电解质，正吸附：可溶性有机物等，界面激活剂通常按化学结构分类，分为络离子型和非络离子型两种。 阳络离子型和阴络离子型的界面激活剂不能混合。 可能会沉淀

12、失去活性作用。 界面激活剂分类，8.5界面激活剂及其作用，胶束、界面激活剂是两亲媒分子。 溶解于水中达到一定浓度时，其非极性部分相互结合形成凝聚体，使防水性化学基朝向内侧，使亲水性化学基朝向外侧，这种多分子凝聚体称为胶束。 由于亲水化学基的不同和浓度的不同，形成的橡胶束可以呈现棒状、层状、球状等各种形状。 胶束、胶束、胶束、临界胶束浓度、临界胶束浓度简称CMC，表面激活剂在水中，此时溶液的性质与理想性质不一致，表面张力相对于浓度绘制不断增加激活剂浓度，表面张力不降低，体相中胶束不断增加、增大。临界胶束浓度(critical micelle concentration )、界面激活剂的重要作用、

13、界面激活剂的用途极其广泛，主要有五个方面：1 .湿润作用、界面激活剂可以降低液体的表面张力，改变浸润角的大小，从而达到必要的目的。 农药浸润植物表面时，在农药中加入界面激活剂，提高浸润程度，使其容易在茎叶中展开。 制造防水材料时，在表面涂布防水的界面激活剂，使浸润角大于90。 2 .可溶化作用，非极性有机物，例如苯在水中的溶解度小，如果加入油酸纳米金属钍等界面激活剂，苯在水中的溶解度大大增加，这被称为可溶化作用。 溶化作用与通常的溶解概念不同，溶化的苯并不是均匀地分散在水中，而是分散在由油酸根分子构成的胶束中。 经x射线衍射确认，溶化后的各种胶束在某种程度上增大，但溶液整体的依赖性基本没有变化

14、。 3 .一种或多种液体以直径超过10-7m的珠子分散在其他不混合的液体中形成的粗分散体系称为乳浊液的乳化作用。 简单的乳浊液通常分为两类。 不溶于水的有机物称为油，不连续地以珠状存在的相称为内相，连续存在的液相称为外相。 1 .水中油乳浊液，用O/W表示。 内相是油，外相是水，这个乳浊液可以用牛奶等水稀释。 2 .油包水乳浊液，用W/O表示。 内相是水，外相是油，例如从油井喷出的原油。 4、洗涤剂通常需要加入多种辅助成分，增加对被洗涤物的润湿作用，并使其变白，占领清洁表面，使其不再被污染等功能。 其中占主要成分的界面激活剂的去污过程可以用示意图说明：a .水的表面张力较大，对油污的润湿性能较

15、差，不易洗掉油污。 b .加入界面激活剂后，防水化学基向机织物表面吸附污垢，污垢逐渐离开表面。 c .污垢随水漂浮和泡沫浮在水面上被去除，干净的表面被激活剂分子占据。 液体、溶液、固体降低表面能的方法：液体尽量减小表面积，液滴、气泡都呈球状的溶液，除了表面积收缩外，为了降低表面能而调整表面浓度(表面吸附)固体主要通过吸附来降低表面能。 1 .将能够明确溶液表面张力的溶质称为界面激活剂，将该表面的浓度一种或多种物质分散到其他物质中，构成分散体系。 分散的物质称为分散相，另一种物质称为分散媒。 例如云、牛奶、珍珠、二分布系统、分子分布系统胶体分布系统粗分布系统、分散相粒子尺寸分类：8.6分布系统分

16、类、分散相粒子尺寸分类、1 .分子分布系统、分散相和分散媒以分子或离子的形式混溶，无界面，通常将该系统称为如CuSO4溶液的真溶液。 2 .胶体分散体系，分散相粒子半径为1 nm100 nm的体系。 目视是均匀的，但实际上是多相不均匀系统。 3 .当分散相粒子超过100 nm时，目视确认为混浊不均匀系，放置后黄河水等沉淀或分层的粗分散系。 Tyndall效应是判别溶胶和分子溶液的最简便的方法。 暗室中，使一束光通过透明的溶胶，从看起来与光垂直的混浊的光柱中获得Tyndall效果。 Tyndall效果的另一个特征是，不同方向观察的光柱有不同的颜色。 1. Tyndall效应、8.7溶胶的光学和力学性质、光散射现象是当光束通过色散系统时，一部分自由通过，一部分被吸收、反射或散射。 可见光的波长约为400700 nm。 (1)光束通过粗色散系时，粒子比入射光的