物理化学第十三章 表面物理化学.pptVIP

第十三章 表面物理化学 Interface Physical Chemistry 引 言 2.气-固界面 3.液-液界面 4.液-固界面 5.固-固界面 举例： 13-1 表面张力及表面吉布斯自由能 （2）表面张力(surface tension) 如果在活动边框上挂一重物，使重物质量m2与边框质量m1所产生的重力F [ F=(m1+m2)g ]与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。 两力平衡时 F = (m1+m2)g = ?·2l （3）表面功、表面吉布斯自由能 （4）表面张力与表面吉布斯函数关系 三、影响表面张力的因素 第Ⅰ类，溶液表面张力随溶质浓度增加而逐渐降低，一般相对分子质量较低的极性有机物，如醇、醛、酯、胺及其衍生物的水溶液属于此类——表面活性物质。 第Ⅱ类，溶液表面张力随溶质浓度增加以近于直线的关系而缓慢升高。多数无机盐、非挥发性的酸或碱及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物的水溶液属于这一类型—非表面活性物质。 第Ⅲ类，溶液表面张力在溶质浓度很低时急剧下降，至一定浓度后溶液表面张力随浓度变化很小。属于这一类的溶质主要是含长碳链的羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐、苯磺酸盐和季铵盐——表面活性剂。 从广义上讲，能够降低溶剂表面张力的溶质相对于溶剂而言就称之为表面活性物质，反之即为非表面活性物质。 13-2 弯曲液面的附加压和蒸气压 2.毛细现象 讨论： 13-6 液?固界面?润湿作用 13-7 表面活性剂及其作用 浮游选矿 Langmuir的生平简介 2.物理吸附和化学吸附 8.吸附热力学 3.固体在溶液中的吸附 (Ⅳ)多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。例如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。 (Ⅴ)发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。例如373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。 三、Langmuir 吸附等温式 ——朗缪尔单分子层吸附理论 1. 基本假定： (a)固体表面是均匀的。 (b)吸附是单分子层的吸附。 (c)被吸附分子之间没有相互作用。 (d)在一定条件下，吸附和解吸之间可以建立动态平衡。 ? ——固体表面被吸附的气体分子所覆盖的分数（或称覆盖率、覆盖度） 吸附速率 ra ra=ka?p? (1－?) ——ka为吸附速率常数，p为吸附气体的平衡压力 解吸附速率 rd rd=kd?? ——kd为解吸速率常数 1?? ——表面尚未被覆盖的分数 2. 吸附等温式 在一定温度下吸附达到平衡时， kap(1－?) = kd? 解得 令 —Langmuir吸附等温式 ?a是吸附作用平衡常数（吸附系数），表示固体表面吸附气体能力的强弱程度；a越大，吸附能力越强。 ?a值的大小与温度、吸附剂与吸附质的本性有关。 ? a的量纲：压力-1。 二、接触角与润湿方程 　　在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角，用?表示。 达到平衡时三种界面张力存在下列关系 （13.45） ——Young润湿方程 讨论： (b) 如果　　　　　　　　，而　　　　　，则　　　　　　　，　　　，表示液体能润湿固体。 (a) 如果　　　　　　　　，则　　　　，　　 ，表示液体对固体能完全润湿即能完全展开。 (c) 如果　　　　　　，则　　　　，　　　　，说明固体不能被液体所润湿。 (d) 如果　　　　　　　　，则 　　　　，　　　，表示液体对固体完全不润湿。 （13.48） 接触角 ? 与液体表面张力 ? ?铺展系数。 能被液体所润湿的固体称为亲液性固体(如亲水性固体)； 不能被液体润湿的固体称为憎液性固体(如憎水性固体)。 一、 表面活性剂的结构特征与分类 表面活性剂的结构：同时含有亲水性的极性基团和非极性的憎水基团。具有两亲性质，被称为两亲分子。 憎水基团 亲水基团 表面活性剂的分类： 1.离子型 2.非离子型 阳离子型 阴离子型 两性型 表面活性剂 1、在界面上定向排列 亲水基团钻入水中，憎水基团翘出水面→表面活性分子定向排列在界面层上。 二、表面活性剂的基本性质 2、能显著降低表面张力—正吸附。 式中?∞被称为饱和吸附量。 当浓度很小时，kc21， 当浓度足够大时，kc21， 吸附等温线 由饱和吸附量计算出紧密排列时每个分子所占据的横截面积。 根据 ?∞ 的量纲mol·m－2，可将其当作单位表面上溶质的总物质的量，它的倒数 1/? 即为每摩尔分子所占的溶液表面积，亦即紧密排列时每摩尔