10界面现象 物理化学 教学课件.ppt

第十章 界面现象 学习要求： 引 言 2.气-固界面 3.液-液界面 4.液-固界面 5.固-固界面 界面现象的本质 §10.1 表面张力1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数 表面张力 3.界面张力及其影响因素 §10.2 弯曲液面的附加压力1.弯曲液面的附加压力 2.弯曲表面上附加压力与曲率半径的关系——拉普拉斯方程 §10.3 润湿现象与杨氏方程1.接触角与杨氏方程 2.润湿现象 2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔文公式 3.亚稳状态及新相的生成 §10.3 固体表面 1.物理吸附与化学吸附 2.等温吸附 3.吸附经验式——弗罗因德利希公式 4.朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式 朗缪尔的生平简介 5.多分子层吸附理论——BET公式 BET公式 BET公式 BET公式 6.吸附热力学 §10.4 液-固界面1.接触角与杨氏方程 2.润湿现象 3.固体自溶液中的吸附 §10.5 溶液表面1.溶液表面的吸附现象 2.表面过剩与吉布斯吸附等温式 3.表面活性物质在吸附层的定向排列 4.表面活性物质 由Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子层吸附公式简称BET公式。 他们接受了Langmuir理论中关于固体表面是均匀以及各处的吸附能力相同的观点，但他们认为吸附是多分子层的。被吸附的分子与碰撞在其上面的气体分子之间仍可发生吸附作用。 在这个基础上他们导出了BET吸附二常数公式。 式中两个常数为c和Vm，c是与吸附热有关的常数，Vam为铺满单分子层所需气体的体积。p和V分别为吸附时的压力和体积，p*是实验温度下吸附质的饱和蒸气压。 为了使用方便，将二常数公式改写为： 用实验数据 对 作图，得一条直线。从直线的斜率和截距可计算两个常数值c和Vam，从Vam可以计算吸附剂的比表面： Am是吸附质分子的截面积，要换算到标准状态(STP)。 为了计算方便起见，二常数公式较常用，比压一般控制在0.05~0.35之间。 比压太低，建立不起多分子层物理吸附； 比压过高，容易发生毛细凝聚，使结果偏高。 吸附热的定义： 吸附热的取号： 在吸附过程中的热效应称为吸附热。物理吸附过程的热效应相当于气体凝聚热，很小；化学吸附过程的热效应相当于化学键能，比较大。 吸附是放热过程，但是习惯把吸附热都取成正值。 固体在等温、等压下吸附气体是一个自发过程，ΔG0，气体从三维运动变成吸附态的二维运动，熵减少， ΔS0，ΔH=ΔG+TΔS， ΔH0。 即 公式的推导与克-克方程的推导十分类似，得到 摩尔吸附焓： 吸附热计算 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(contact angle)，通常用q 表示。 若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面； 若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。 接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算： 杨氏(YoungT)方程 杨氏(YoungT)方程 沾湿(adhension)过程是气-固和气-液界面消失，形成液-固界面的过程。 浸湿(immersion)是将固体浸入液体，气-固界面完全被液-固界面取代的过程。 润湿是固体表面上的气体被液体取代的过程。 润湿的分类 ： 铺展(spreading)是少量液体在固体表面上自动展开，形成一层薄膜的过程。 S 称为铺展系数。液体在固体表面上铺展的必要条件为S≥0。S越大，铺展性能越好。若S＜0，则不能铺展。 习惯上人们更常用接触角来判断液体对固体的润湿： 把θ＜90°的情形称为润湿； θ＞90°时称为不润湿； θ=0°或不存在时称为完全润湿。 固体自溶液对溶质的吸附量可用溶液浓度的变化来计算 固体自稀溶液中的吸附量可用朗缪尔吸附等温式（或弗罗因德利希）来计算 或 溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中的浓度不同的现象称为溶液表面的吸附。 表面的浓度高于本体浓度，这种现象称为正吸附。表面层的浓度低于本体浓度称为负吸附。 那些溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质称为表面活性物质或表面活性剂(surface-active agent)。 定义: 即为表面过剩，单位为 在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，称为溶质的表面过剩或