第七章表面化学PPT讲稿.ppt

第七章表面化学第1页，共73页，编辑于2022年，星期二界面界面(interface)(interface)表面表面(surface)(surface)定义：密切接触的两相之间的过度区定义：密切接触的两相之间的过度区(约几约几个分子的厚度个分子的厚度)称为称为界面界面，如果其中一相为，如果其中一相为气体，这种界面通常称为气体，这种界面通常称为表面表面。界面现象界面现象(interface Phenomena)(interface Phenomena)、表面现象、表面现象(surface Phenomena)(surface Phenomena)定义：在相界面上所发生的一切物理化学现定义：在相界面上所发生的一切物理化学现象。通常将气象。通常将气-液、气液、气-固界面现象称为固界面现象称为表面表面现象现象.第2页，共73页，编辑于2022年，星期二表面化学表面化学(界面化学界面化学)定义：以多相体系为对象，研究界面上特殊定义：以多相体系为对象，研究界面上特殊的物理化学性质和由此而产生的一系列现象的物理化学性质和由此而产生的一系列现象及其应用的科学。及其应用的科学。表面化学的理论被广泛应用于工农业、生物表面化学的理论被广泛应用于工农业、生物医学、能源、材料、气象及环境科学等各个医学、能源、材料、气象及环境科学等各个领域。领域。第3页，共73页，编辑于2022年，星期二粒子大小与比表面粒子大小与比表面例：例：1 cm3的物体，分割为小颗粒的物体，分割为小颗粒颗粒大小颗粒大小颗粒数颗粒数每粒表面积每粒表面积总表面积总表面积1 cm316 cm26 cm21m310126 m26 m21 nm310216 nm26000 m2 达到达到达到达到nmnm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。究热点。究热点。究热点。第4页，共73页，编辑于2022年，星期二比表面比表面 specific surface areaspecific surface area分散度分散度 degree of dispersiondegree of dispersion单位体积单位体积(单位质量单位质量)的物质所具有的表面积。的物质所具有的表面积。第5页，共73页，编辑于2022年，星期二表面表面Gibbs能能液体表面与体相分子受力情况液体表面与体相分子受力情况第6页，共73页，编辑于2022年，星期二比表面吉布斯能比表面吉布斯能(specific surface Gibbs energy)(specific surface Gibbs energy)在温度、压力和组成恒定的条件下，可逆扩在温度、压力和组成恒定的条件下，可逆扩张单位表面积张单位表面积A，体系，体系Gibbs能的增加。能的增加。第7页，共73页，编辑于2022年，星期二表面张力表面张力界面张力界面张力(interfacial tension)(interfacial tension)表面张力表面张力(surface tension)(surface tension)沿着与表面相切的方向，垂直作用于单位长沿着与表面相切的方向，垂直作用于单位长度相界面上的表面收缩力。度相界面上的表面收缩力。第8页，共73页，编辑于2022年，星期二表面张力的测定表面张力的测定表面张力仪表面张力仪(德国德国KRuSS公司公司)第9页，共73页，编辑于2022年，星期二表面的热力学关系式表面的热力学关系式有表面功时的热力学基本公式有表面功时的热力学基本公式“d dA As s”表示表面积的微变表示表面积的微变d dU U=T Td dS S-p pd dV V+d dA As s+B Bd dn nB B d dH H=T Td dS S+V Vd dp p+d dA As s+B Bd dn nB Bd dF F=-=-S Sd dT T-p pd dV V+d dA As s+B Bd dn nB Bd dG G=-=-S Sd dT T+V Vd dp p+d dA As s+B Bd dn nB B 又称为又称为单位表面亥姆霍茨自由能单位表面亥姆霍茨自由能或或单位表面吉布斯自由能单位表面吉布斯自由能，简称为，简称为单位表面自由能单位表面自由能第10页，共73页，编辑于2022年，星期二（4 4）影响表面张力的因素）影响表面张力的因素A A 分子间力的影响分子间力的影响(金属键金属键)(离子键离子键)(极性共价键极性共价键(非极性共价键非极性共价键)液体或固体中的分子间的相互作用力或化学键力越大，液体或固体中的分子间的相互作用力或化学键力越大，表面张力越大。一般表面张力越大。一般第11页，共73页，编辑于2022年，星期二 p，B(g);p，气体分子易被液面吸附，气体分子易被液面吸附;p，气体在液体中的溶解度增加。，气体在液体中的溶解度增加。一般一般p,液体的液体的 ，因为，因为C C 压力的影响压力的影响B B 温度的影响温度的影响一般一般T ,液体的液体的 这是由于物质的这是由于物质的 B(l)-B(g)，使表面使表面层分子受指向液体内部的拉力减小。层分子受指向液体内部的拉力减小。B液体的体积质量液体的体积质量第12页，共73页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 曲面的附加压力和蒸汽压曲面的附加压力和蒸汽压一、曲面的的附加压力一、曲面的的附加压力（一）弯曲液面的附加压力（一）弯曲液面的附加压力用一根玻璃管吹肥皂泡后用手堵住管口，肥皂用一根玻璃管吹肥皂泡后用手堵住管口，肥皂泡能存在一段时间，一松手肥皂泡将很快自动泡能存在一段时间，一松手肥皂泡将很快自动缩小。缩小。说明：说明：肥皂泡内外，即弯曲液面两侧存在压力肥皂泡内外，即弯曲液面两侧存在压力差，称为差，称为附加压力附加压力。第13页，共73页，编辑于2022年，星期二（二）杨（二）杨（二）杨（二）杨-拉普拉斯（拉普拉斯（拉普拉斯（拉普拉斯（Yang-LaplaceYang-LaplaceYang-LaplaceYang-Laplace）公式）公式）公式）公式附加压力的大小与液面曲率半径和表面张力有关。附加压力的大小与液面曲率半径和表面张力有关。附加压力的大小与液面曲率半径和表面张力有关。附加压力的大小与液面曲率半径和表面张力有关。如图：如图：如图：如图：毛细管下端有一半径为毛细管下端有一半径为毛细管下端有一半径为毛细管下端有一半径为r r r r的球形液滴，的球形液滴，的球形液滴，的球形液滴，p p p p内内内内=P=P外外外外+P+P+P+P。设在等温等压下，对活塞稍加压力，液滴体积增加设在等温等压下，对活塞稍加压力，液滴体积增加dVdVdVdV，表面积相应增加表面积相应增加表面积相应增加表面积相应增加dAdAdAdA，此时为克服表面张力产生的附加压力为，此时为克服表面张力产生的附加压力为，此时为克服表面张力产生的附加压力为，此时为克服表面张力产生的附加压力为P P P P，环境消耗的功和可逆增加掖滴表面积的吉布斯自由能，环境消耗的功和可逆增加掖滴表面积的吉布斯自由能，环境消耗的功和可逆增加掖滴表面积的吉布斯自由能，环境消耗的功和可逆增加掖滴表面积的吉布斯自由能相等，即相等，即相等，即相等，即P dV=dAP dV=dAP dV=dAP dV=dA液滴为为球形，液滴为为球形，液滴为为球形，液滴为为球形，A=4rA=4rA=4rA=4r2 2 2 2，Da=8rdrDa=8rdrDa=8rdrDa=8rdr；V=4/3rV=4/3rV=4/3rV=4/3r3 3 3 3；Dv=Dv=Dv=Dv=4r4r4r4r2 2 2 2drdrdrdrP=2/rP=2/r第14页，共73页，编辑于2022年，星期二由此可知：由此可知：由此可知：由此可知：1 1、对指定液体，弯曲液面附加压力的大小与曲率半径成、对指定液体，弯曲液面附加压力的大小与曲率半径成、对指定液体，弯曲液面附加压力的大小与曲率半径成、对指定液体，弯曲液面附加压力的大小与曲率半径成反比，方向指向液体曲面的球心；反比，方向指向液体曲面的球心；反比，方向指向液体曲面的球心；反比，方向指向液体曲面的球心；2 2、对凸液面（空气中的液滴），其曲率半径、对凸液面（空气中的液滴），其曲率半径、对凸液面（空气中的液滴），其曲率半径、对凸液面（空气中的液滴），其曲率半径r r为正值，为正值，为正值，为正值，P 0P 0，液体内，液体内，液体内，液体内部压力大于外界压力；对凹液面（如液体中的气泡），其曲率半径部压力大于外界压力；对凹液面（如液体中的气泡），其曲率半径部压力大于外界压力；对凹液面（如液体中的气泡），其曲率半径部压力大于外界压力；对凹液面（如液体中的气泡），其曲率半径r r为负为负为负为负值，值，值，值，P 0P 0P=4/r 0，对于水平液面，对于水平液面，对于水平液面，对于水平液面，r=r=，P=0P=0。(c)附加压力 p 总是指向球面的球心（或曲面的曲心)。附加压力方向示意图气液ppgpl(a)气液pplpg(b)p=0液气plpg第15页，共73页，编辑于2022年，星期二弯曲液面可分为两种：凸液面和凹液面，如图弯曲液面可分为两种：凸液面和凹液面，如图9-6所示。所示。(b)气泡（凹液面）气泡（凹液面）液气(a)液滴（凸液面）液滴（凸液面）气液(c)、两相平衡两相平衡液第16页，共73页，编辑于2022年，星期二3 3、不同液体，当曲率半径相同时，附加压力与液体的表、不同液体，当曲率半径相同时，附加压力与液体的表、不同液体，当曲率半径相同时，附加压力与液体的表、不同液体，当曲率半径相同时，附加压力与液体的表面张力成正比。面张力成正比。面张力成正比。面张力成正比。任意曲面的附加压力任意曲面的附加压力P与曲率半径及表面张力的关系：与曲率半径及表面张力的关系：与曲率半径及表面张力的关系：与曲率半径及表面张力的关系：P=（1/r1/r1 1+1/r2）杨杨-拉普拉斯公式拉普拉斯公式根据公式可以解释自由液滴或气泡（在不受外加力场影响根据公式可以解释自由液滴或气泡（在不受外加力场影响根据公式可以解释自由液滴或气泡（在不受外加力场影响根据公式可以解释自由液滴或气泡（在不受外加力场影响时）呈球形的原因。时）呈球形的原因。时）呈球形的原因。时）呈球形的原因。只有球形才最稳定只有球形才最稳定只有球形才最稳定只有球形才最稳定。式(9-14)表明p与 成正比，与r成反比。若弯曲液面为球面，则r1=r2=r，则(9-13)变为(9-1)第17页，共73页，编辑于2022年，星期二（三）毛细现象（三）毛细现象（三）毛细现象（三）毛细现象 将毛细管插入液面后，会发生液面沿毛细管上升将毛细管插入液面后，会发生液面沿毛细管上升(或或下降下降)的现象，称为的现象，称为毛细管现象毛细管现象。(a)液体在毛细管中上升h(b)液体在毛细管中下降h第18页，共73页，编辑于2022年，星期二 表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本原因，而毛表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本原因，而毛表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本原因，而毛表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本原因，而毛细现象则是弯曲液面具有附加压力的必然结果。细现象则是弯曲液面具有附加压力的必然结果。细现象则是弯曲液面具有附加压力的必然结果。细现象则是弯曲液面具有附加压力的必然结果。应用：应用：应用：应用：1 1、农民锄地、农民锄地，不仅可以锄杂草，还可以切断土地的毛细管，不仅可以锄杂草，还可以切断土地的毛细管，不仅可以锄杂草，还可以切断土地的毛细管，不仅可以锄杂草，还可以切断土地的毛细管，防止土壤中的水分沿毛细管上升到地表而被蒸发；防止土壤中的水分沿毛细管上升到地表而被蒸发；防止土壤中的水分沿毛细管上升到地表而被蒸发；防止土壤中的水分沿毛细管上升到地表而被蒸发；2 2、房屋建筑中防漏处理、房屋建筑中防漏处理、房屋建筑中防漏处理、房屋建筑中防漏处理，基层处理、涂膜防水、卷材防水，基层处理、涂膜防水、卷材防水；3 3、酒精灯的燃烧中、酒精灯的燃烧中、酒精灯的燃烧中、酒精灯的燃烧中，棉线将酒精通过毛细现象提升到灯头，棉线将酒精通过毛细现象提升到灯头，棉线将酒精通过毛细现象提升到灯头，棉线将酒精通过毛细现象提升到灯头；第19页，共73页，编辑于2022年，星期二vv二、曲面的蒸气压二、曲面的蒸气压vv（一）微小液滴的饱和蒸气压（一）微小液滴的饱和蒸气压（一）微小液滴的饱和蒸气压（一）微小液滴的饱和蒸气压开尔文公式开尔文公式开尔文公式开尔文公式vv该公式定量的描述了恒温下液体的饱和蒸气压与液滴半该公式定量的描述了恒温下液体的饱和蒸气压与液滴半该公式定量的描述了恒温下液体的饱和蒸气压与液滴半该公式定量的描述了恒温下液体的饱和蒸气压与液滴半径之间的关系：对于凸面液滴（径之间的关系：对于凸面液滴（径之间的关系：对于凸面液滴（径之间的关系：对于凸面液滴（rr 0），半径越小，蒸），半径越小，蒸气压愈大；对于凹面液泡（气压愈大；对于凹面液泡（r0r P P平平平平 P P凹凹凹凹 。第20页，共73页，编辑于2022年，星期二vv如某液体能润湿毛细管，在管内呈凹面，在某温度下，蒸气如某液体能润湿毛细管，在管内呈凹面，在某温度下，蒸气如某液体能润湿毛细管，在管内呈凹面，在某温度下，蒸气如某液体能润湿毛细管，在管内呈凹面，在某温度下，蒸气虽对平液面未饱和，但对管内凹液面已过饱和，这时蒸气将虽对平液面未饱和，但对管内凹液面已过饱和，这时蒸气将虽对平液面未饱和，但对管内凹液面已过饱和，这时蒸气将虽对平液面未饱和，但对管内凹液面已过饱和，这时蒸气将在毛细管内凝结成液体，这种现象叫在毛细管内凝结成液体，这种现象叫在毛细管内凝结成液体，这种现象叫在毛细管内凝结成液体，这种现象叫毛细管凝结毛细管凝结毛细管凝结毛细管凝结。vv硅胶自动吸附空气中的水蒸气，同时在其毛细管内凝结为硅胶自动吸附空气中的水蒸气，同时在其毛细管内凝结为硅胶自动吸附空气中的水蒸气，同时在其毛细管内凝结为硅胶自动吸附空气中的水蒸气，同时在其毛细管内凝结为水，达到干燥空气的目的；水，达到干燥空气的目的；水，达到干燥空气的目的；水，达到干燥空气的目的；vv冬天水泥地面冻裂也与毛细管凝结有关。冬天水泥地面冻裂也与毛细管凝结有关。冬天水泥地面冻裂也与毛细管凝结有关。冬天水泥地面冻裂也与毛细管凝结有关。vv结论：结论：半径减小时，凸面液滴蒸气压增大；凹面液泡半径减小时，凸面液滴蒸气压增大；凹面液泡蒸气压减小。蒸气压减小。第21页，共73页，编辑于2022年，星期二vv（二）微小晶体的溶解（二）微小晶体的溶解（二）微小晶体的溶解（二）微小晶体的溶解vv开尔文公式也可用于晶体物质，即微小晶体的饱和蒸气压大开尔文公式也可用于晶体物质，即微小晶体的饱和蒸气压大开尔文公式也可用于晶体物质，即微小晶体的饱和蒸气压大开尔文公式也可用于晶体物质，即微小晶体的饱和蒸气压大于大晶体的饱和蒸气压，根据亨利定律，晶体溶解于某溶于大晶体的饱和蒸气压，根据亨利定律，晶体溶解于某溶于大晶体的饱和蒸气压，根据亨利定律，晶体溶解于某溶于大晶体的饱和蒸气压，根据亨利定律，晶体溶解于某溶剂达到平衡时，溶液中溶质的浓度与其蒸气分压成正比，剂达到平衡时，溶液中溶质的浓度与其蒸气分压成正比，剂达到平衡时，溶液中溶质的浓度与其蒸气分压成正比，剂达到平衡时，溶液中溶质的浓度与其蒸气分压成正比，可以看出可以看出可以看出可以看出小晶体溶解度小晶体溶解度小晶体溶解度小晶体溶解度大。大。大。大。vv vv式中式中式中式中CrCr，C0分别表示相同温度下微小晶体和普通晶体的溶分别表示相同温度下微小晶体和普通晶体的溶解度。解度。vv结论：结论：微小晶体的溶解度大于大晶体的溶解度微小晶体的溶解度大于大晶体的溶解度微小晶体的溶解度大于大晶体的溶解度微小晶体的溶解度大于大晶体的溶解度。第22页，共73页，编辑于2022年，星期二vv应用：实验室常见的沉淀老化过程，即采用延长保温时间的应用：实验室常见的沉淀老化过程，即采用延长保温时间的应用：实验室常见的沉淀老化过程，即采用延长保温时间的应用：实验室常见的沉淀老化过程，即采用延长保温时间的方法使原来大小不一的结晶中的小晶体逐渐溶解，大晶体不方法使原来大小不一的结晶中的小晶体逐渐溶解，大晶体不方法使原来大小不一的结晶中的小晶体逐渐溶解，大晶体不方法使原来大小不一的结晶中的小晶体逐渐溶解，大晶体不断成长，结果晶体大小趋于一致。断成长，结果晶体大小趋于一致。断成长，结果晶体大小趋于一致。断成长，结果晶体大小趋于一致。vv推测：推测：推测：推测：微小晶体的熔点低于普通晶体的熔点微小晶体的熔点低于普通晶体的熔点。第23页，共73页，编辑于2022年，星期二三、亚稳状态和新相的生成三、亚稳状态和新相的生成三、亚稳状态和新相的生成三、亚稳状态和新相的生成由于新相的难以产生而引起各种过饱和现象出现。由于新相的难以产生而引起各种过饱和现象出现。（一）过饱和蒸气（一）过饱和蒸气一定温度下的蒸气，其分压超过该温度下的饱和蒸气一定温度下的蒸气，其分压超过该温度下的饱和蒸气压，应该凝结而未凝结的称为压，应该凝结而未凝结的称为过饱和蒸气过饱和蒸气过饱和蒸气过饱和蒸气。加入微小粒子可以作为蒸气的凝结中心，使蒸气在较加入微小粒子可以作为蒸气的凝结中心，使蒸气在较低的过饱和状态下开始在这些微粒表面凝结，如低的过饱和状态下开始在这些微粒表面凝结，如人工人工下雨下雨。第24页，共73页，编辑于2022年，星期二（二）过热液体（二）过热液体（二）过热液体（二）过热液体一定压力下的液体，其温度高于该压力下的沸点而一定压力下的液体，其温度高于该压力下的沸点而不沸腾。不沸腾。原因：原因：原因：原因：液体在沸腾时，不仅在液体表面进行汽化，而液体在沸腾时，不仅在液体表面进行汽化，而且在液体内部要自动生成极微小的气泡（新相），且在液体内部要自动生成极微小的气泡（新相），但凹液面的附加压力小，使气泡无法生成。但凹液面的附加压力小，使气泡无法生成。第25页，共73页，编辑于2022年，星期二凹液面的附加压力是造成液体过热的原因，为避免过热液凹液面的附加压力是造成液体过热的原因，为避免过热液凹液面的附加压力是造成液体过热的原因，为避免过热液凹液面的附加压力是造成液体过热的原因，为避免过热液体暴沸，通常先在液体中加入沸石或一端封闭的毛细管体暴沸，通常先在液体中加入沸石或一端封闭的毛细管体暴沸，通常先在液体中加入沸石或一端封闭的毛细管体暴沸，通常先在液体中加入沸石或一端封闭的毛细管（可以在热溶液中投入吗可以在热溶液中投入吗可以在热溶液中投入吗可以在热溶液中投入吗？），由于沸石和毛细管小孔内？），由于沸石和毛细管小孔内？），由于沸石和毛细管小孔内？），由于沸石和毛细管小孔内有气体，加热时这些气体成为新相种子，克服了产生微小有气体，加热时这些气体成为新相种子，克服了产生微小有气体，加热时这些气体成为新相种子，克服了产生微小有气体，加热时这些气体成为新相种子，克服了产生微小气泡的困难阶段，使液体的过热程度大大降低。气泡的困难阶段，使液体的过热程度大大降低。气泡的困难阶段，使液体的过热程度大大降低。气泡的困难阶段，使液体的过热程度大大降低。不断搅不断搅不断搅不断搅拌起同样的作用拌起同样的作用拌起同样的作用拌起同样的作用。第26页，共73页，编辑于2022年，星期二（三）过冷液体和过饱和液体（三）过冷液体和过饱和液体（三）过冷液体和过饱和液体（三）过冷液体和过饱和液体按相平衡条件，应当凝固而未凝固的液体或应有晶体析出而未析按相平衡条件，应当凝固而未凝固的液体或应有晶体析出而未析按相平衡条件，应当凝固而未凝固的液体或应有晶体析出而未析按相平衡条件，应当凝固而未凝固的液体或应有晶体析出而未析出的溶液分别称为出的溶液分别称为出的溶液分别称为出的溶液分别称为过冷液体和过饱和液体过冷液体和过饱和液体过冷液体和过饱和液体过冷液体和过饱和液体。原因：原因：原因：原因：是由于微小晶体的饱和蒸气压大于普通晶体的饱和蒸是由于微小晶体的饱和蒸气压大于普通晶体的饱和蒸是由于微小晶体的饱和蒸气压大于普通晶体的饱和蒸是由于微小晶体的饱和蒸气压大于普通晶体的饱和蒸气压，由此导致微小晶体熔点低于普通晶体的熔点；由于微气压，由此导致微小晶体熔点低于普通晶体的熔点；由于微气压，由此导致微小晶体熔点低于普通晶体的熔点；由于微气压，由此导致微小晶体熔点低于普通晶体的熔点；由于微小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度，当对溶液进行恒温小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度，当对溶液进行恒温小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度，当对溶液进行恒温小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度，当对溶液进行恒温蒸发达到普通晶体溶质的饱和浓度时，对微小晶体溶质还没蒸发达到普通晶体溶质的饱和浓度时，对微小晶体溶质还没蒸发达到普通晶体溶质的饱和浓度时，对微小晶体溶质还没蒸发达到普通晶体溶质的饱和浓度时，对微小晶体溶质还没有达到饱和状态。有达到饱和状态。有达到饱和状态。有达到饱和状态。应用：应用：生产上，常加入新相种子，使过冷液体凝固或过饱生产上，常加入新相种子，使过冷液体凝固或过饱和溶液析出溶质晶体。和溶液析出溶质晶体。第27页，共73页，编辑于2022年，星期二vv按照热力学观点，上述过热、过冷、过饱和现象按照热力学观点，上述过热、过冷、过饱和现象均不是真正的平衡状态，它们是偏离平衡而处于均不是真正的平衡状态，它们是偏离平衡而处于高能量的状态，但往往又能维持相当长时间而存高能量的状态，但往往又能维持相当长时间而存在，这种状态称为在，这种状态称为亚稳状态亚稳状态亚稳状态亚稳状态。第28页，共73页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 润湿和铺展润湿和铺展一、固体的润湿一、固体的润湿一、固体的润湿一、固体的润湿 固体表面上的气体被液体所取代的过程。固体表面上的气体被液体所取代的过程。由于固体表面张力由于固体表面张力由于固体表面张力由于固体表面张力 固固固固和和和和 固液固液固液固液无法直接测定，一般用易测无法直接测定，一般用易测无法直接测定，一般用易测无法直接测定，一般用易测定的接触角定的接触角定的接触角定的接触角来表示液体在固体表面上的润湿能力。来表示液体在固体表面上的润湿能力。来表示液体在固体表面上的润湿能力。来表示液体在固体表面上的润湿能力。杨氏方程（杨氏方程（T.YoungT.Young，1805年）年）年）年）固气固气=液固液固液固液固+液气液气液气液气coscos 或或或或cos=cos=（固气固气固气固气-液固液固液固液固）/液气液气 第29页，共73页，编辑于2022年，星期二接触角接触角接触角接触角 的大小反映了液体在固体表面的润湿情况。的大小反映了液体在固体表面的润湿情况。0 0 90 90 ，表示液体在固体表面上润湿，呈棱镜状。，表示液体在固体表面上润湿，呈棱镜状。，表示液体在固体表面上润湿，呈棱镜状。，表示液体在固体表面上润湿，呈棱镜状。9090 180 液气液气液气液气时，杨氏方程不再适用，应用铺展系时，杨氏方程不再适用，应用铺展系时，杨氏方程不再适用，应用铺展系时，杨氏方程不再适用，应用铺展系数数数数S S作为液体在固体表面铺展的判据。作为液体在固体表面铺展的判据。作为液体在固体表面铺展的判据。作为液体在固体表面铺展的判据。S S液固液固=固气固气-液液固固-液气液气液气液气当当当当S0S0，液体在固体表面自动铺展。，液体在固体表面自动铺展。，液体在固体表面自动铺展。，液体在固体表面自动铺展。第31页，共73页，编辑于2022年，星期二接触角的测定有接触角的测定有接触角的测定有接触角的测定有插板法、投影量角法、测高法插板法、投影量角法、测高法插板法、投影量角法、测高法插板法、投影量角法、测高法等，但这等，但这等，但这等，但这些方法由于界面易受外界污染及固体表面并非理想光滑，些方法由于界面易受外界污染及固体表面并非理想光滑，些方法由于界面易受外界污染及固体表面并非理想光滑，些方法由于界面易受外界污染及固体表面并非理想光滑，测量结果的重复性差。测量结果的重复性差。测量结果的重复性差。测量结果的重复性差。第32页，共73页，编辑于2022年，星期二二、液体的铺展二、液体的铺展液体的铺展液体的铺展液体的铺展液体的铺展：液体在一固体表面或另一种液体表面自动：液体在一固体表面或另一种液体表面自动：液体在一固体表面或另一种液体表面自动：液体在一固体表面或另一种液体表面自动展开，形成一层薄膜的过程。展开，形成一层薄膜的过程。展开，形成一层薄膜的过程。展开，形成一层薄膜的过程。S S油水油水油水油水0 0，油滴在水面上铺展，油滴在水面上铺展，油滴在水面上铺展，油滴在水面上铺展，S S油水油水00，不能铺展。，不能铺展。，不能铺展。，不能铺展。两种液体接触时的情况和相互饱和后的情况不同，两种液体接触时的情况和相互饱和后的情况不同，两种液体接触时的情况和相互饱和后的情况不同，两种液体接触时的情况和相互饱和后的情况不同，油油、水水可能有所变化，铺展系数也会改变。可能有所变化，铺展系数也会改变。可能有所变化，铺展系数也会改变。可能有所变化，铺展系数也会改变。第33页，共73页，编辑于2022年，星期二例题：例题：例题：例题：一滴油酸在一滴油酸在一滴油酸在一滴油酸在2020时，落在洁净水面上，已知：时，落在洁净水面上，已知：水水水水=7310=7310=7310=7310-3-3-3-3 Nm Nm Nm Nm-1-1，油酸油酸=3210=3210=3210=3210-3-3-3-3 Nm Nm Nm Nm-1-1-1-1，油酸油酸油酸油酸,水水水水=1210=1210=1210=1210-3-3 NmNmNmNm-1-1 ，油酸与水相互饱和后，油酸与水相互饱和后，油酸油酸油酸油酸=油酸油酸油酸油酸 ，水水水水=4010=4010=4010=4010-3-3 Nm Nm Nm Nm-1-1据此判断：据此判断：据此判断：据此判断：油酸在水面上开始与终了的形状。油酸在水面上开始与终了的形状。油酸在水面上开始与终了的形状。油酸在水面上开始与终了的形状。水水水水滴在油酸表面上的形状又如何？滴在油酸表面上的形状又如何？滴在油酸表面上的形状又如何？滴在油酸表面上的形状又如何？第34页，共73页，编辑于2022年，星期二解解解解:S S油酸油酸油酸油酸,水水水水=水水水水-油酸油酸油酸油酸-油酸油酸,水水=2910=2910=2910=2910-3-3-3-3 Nm Nm Nm Nm-1-1-1-1S油酸油酸油酸油酸,水水水水=水水水水-油酸油酸油酸油酸-油酸油酸油酸油酸,水水=-410=-410=-410=-410-3-3 Nm Nm Nm Nm-1-1-1-1开始时油酸在水面上铺展成膜，终了时油酸缩回成椭球开始时油酸在水面上铺展成膜，终了时油酸缩回成椭球状。状。解解:S S水水水水,油酸油酸油酸油酸=油酸油酸-水水水水-油酸油酸油酸油酸,水水=-5310=-5310-3-3 Nm Nm Nm Nm-1-1-1-1SS水水,油酸油酸=油酸油酸油酸油酸-水水水水-油酸油酸油酸油酸,水水=-2010=-2010-3-3-3-3NmNmNmNm-1-1-1-1水在油酸中始终成椭球状，不能铺展。水在油酸中始终成椭球状，不能铺展。水在油酸中始终成椭球状，不能铺展。水在油酸中始终成椭球状，不能铺展。第35页，共73页，编辑于2022年，星期二润湿与铺展的原理在医药上的应用：润湿与铺展的原理在医药上的应用：农药与叶面、虫体的润湿、铺展直接影响药效；农药与叶面、虫体的润湿、铺展直接影响药效；农药与叶面、虫体的润湿、铺展直接影响药效；农药与叶面、虫体的润湿、铺展直接影响药效；制剂活性与原辅料的润湿性有关；制剂活性与原辅料的润湿性有关；外用制剂与皮肤、粘膜的润湿性；外用制剂与皮肤、粘膜的润湿性；外用制剂与皮肤、粘膜的润湿性；外用制剂与皮肤、粘膜的润湿性；第36页，共73页，编辑于2022年，星期二第四节第四节 溶液的表面吸附溶液的表面吸附vv（一）表面张力等温线（一）表面张力等温线（一）表面张力等温线（一）表面张力等温线vv在恒温条件下，将各种不同浓度溶液的表面张力与对在恒温条件下，将各种不同浓度溶液的表面张力与对应的浓度作图，所得的曲线。应的浓度作图，所得的曲线。vv有三种曲线：有三种曲线：第37页，共73页，编辑于2022年，星期二图9-15溶液的表面张力与浓度的关系c水中加无机酸、碱、盐等。水中加有机酸、醇、酯、醚、酮等。水中加入肥皂、合成洗涤剂等。第38页，共73页，编辑于2022年，星期二（二）溶液的表面吸附现象（二）溶液的表面吸附现象若溶剂中加入溶质后表面张力降低，则溶质将从溶液的若溶剂中加入溶质后表面张力降低，则溶质将从溶液的若溶剂中加入溶质后表面张力降低，则溶质将从溶液的若溶剂中加入溶质后表面张力降低，则溶质将从溶液的本体中自动富集于表面层，增加表面浓度，使溶液的表本体中自动富集于表面层，增加表面浓度，使溶液的表本体中自动富集于表面层，增加表面浓度，使溶液的表本体中自动富集于表面层，增加表面浓度，使溶液的表面张力降低得更多。面张力降低得更多。面张力降低得更多。面张力降低得更多。若溶剂中加入溶质后表面张力增加，则溶质会自动若溶剂中加入溶质后表面张力增加，则溶质会自动离开表面层而进入溶液的本体中。离开表面层而进入溶液的本体中。当这两种相反的趋势达到平衡，溶质在表面层和溶液内当这两种相反的趋势达到平衡，溶质在表面层和溶液内当这两种相反的趋势达到平衡，溶质在表面层和溶液内当这两种相反的趋势达到平衡，溶质在表面层和溶液内部中浓度不同的现象叫部中浓度不同的现象叫部中浓度不同的现象叫部中浓度不同的现象叫溶液的表面吸附溶液的表面吸附。第39页，共73页，编辑于2022年，星期二溶质在表面层浓度大于本体浓度的叫溶质在表面层浓度大于本体浓度的叫溶质在表面层浓度大于本体浓度的叫溶质在表面层浓度大于本体浓度的叫正吸附正吸附正吸附正吸附；表面层浓度小于本体浓度的叫表面层浓度小于本体浓度的叫表面层浓度小于本体浓度的叫表面层浓度小于本体浓度的叫负吸附负吸附。凡能使溶液表面张力增加的物质叫凡能使溶液表面张力增加的物质叫凡能使溶液表面张力增加的物质叫凡能使溶液表面张力增加的物质叫表面惰性物质表面惰性物质表面惰性物质表面惰性物质；凡能使溶液表面张力降低的物质，叫做凡能使溶液表面张力降低的物质，叫做表面活性剂表面活性剂。第40页，共73页，编辑于2022年，星期二l l表面超量表面超量(surface excess)与与Gibbs面面l l吉布斯吸附等温式：吉布斯吸附等温式：l l式中式中是溶液中溶质的活度；是溶液中溶质的活度；是溶液表面张力；是溶液表面张力；是表面吸附量是表面吸附量l l表面吸附量表面吸附量：单位面积的的表面层中，所含溶：单位面积的的表面层中，所含溶质的物质的量与同量溶剂在本体溶液中所含溶质质的物质的量与同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的差，也称的物质的量的差，也称表面超量表面超量。第41页，共73页，编辑于2022年，星期二GibbsGibbs面面面面的定义：的定义：的定义：的定义：实际情况下，两相交界处有一界面层，在界面层中找出实际情况下，两相交界处有一界面层，在界面层中找出实际情况下，两相交界处有一界面层，在界面层中找出实际情况下，两相交界处有一界面层，在界面层中找出一个面，使溶剂在此面上的超量为一个面，使溶剂在此面上的超量为一个面，使溶剂在此面上的超量为一个面，使溶剂在此面上的超量为0，这个面叫，这个面叫GibbsGibbs面。溶质在面。溶质在面。溶质在面。溶质在GibbsGibbs面上的超量有明确的物理意义和一定面上的超量有明确的物理意义和一定面上的超量有明确的物理意义和一定面上的超量有明确的物理意义和一定的值。的值。的值。的值。GibbsGibbsGibbsGibbs面上溶质的表面超量的物理意义：面上溶质的表面超量的物理意义：面上溶质的表面超量的物理意义：面上溶质的表面超量的物理意义：从体相中取一定量溶液，使其中溶剂的摩尔数与界面从体相中取一定量溶液，使其中溶剂的摩尔数与界面从体相中取一定量溶液，使其中溶剂的摩尔数与界面从体相中取一定量溶液，使其中溶剂的摩尔数与界面层中溶剂的摩尔数相等，单位面积的界面层中溶质超层中溶剂的摩尔数相等，单位面积的界面层中溶质超层中溶剂的摩尔数相等，单位面积的界面层中溶质超层中溶剂的摩尔数相等，单位面积的界面层中溶质超过体相中的摩尔数。过体相中的摩尔数。过体相中的摩尔数。过体相中的摩尔数。第42页，共73页，编辑于2022年，星期二第五节第五节 不溶性表面膜不溶性表面膜不溶性物质（如长链脂肪酸和脂肪醇），在适当溶剂帮助不溶性物质（如长链脂肪酸和脂肪醇），在适当溶剂帮助不溶性物质（如长链脂肪酸和脂肪醇），在适当溶剂帮助不溶性物质（如长链脂肪酸和脂肪醇），在适当溶剂帮助下，能在水面上形成厚度为一个分子的表面膜，其亲水基下，能在水面上形成厚度为一个分子的表面膜，其亲水基下，能在水面上形成厚度为一个分子的表面膜，其亲水基下，能在水面上形成厚度为一个分子的表面膜，其亲水基位于水相，憎水基指向水相外，这种膜被称为位于水相，憎水基指向水相外，这种膜被称为位于水相，憎水基指向水相外，这种膜被称为位于水相，憎水基指向水相外，这种膜被称为单分子表面单分子表面单分子表面单分子表面膜膜膜膜（monolayermonolayer）。）。）。）。一、表面压及其测定一、表面压及其测定一、表面压及其测定一、表面压及其测定（一）表面压（一）表面压 =0-表面压表面压表面压表面压 ：是膜对单位长度浮物所施加的力，等于纯液体：是膜对单位长度浮物所施加的力，等于纯液体：是膜对单位长度浮物所施加的力，等于纯液体：是膜对单位长度浮物所施加的力，等于纯液体的表面张力与铺上膜后的表面张力之差；的表面张力与铺上膜后的表面张力之差；的表面张力与铺上膜后的表面张力之差；的表面张力与铺上膜后的表面张力之差；第43页，共73页，编辑于2022年，星期二（二）表面压的测定（二）表面压的测定膜天平法膜天平法第44页，共73页，编辑于2022年，星期二二、不溶性表面膜的应用二、不溶性表面膜的应用二、不溶性表面膜的应用二、不溶性表面膜的应用（一）（一）（一）（一）分子结构的测定分子结构的测定分子结构的测定分子结构的测定（二）（二）（二）（二）高分子分子量的测定高分子分子量的测定高分子分子量的测定高分子分子量的测定根据膜的状态方程根据膜的状态方程根据膜的状态方程根据膜的状态方程（-nA-nA0 0）=nRT=WRT/M=nRT=WRT/M以以以以对对对对作图，得一直线，将直线外推至作图，得一直线，将直线外推至=0=0处，纵坐处，纵坐处，纵坐处，纵坐标上的值为标上的值为标上的值为标上的值为A=WRT/MA=WRT/M，求出，求出，求出，求出M。许多可铺展的物质用此法测定许多可铺展的物质用此法测定许多可铺展的物质用此法测定许多可铺展的物质用此法测定MM，结果与渗透压法、超离心，结果与渗透压法、超离心，结果与渗透压法、超离心，结果与渗透压法、超离心法或粘度法测定的值相等。法或粘度法测定的值相等。法或粘度法测定的值相等。法或粘度法测定的值相等。优点：优点：可测定分子量小于可测定分子量小于可测定分子量小于可测定分子量小于25000的物质的的物质的的物质的的物质的MM；需要的样品量；需要的样品量；需要的样品量；需要的样品量少。少。少。少。第45页，共73页，编辑于2022年，星期二（三）（三）（三）（三）抑制液体的蒸发抑制液体的蒸发 水面上覆盖一层不溶性单分子膜，可使水的蒸发过程水面上覆盖一层不溶性单分子膜，可使水的蒸发过程水面上覆盖一层不溶性单分