第八章--表面现象与分散系统-物理化学教学课件.ppt

第八章 表面现象与分散系统（一）表面现象8.1 表面吉布斯函数与表面张力图8.1 表面分子与内部分子能量不同由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功，此功称为“表面功”，即扩展表面而做的功。表面扩展完成后，表面功转化为表面分子的能量，因此，表面上的分子比内部分子具有更高的能量。在一定的温度与压力下，称为表面吉布斯函数或简称为表面能，其单位为Jm-2。其物理意义是：在定温定压条件下，增加单位表面积引起系统吉布斯函数的增量。又称为表面张力，其单位为Nm-1。此时它的物理意义为：在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面紧缩力。（3）压力的影响：表面张力一般随压力的增加而下降。8.2 纯液体的表面现象纯液体的表面现象 1.附加压力附加压力 如果两相间存在弯曲液面，表面张力就会导致弯曲液面处两边的压力各不相同，它们的差值就是附加压力。（2）温度的影响：温度升高，表面张力下降；（1）分子间相互作用力的影响；影响表面张力的因素：图 8.2 附加压力与曲率半径的关系3.液体的润湿与铺展液体的润湿与铺展 图8.4 接触角与各表面张力的关系若接触角大于90，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。若=0完全润湿；=180完全不润湿能被某种液体润湿的固体称为该种液体的亲液性固体，反之则称为该液体的憎液性固体。4.毛细管现象毛细管现象 90，cos0，液体对毛细管壁润湿，液体上升；90cos0，液体对毛细管壁不润湿，液体下降。8.3 气体在固体表面上的吸附气体在固体表面上的吸附 气体分子在固体表面上相对聚集的现象称为气体在固体表面上的吸附，简称气固吸附。吸附气体的固体称为吸附剂。被吸附的气体称为吸附质。1.气固吸附的一般常识气固吸附的一般常识(1)吸附的类型按固体表面分子对被吸附气体分子作用力性质的不同，可将吸附分为：物理吸附和化学吸附。(2)吸附平衡与吸附量达到吸附平衡时，单位质量吸附剂所能吸附的气体的物质的量或这些气体在标准状况下的体积称为吸附量，用a表示，即a=n/m(单位为mol/g)或a=V/m(单位为m3/g)。（iii）吸附等温线 吸附温度一定时，反映吸附质平衡分压与吸附量之间关系的曲线。图 8.7 几种类型的吸附等温线2.朗格缪尔吸附等温式朗格缪尔吸附等温式(1)气体在固体表面的吸附是单分子层的；(2)吸附分子之间无相互作用力。两个假定：例2 教材396页例23.BET多分子层吸附等温式它适用于单分子层和多分子层吸附。BET公式的应用：测定和计算固体吸附剂的比表面积。例3 教材298页例32.吉布斯吸附公式吉布斯吸附公式式中称为表面吸附量：单位面积的表面层所含溶质的物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。表面吸附量的求算方法：（a）在不同浓度时测定溶液表面张力，以对c作图；例4 教材303页例4(b)归纳溶液表面张力与浓度的解析关系式，然后求微商。例如有机酸同系物有如下经验公式：3.表面活性剂的吸附层结构图8.9 吸附量随浓度的变化讨论：4.表面膜8.5 表面活性剂及其作用1.表面活性剂的分类通常情况下可以分为四类：能使溶液表面张力显著降低的物质称为表面活性剂。阳离子型；阴离子型；非离子型；两性型图8.10 各种形状的胶束2.胶束和临界胶束浓度表面活性剂在水溶液中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度（critical micella concentrationCMC）。3.表面活性剂的作用(a)润湿作用；(b)增溶作用；(c)乳化作用；(d)起泡作用；(e)洗涤作用。2.布朗运动产生原因：溶胶粒子对入射光产生散射作用。用途：可用于鉴别透明溶液是溶胶，还是真溶液或纯液体。布朗运动的速率取决于粒子的大小、温度和介质的黏度等。粒子越小、温度越高、黏度越小，运动速率则越大。3.扩散8.7 溶胶的光学及力学性质溶胶的光学及力学性质 1.丁达尔效应丁达尔效应：让一束光线通过一透明的溶胶，从垂直于光束的方向可以看到溶胶中出现一浑浊发亮的光柱。特点：分散相粒子的体积越大，散射光越强；分散相与分散介质对光的折射率差别越大，散射光越强。菲克定律:4.沉降与平衡 溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。这种平衡称为沉降平衡。8.8 溶胶的电性质1.电动现象 在外电场作用下，分散相和分散介质发生相对移动的现象称为溶胶的电动现象。它包括电泳和电渗两种。电泳：在电场作用下，固体的分散相粒子在液体介质中做定向移动。图8.11 电泳仪图8.12 电渗3.溶胶粒子的双电层图8.13 双电层示意图-电解质对电动电势的影响分散相固体表面与溶液本体之间的电势差称为热力学电势，用表示。紧密层外界面与溶液本体之间的电势差称为电动电势，用表示。8.9 溶胶的聚沉和絮凝溶胶的聚沉和絮凝 当颗粒聚集到一定程度，溶胶便失去表观上的均匀性而沉降下来，此过程称为聚沉过程，所得到的沉淀物称为聚沉物。1.外加电解质对溶胶聚沉的影响 电解质对溶胶稳定性的影响具有两重性：浓度小的时候对溶胶起稳定作用；浓度大的时候起聚沉作用。外加电解质对溶胶聚沉影响的经验规则：（a）外加电解质需要达到一定浓度才能使溶胶发生明显的聚沉作用。聚沉值：使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最低浓度。聚沉值越小，聚沉能力越强，反之亦然；（b）电解质使溶胶发生聚沉，主要起作用的是与胶粒带相反电荷的离子（称为反离子）。反离子价数越高，聚沉能力越强，聚沉值越小；（c）同价反离子的聚沉能力虽然相近，但依离子大小不同其聚沉能力也略有不同，例如：对于负溶胶，有下列顺序：Cs+Rb+K+Na+Li+;对于正溶胶，有下列顺序：Cl-Br-NO3-I-。(d)与胶粒带有相同电荷的同离子对溶胶的聚沉也略有影响。当反离子相同时，同离子的价数愈高，聚沉能力愈低。2.溶胶的相互聚沉两种电性相反的溶胶混合，能发生相互聚沉作用，但要求的浓度条件比较严格。3.大分子化合物对溶胶稳定性的影响大分子化合物对溶胶稳定性的影响也具有两重性：保护作用和絮凝作用。絮凝作用：大分子化合物直接导致胶粒聚集而沉降。絮凝剂：促使溶胶发生絮凝的物质，如聚丙烯酰胺等。具有亲水性的明胶、蛋白质、淀粉等大分子化合物都是良好的溶胶保护剂。8.10 溶胶的制备与净化溶胶的制备与净化 1.溶胶的制备(1 )分散法用机械、化学等方法使固体的粒子变小的方法，包括研磨法、胶溶法、超声波分散法等。研磨法：用机械粉碎的方法将固体磨细。(2)凝聚法使分子、离子等凝聚而形成溶胶粒子的方法（化学凝聚法、物理凝聚法）。胶溶法又称解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。超声分散法：这种方法目前只用来制备乳状液。2.溶胶的净化 新制备的溶胶，往往含有过多的电解质或其它杂质，不利于溶胶的稳定存在，需将其除去部分地除去，这就称为溶胶的净化，目前主要上采用渗析法等。