表面物理化学精选文档.ppt

《表面物理化学精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面物理化学精选文档.ppt（80页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、表面物理化学本讲稿第一页，共八十页 物质的表面积的大小与物质被分散的程度有关，物物质的表面积的大小与物质被分散的程度有关，物质被分散的越细，则表面积就越大，物质被分散的程度质被分散的越细，则表面积就越大，物质被分散的程度用比表面用比表面 S0 的大小来衡量的大小来衡量.式中式中 A-体积为体积为V(m 3)的物质所具有的表面积的物质所具有的表面积.S0-单位体积的物质所具有的表面积。单位体积的物质所具有的表面积。(m-1)本讲稿第二页，共八十页例例1.求一边长为求一边长为 l 的立方体的比表面的立方体的比表面.或或 A-质量为质量为 m/kg 的物质所具有的表面积的物质所具有的表面积.S0-单

2、位质量的物质所具有的表面积。单位质量的物质所具有的表面积。公式常用于多孔性固体物质公式常用于多孔性固体物质.(m2kg-1)本讲稿第三页，共八十页例例2.在在20时时,将将10g水分散成半径为水分散成半径为 10-9 m的水滴的水滴,试计算分散后的液滴数和比表面试计算分散后的液滴数和比表面.已知已知:水的水的 =998.3 kg m-3 本讲稿第四页，共八十页二二.表面能和表面张力表面能和表面张力 以以 lg表面分子的情况为例表面分子的情况为例,说明表面层的分子与说明表面层的分子与体相内部的分子具有不同的能量体相内部的分子具有不同的能量.在液相内部的分子在液相内部的分子,受到周围其它分子受到周

3、围其它分子 对它的吸引力是对称的对它的吸引力是对称的,分子所受的分子所受的合力合力为零为零,因此因此,分子在液相内部移动不需分子在液相内部移动不需要做功要做功;气相气相由于气相的密度比液相的密度要小由于气相的密度比液相的密度要小,因此因此,表面上的分子受到表面上的分子受到指向液相内部的合力的作用指向液相内部的合力的作用,有向液相内部迁移有向液相内部迁移,缩小表缩小表面积的趋势面积的趋势;本讲稿第五页，共八十页 如果把液相内部的分子移到表面上如果把液相内部的分子移到表面上,则必须克服则必须克服液相内部分子对它的吸引力而对其做功液相内部分子对它的吸引力而对其做功,这一部分能量这一部分能量将储存在表

4、面上将储存在表面上,使得物质在表面比内部具有过剩的能量使得物质在表面比内部具有过剩的能量,由此说明了表面层的分子比体相内部的分子具有更高由此说明了表面层的分子比体相内部的分子具有更高的能量的能量.在定温、定压、组成不变的条件下在定温、定压、组成不变的条件下,可逆地扩展可逆地扩展 dA 的的表面积表面积,所需对体系做的功为所需对体系做的功为-表面功表面功 本讲稿第六页，共八十页 -是在定温、定压、组成不变的条件下，增加单是在定温、定压、组成不变的条件下，增加单 位表面积时体系的位表面积时体系的Gibbs自由能的增量，称作自由能的增量，称作 比表面自由能比表面自由能，简称为，简称为比表面能比表面能

5、，是体系的，是体系的 强度性质，单位为：强度性质，单位为：J/本讲稿第七页，共八十页从力的角度来讲，从力的角度来讲，还有另一含义。还有另一含义。液体表面最基本的特性是倾向于收缩，从液膜自动收液体表面最基本的特性是倾向于收缩，从液膜自动收 缩实验可以更好地认识这一现象。缩实验可以更好地认识这一现象。F 反抗扩张表面时的表面张力示意图反抗扩张表面时的表面张力示意图 这种反抗力称为这种反抗力称为-表表面张力（面张力（），），它是垂它是垂直通过液体表面上任一直通过液体表面上任一单位长度、与液面相切单位长度、与液面相切的收缩表面的力，单位的收缩表面的力，单位为：为：N/m 本讲稿第八页，共八十页1.表面

6、张力是液体的基本物理化学性质之一。一定组成表面张力是液体的基本物理化学性质之一。一定组成 的液体在一定的温度、压力下有一定的表面张力值。的液体在一定的温度、压力下有一定的表面张力值。2.表面张力和比表面能分别是用表面张力和比表面能分别是用力学方法力学方法和和热力学方法热力学方法 研究液体表面现象时采用的物理量，具有不同的物理研究液体表面现象时采用的物理量，具有不同的物理 意义，但当两者的量纲相同时，意义，但当两者的量纲相同时，(Jm-2=Nmm-2=Nm-1),两者具有相同的数值。两者具有相同的数值。3.液体的表面张力还和温度有关，当温度升高时，分液体的表面张力还和温度有关，当温度升高时，分

7、子间的作用力减弱，表面张力下降。子间的作用力减弱，表面张力下降。4.固体也有表面张力，但由于许多固体是各向异性的，固体也有表面张力，但由于许多固体是各向异性的，因此固体在不同方向上的表面张力也各不相同。因此固体在不同方向上的表面张力也各不相同。本讲稿第九页，共八十页8-2 弯曲液面的特性弯曲液面的特性一弯曲液面下的附加压力一弯曲液面下的附加压力 实验现象：实验现象：用小玻璃管吹一肥皂泡，只有堵住管口才能用小玻璃管吹一肥皂泡，只有堵住管口才能 保持此泡，否则，肥皂泡很快收缩成液滴，保持此泡，否则，肥皂泡很快收缩成液滴，这是因为弯曲的液面两侧有压力差，此压这是因为弯曲的液面两侧有压力差，此压 力差

8、与液体的表面张力和液面的曲率有关。力差与液体的表面张力和液面的曲率有关。分析以下三种形状的液面分析以下三种形状的液面本讲稿第十页，共八十页 平面液体平面液体凸面液体凸面液体凹面液体凹面液体本讲稿第十一页，共八十页平面液体平面液体:由于表面张力都在平面上，表面收缩力是由于表面张力都在平面上，表面收缩力是沿着平面作用的，大小相等，方向相反，所以，平面沿着平面作用的，大小相等，方向相反，所以，平面液体的附加压力液体的附加压力 P=0，Pr,平平=P0 ；凸面液体：凸面液体：由于表面张力向着缩小表面的方向，由于表面张力向着缩小表面的方向，在在 垂直方向上的分力相互叠加，使得液体表面产生向着垂直方向上的

9、分力相互叠加，使得液体表面产生向着 液体内部的附加压力液体内部的附加压力P，P=Pr,凸凸 P0 0 ；凹面液体：凹面液体：与凸面液体相反，附加压力指向液体外部，与凸面液体相反，附加压力指向液体外部，P=Pr,凹凹 P0 0,3)对凹面液体（气泡），对凹面液体（气泡），r P0*)，但对要形成的微小水滴却尚未饱但对要形成的微小水滴却尚未饱 和，（和，（P水水 Pr*)，此时，小水滴无法形成。，此时，小水滴无法形成。(b)当往高空中撒入一些凝结核心（如当往高空中撒入一些凝结核心（如AgI等）时，使等）时，使 凝聚水滴的曲率半径增大，降低凝结成水滴所需要凝聚水滴的曲率半径增大，降低凝结成水滴所需要

10、 的饱和蒸气压（即降低的饱和蒸气压（即降低Pr*），使未饱和的蒸气变，使未饱和的蒸气变 成过饱和的蒸气（成过饱和的蒸气（P水水 Pr*)，使蒸气在凝结核心，使蒸气在凝结核心 上凝结成水。上凝结成水。本讲稿第二十三页，共八十页 液体沸腾时的过热液体沸腾时的过热-亚稳态亚稳态 沸腾现象是液体从内部形成气泡、剧烈汽化的结沸腾现象是液体从内部形成气泡、剧烈汽化的结果。果。气泡内的蒸气压气泡内的蒸气压Pr*至少要达到外压至少要达到外压 P0与气泡所与气泡所受附加压力的绝对值之和时受附加压力的绝对值之和时，液体才会沸腾，即，液体才会沸腾，即 当液体中的气泡很小时，当液体中的气泡很小时，Pr*很小，温度升至

11、正常很小，温度升至正常的沸点时，的沸点时，Pr*仍然小于仍然小于(P0+P),此时此时,液体不液体不沸腾沸腾;当温度继续升高时当温度继续升高时,Pr*增大增大,直至直至Pr*=P0+P,液体才开始沸腾液体才开始沸腾,此时的温度超过此时的温度超过正常的沸点正常的沸点,液体产生过热现象。液体产生过热现象。本讲稿第二十四页，共八十页 在液体中加入沸石或毛细管，可防止过热，为什么？在液体中加入沸石或毛细管，可防止过热，为什么？这是因为加入沸石或毛细管后，能产生较这是因为加入沸石或毛细管后，能产生较大气泡而避免生成微小气泡，使大气泡而避免生成微小气泡，使P减小减小,使使Pr*与与 P0 接近相等，从而达

12、到防止过热的目接近相等，从而达到防止过热的目的。的。本讲稿第二十五页，共八十页例。在例。在100，101325 Pa下，水的表面张力为下，水的表面张力为 5.8910-2 Nm-1，密度为，密度为958.4kgm-3，水的摩，水的摩 尔蒸发热为尔蒸发热为40.5 kJmol-1。试求。试求(1)在在100时水中有空气泡的半径为时水中有空气泡的半径为10-6 m，气泡气泡 内的水蒸气压是多少？内的水蒸气压是多少？(2)大约过热多少度大约过热多少度,才可以开始沸腾才可以开始沸腾?解解:(1)本讲稿第二十六页，共八十页 Pr*=101252 Pa(2)Pr*=P0+PTr=396 K 本讲稿第二十七

13、页，共八十页 毛细管凝结现象毛细管凝结现象 当液体在毛细管内形成凹面时当液体在毛细管内形成凹面时,液体在管内的平衡液体在管内的平衡蒸气压比平面液体的蒸气压要小蒸气压比平面液体的蒸气压要小,在液体的蒸气压小于在液体的蒸气压小于平面液体的蒸气压、却大于管内的平衡蒸气压时平面液体的蒸气压、却大于管内的平衡蒸气压时,液体液体可以在管内发生凝结可以在管内发生凝结 -毛细管凝结毛细管凝结.毛细管凝结现象在自然界中起着重要的作用，它毛细管凝结现象在自然界中起着重要的作用，它使土壤能够有效的保持水分。使土壤能够有效的保持水分。本讲稿第二十八页，共八十页 8 3 溶液的表面吸附溶液的表面吸附一溶液的表面吸附现象

14、一溶液的表面吸附现象 溶液的表面张力随溶质的加入而发生变化，以水为溶液的表面张力随溶质的加入而发生变化，以水为例，大致有以下三种情况例，大致有以下三种情况:C1.加入无机的酸、碱、盐等加入无机的酸、碱、盐等2.低级的醇、羧酸、醛等可溶性有机物低级的醇、羧酸、醛等可溶性有机物 3.8个碳以上的直链有机化合物个碳以上的直链有机化合物-表面表面 活性物质活性物质 本讲稿第二十九页，共八十页溶液中溶质的受力情况溶液中溶质的受力情况:当表面层的溶质分子比表面层的溶剂分子所受到当表面层的溶质分子比表面层的溶剂分子所受到的指向溶液内部的吸引力要大的指向溶液内部的吸引力要大,这种溶质的溶入，将增这种溶质的溶入

15、，将增大溶液的表面张力，为降低表面能，这种溶质分子倾大溶液的表面张力，为降低表面能，这种溶质分子倾向于较多地进入溶液内部，而较少地留在表面层中，向于较多地进入溶液内部，而较少地留在表面层中，致使溶质在致使溶质在表面层的浓度小于本体溶液的浓度。表面层的浓度小于本体溶液的浓度。即即 C(表表)C(相相)，情况，情况2、3属这一类型。属这一类型。本讲稿第三十一页，共八十页 我们把溶质在表面层的浓度与本体溶液中的浓度我们把溶质在表面层的浓度与本体溶液中的浓度不同的现象称为不同的现象称为-溶液的表面吸附现象。溶液的表面吸附现象。若若 C(表表)C(相相)，C,正吸附正吸附；若若 C(表表)C(相相);(

16、2)若若 ,即即 C,则则 0,溶质发生负吸附溶质发生负吸附,C(表表)C(相相);本讲稿第三十四页，共八十页 当溶质当溶质B将液体表面全部占据时，此时吸附量达到最大，称为将液体表面全部占据时，此时吸附量达到最大，称为饱和吸附量，用符号饱和吸附量，用符号 m 表示。表示。C m饱和吸附饱和吸附溶质溶质溶质溶质B B分子的横截面积分子的横截面积分子的横截面积分子的横截面积 S S 为：为：为：为：式中式中 L 是阿伏加德罗常数。是阿伏加德罗常数。本讲稿第三十五页，共八十页例例.293K时时,丁酸水溶液的表面丁酸水溶液的表面张张力与力与浓浓度的关系可度的关系可 表示表示为为A=0.0131 Nm-

17、1 ;B=19.62 dm3 mol-1 0-纯水的表面张力纯水的表面张力;C-丁酸浓度丁酸浓度;(1)求丁酸溶液的表面吸附量与浓度的关系方程求丁酸溶液的表面吸附量与浓度的关系方程;(2)求求C=0.2 moldm-3 时的吸附量时的吸附量;(3)求饱和吸附量求饱和吸附量 m 和丁酸分子的横截面积。和丁酸分子的横截面积。解解.(1)本讲稿第三十六页，共八十页(2)(3)达到饱和吸附时达到饱和吸附时,浓度浓度 C 较大较大,则则 本讲稿第三十七页，共八十页 8 4 表面活性剂表面活性剂一一.表面活性剂的结构特征与类型表面活性剂的结构特征与类型 表面活性剂的分子表面活性剂的分子结构特点结构特点是具

18、有是具有不对称性不对称性。它是。它是由由亲水基团亲水基团(极性基团极性基团)和和亲油基团亲油基团(非极性基团非极性基团)所组所组成成，其中亲油基团一般是，其中亲油基团一般是8-18碳的直链烃。由于表面碳的直链烃。由于表面活性剂分子具有两亲性质，因此被称为两亲分子。其分活性剂分子具有两亲性质，因此被称为两亲分子。其分子的结构可形象地表示为：子的结构可形象地表示为：亲水基团亲水基团 亲油基团亲油基团本讲稿第三十八页，共八十页 表面活性剂分子在溶液表面上作定向排列，亲水表面活性剂分子在溶液表面上作定向排列，亲水基团朝向水中，亲油基团朝向油相或气相。基团朝向水中，亲油基团朝向油相或气相。浓度较稀浓度较

19、稀 饱和浓度饱和浓度本讲稿第三十九页，共八十页表面活性剂的分类方法很多，表面活性剂的分类方法很多，从应用功能出发，可分为乳化剂、洗涤剂、起泡剂、从应用功能出发，可分为乳化剂、洗涤剂、起泡剂、润湿剂、分散剂、增溶剂等；润湿剂、分散剂、增溶剂等；按照它的溶解特性分为：按照它的溶解特性分为：水溶性表面活性剂水溶性表面活性剂；油溶性表面活性剂；油溶性表面活性剂；按照它的化学结构来分类，主要有下列按照它的化学结构来分类，主要有下列5种类型：种类型：这种分类首先是按亲水基的类型来分的，这种分类首先是按亲水基的类型来分的，本讲稿第四十页，共八十页1阴离子型阴离子型-起活性作用的部分主要是阴离子起活性作用的部

20、分主要是阴离子主要有：主要有：盐类盐类,如如羧酸盐羧酸盐 磺酸盐磺酸盐 酯盐类：分子中既有酯的结构又有盐的结构，如酯盐类：分子中既有酯的结构又有盐的结构，如硫酸酯盐硫酸酯盐 磷酸酯盐磷酸酯盐 本讲稿第四十一页，共八十页2阳离子型阳离子型-起活性作用的主要是阳离子起活性作用的主要是阳离子 主要有：主要有：季铵盐类季铵盐类 如：十六烷基三甲基溴化铵如：十六烷基三甲基溴化铵 烷基吡啶盐类烷基吡啶盐类 如：十二烷基吡啶盐酸盐如：十二烷基吡啶盐酸盐 胺盐类胺盐类（m=13,n=13,几个几个R基团可以不同基团可以不同)本讲稿第四十二页，共八十页3.两性型两性型-起活性的部分带有两个亲水基团起活性的部分带

21、有两个亲水基团,一个带正电一个带正电,一个带负电一个带负电.正电性基团主要是胺基和季铵基正电性基团主要是胺基和季铵基,负电性基团负电性基团主要是羧基和磺酸基主要是羧基和磺酸基.如如 氨基酸型、甜菜碱型等氨基酸型、甜菜碱型等4.非离子型非离子型-分子在水中不离解，极性基不带电分子在水中不离解，极性基不带电如如 聚氧乙烯型、多元醇型等聚氧乙烯型、多元醇型等本讲稿第四十三页，共八十页5混合型混合型-分子中带有两种亲水基团，分子中带有两种亲水基团，一个带电，一个不带电。一个带电，一个不带电。有非离子有非离子 阴离子型；非离子阴离子型；非离子 阳离子型阳离子型如如 醇醚硫酸盐醇醚硫酸盐 本讲稿第四十四页

22、，共八十页二表面活性剂的临界胶束浓度二表面活性剂的临界胶束浓度 在表面活性剂的浓度达到饱和之前，在溶液中的表在表面活性剂的浓度达到饱和之前，在溶液中的表面活性剂分子是以单个分子的形式存在的。当浓度面活性剂分子是以单个分子的形式存在的。当浓度大于大于饱和浓度饱和浓度时，此时表面层已达饱和，溶液中的活性剂分时，此时表面层已达饱和，溶液中的活性剂分子将相互靠拢，形成聚集体，这些聚集体是以子将相互靠拢，形成聚集体，这些聚集体是以非极性基非极性基团为内核团为内核，以，以极性基团为外层极性基团为外层的分子有序组合体的分子有序组合体-胶束胶束（或胶团），胶束一般有（或胶团），胶束一般有球型、棒形或层型球型、

23、棒形或层型（参看（参看209页图页图8-12），），形成胶束所需要的最低浓度称为形成胶束所需要的最低浓度称为-临界临界胶束浓度，用胶束浓度，用CMC表示。表示。本讲稿第四十五页，共八十页球状层状棒状本讲稿第四十六页，共八十页 胶束会争夺溶液表面层的表面活性剂分子，从而影响表面活性剂的效胶束会争夺溶液表面层的表面活性剂分子，从而影响表面活性剂的效率。率。在临界胶束浓度左右，表面活性剂溶液的许多物理化学性质都会发生在临界胶束浓度左右，表面活性剂溶液的许多物理化学性质都会发生突变，如表面张力、渗透压、密度、电导率、去污作用等，（突变，如表面张力、渗透压、密度、电导率、去污作用等，（参看参看P209

24、图图8-13）因此表面活性剂的因此表面活性剂的CMC值可以值可以通过测量其中的某种性质来确定，通过测量其中的某种性质来确定，性质发生突变时所对应的浓度即为性质发生突变时所对应的浓度即为临界胶束浓度，由于性质间的差异，用不同临界胶束浓度，由于性质间的差异，用不同性质得到的性质得到的CMC值也有差异，因此，一般值也有差异，因此，一般提到的提到的CMC值是一个浓度的范围值是一个浓度的范围。本讲稿第四十七页，共八十页 由于在由于在CMC值左右，表面活性剂溶液的性质存值左右，表面活性剂溶液的性质存在突变现象，因此，在突变现象，因此，CMC值是表面活性剂的一个重值是表面活性剂的一个重要参数。要参数。CMC

25、值与活性剂的结构有关，也与温度、外加值与活性剂的结构有关，也与温度、外加电解质、添加的有机物等因素有关。电解质、添加的有机物等因素有关。本讲稿第四十八页，共八十页三表面活性剂的三表面活性剂的HLB值（亲水亲油平衡值）值（亲水亲油平衡值）表面活性剂的应用范围十分广泛，诸如：润湿、起表面活性剂的应用范围十分广泛，诸如：润湿、起泡、消泡、乳化、破乳、加溶、去污、絮凝等。如何从泡、消泡、乳化、破乳、加溶、去污、絮凝等。如何从数以万计的表面活性剂中选择我们所需要的，这是一个数以万计的表面活性剂中选择我们所需要的，这是一个很实际的问题。目前主要靠经验，或根据实验结果来确很实际的问题。目前主要靠经验，或根据

26、实验结果来确定。不过，定。不过，Griffin提出的提出的HLB值的方法，也可作为选值的方法，也可作为选择活性剂的参考依据。择活性剂的参考依据。本讲稿第四十九页，共八十页 HLB值是用来表示表面活性剂分子的亲水亲油值是用来表示表面活性剂分子的亲水亲油平衡关系的一个相对值平衡关系的一个相对值 为了制定为了制定HLB值，可以选择某一亲油性强的活性值，可以选择某一亲油性强的活性剂和某一亲水性强的活性剂作为相对标准，规定以一剂和某一亲水性强的活性剂作为相对标准，规定以一定数值的定数值的HLB值，其它活性剂以它们作为相对标准，值，其它活性剂以它们作为相对标准，就可以相对地定出每一种活性剂的就可以相对地定

27、出每一种活性剂的HLB值。值。例如，规定没有亲水基，亲油性很强的石蜡的例如，规定没有亲水基，亲油性很强的石蜡的HLB=0，亲水性较强的十二烷基硫酸钠的，亲水性较强的十二烷基硫酸钠的HLB=40，其，其他表面活性剂的他表面活性剂的HLB值则介于值则介于040之间。之间。本讲稿第五十页，共八十页表面活性剂的表面活性剂的HIB值与应用的对应关系值与应用的对应关系 表面活性剂加水后的性质表面活性剂加水后的性质HLB 应应 用用024不分散（不分散（14）13 消泡剂消泡剂27 W/O乳化剂乳化剂分散得不好（分散得不好（46）不稳定乳状分散体系（不稳定乳状分散体系（68）稳定乳状分散体系（稳定乳状分散体

28、系（810）半透明至透明分散体系（半透明至透明分散体系（1013）透明溶液（透明溶液（13以上）以上）1218 O/W乳化剂乳化剂810 润湿剂润湿剂1215 洗涤剂洗涤剂1618 增溶剂增溶剂681012141618本讲稿第五十一页，共八十页 HLB值的确定，仅仅是从活性剂本身值的确定，仅仅是从活性剂本身的性质出发，而没有考虑活性剂与水及另的性质出发，而没有考虑活性剂与水及另一相的相互影响，因此，一相的相互影响，因此，HLB值只是在心值只是在心中无数时，拿来做参考，绝不能以它做为中无数时，拿来做参考，绝不能以它做为唯一的依据。唯一的依据。本讲稿第五十二页，共八十页85气固界面吸附气固界面吸附

29、一吸附作用一吸附作用本讲稿第五十三页，共八十页 由于固体表面的分子或原子所受的作用力不对称，由于固体表面的分子或原子所受的作用力不对称，使表面有剩余力场，当将固体物质置于气体氛围中时，使表面有剩余力场，当将固体物质置于气体氛围中时，气体分子将会自动黏附在固体表面上，气体分子将会自动黏附在固体表面上，如在精密仪器中放置干燥的硅胶做干燥剂，用来吸附如在精密仪器中放置干燥的硅胶做干燥剂，用来吸附空气中的水蒸气；空气中的水蒸气；利用某些分子筛吸附空气中的氮气，从而提高空气中氧利用某些分子筛吸附空气中的氮气，从而提高空气中氧气的浓度；气的浓度；新烧好的木炭可以用作墓室中的防腐剂和吸湿剂，等新烧好的木炭可

30、以用作墓室中的防腐剂和吸湿剂，等本讲稿第五十四页，共八十页固体固体-吸附剂吸附剂 气体气体-吸附质吸附质固体固体 +气体气体 固体固体气体气体吸附吸附 解吸解吸 在一定条件下，当吸附速率等于解吸速率时，吸在一定条件下，当吸附速率等于解吸速率时，吸附达到平衡，气体在固体表面的吸附量有确定的数值附达到平衡，气体在固体表面的吸附量有确定的数值，定义为：，定义为：我们把这种气体分子自动聚集在固体表面上的现象称为气我们把这种气体分子自动聚集在固体表面上的现象称为气体在固体表面上的体在固体表面上的吸附作用吸附作用。本讲稿第五十五页，共八十页（mol/kg ）或或 (m3/kg)式中：式中：-吸附量吸附量；

31、m-固体质量固体质量 ；n-被吸附气体的摩尔数被吸附气体的摩尔数 Vs-被吸附气体在标准态（被吸附气体在标准态（101325 Pa,273K）下的体积。）下的体积。本讲稿第五十六页，共八十页1.吸附过程是一个自发过程，所以过程的吸附过程是一个自发过程，所以过程的 G 0 2.而气体分子被吸附的过程又是混乱度减少的过程，而气体分子被吸附的过程又是混乱度减少的过程，所以所以 S 03.根据公式根据公式 G=H-T S 得得 H 0 4.分析说明：吸附过程通常是分析说明：吸附过程通常是放热过程放热过程 吸附过程产生的热量称为吸附过程产生的热量称为-吸附热吸附热 吸附热越大，吸附越强。吸附热越大，吸附

32、越强。本讲稿第五十七页，共八十页二吸附类型二吸附类型物理吸附 化学吸附吸附力范德华力 化学键力吸附热较小，接近液化热，1）-气体的吸附量气体的吸附量 (m3/kg)k、n-对一定的体系在一定温度下是常数对一定的体系在一定温度下是常数 P-气体的平衡压力气体的平衡压力本讲稿第六十二页，共八十页公式应用范围：公式应用范围：中等压力，单分子层吸附中等压力，单分子层吸附公式的局限性：公式的局限性：无吸附机理，只代表一部分事实。无吸附机理，只代表一部分事实。对公式取对数得对公式取对数得以以 lg对对lgP 作图为直线，斜率作图为直线，斜率=1/n,截距截距=k本讲稿第六十三页，共八十页2Langmuir

33、吸附定温式吸附定温式基本假设：基本假设：1.固体表面是均匀的，被吸附分子间无相互作用固体表面是均匀的，被吸附分子间无相互作用;2.吸附是单分子层；吸附是单分子层；3.吸附平衡是动态平衡。吸附平衡是动态平衡。设设 P-气体压力气体压力；-覆盖度（固体表面被气体分子覆盖的百分数）覆盖度（固体表面被气体分子覆盖的百分数）1 -空白度（表面尚未被覆盖的分数）空白度（表面尚未被覆盖的分数）本讲稿第六十四页，共八十页吸附速率吸附速率=k1P(1),解吸速率解吸速率=k-1 在定温条件下，吸附达到平衡时在定温条件下，吸附达到平衡时 吸附速率吸附速率=解吸速率解吸速率-吸附系数吸附系数，其大小代表了固体表面吸

34、附，其大小代表了固体表面吸附 气体能力的强弱；单位为气体能力的强弱；单位为 本讲稿第六十五页，共八十页 m-单层饱和吸附量。单层饱和吸附量。(mol/kg 或或 m3/kg)或或以以 P/对对 P 作图，为直线，斜率作图，为直线，斜率=1/m，截距截距=1/mb 本讲稿第六十六页，共八十页Langmuir定温式代表第一类型的定温线。定温式代表第一类型的定温线。这种定温线的特点是：这种定温线的特点是：1）当压力比较低时）当压力比较低时,bP 1,则则 m,吸附量趋于饱和值吸附量趋于饱和值;3）当压力适中时当压力适中时,与与 P的关系为曲线的关系为曲线.本讲稿第六十七页，共八十页 Langmuir

35、定温式是一个理想的吸附公定温式是一个理想的吸附公式式,可以较好地说明表面均匀、吸附分子可以较好地说明表面均匀、吸附分子彼此没有相互作用的单分子层吸附。可广彼此没有相互作用的单分子层吸附。可广泛应用于泛应用于化学吸附化学吸附和和吸附力特强的物理吸吸附力特强的物理吸附。附。本讲稿第六十八页，共八十页3BET多分子层吸附定温式多分子层吸附定温式 1938年年Bruuauer、Emmett、Teller 将将Langmuir 单分子层吸附理论加以发展和推单分子层吸附理论加以发展和推广，提出了多分子层吸附模型，并推导出相应广，提出了多分子层吸附模型，并推导出相应的吸附定温式。的吸附定温式。本讲稿第六十九

36、页，共八十页多分子层吸附示意图本讲稿第七十页，共八十页理论的基本要点：理论的基本要点：1)吸附是多分子层的；吸附是多分子层的；2)第一层的吸附热与以后各层的不同，第二第一层的吸附热与以后各层的不同，第二 层和以后各层的吸附热相同；层和以后各层的吸附热相同；3)固体表面是均匀的；固体表面是均匀的；4)在一定温度下，吸附达平衡时的吸附量是在一定温度下，吸附达平衡时的吸附量是 各层吸附量的总和。各层吸附量的总和。本讲稿第七十一页，共八十页式中式中 m-单层饱和吸附量单层饱和吸附量；C-与吸附热有关的常数与吸附热有关的常数;P*-实验温度时实验温度时,气体的饱和蒸气压。气体的饱和蒸气压。本讲稿第七十二

37、页，共八十页公式的适用范围：公式的适用范围：P/P*约在约在 0.05 0.35作图为直线作图为直线 当当 P/P*0.35 时，有毛细凝结现象发生时，有毛细凝结现象发生本讲稿第七十三页，共八十页4吸附作用的应用吸附作用的应用-比表面的测定比表面的测定 固体比表面固体比表面S0 -单位质量的固体所具有的表面积单位质量的固体所具有的表面积(/kg)先求出单分子层的饱和吸附量先求出单分子层的饱和吸附量m 1)若若m 的单位是的单位是 (m3/kg )则公式为则公式为本讲稿第七十四页，共八十页2)若若 m 的单位是的单位是（mol/kg），则公式为则公式为式中：式中：L-Avogadro常数常数；A

38、m-气体分子的横截面积气体分子的横截面积（）；（）；m-固体的质量（固体的质量（kg）；）；0.0224-1mol 气体在标准状态下的体积气体在标准状态下的体积(m3）本讲稿第七十五页，共八十页1.一封闭钟罩中有一大一小两个汞液珠，静置足够长时间后发现一封闭钟罩中有一大一小两个汞液珠，静置足够长时间后发现 A)大汞珠消失，小汞珠变大大汞珠消失，小汞珠变大 B)小汞珠消失，大汞珠变大小汞珠消失，大汞珠变大 C)两个汞珠变得一样大两个汞珠变得一样大 D)没有任何变化没有任何变化2 一支毛细管分别插入一支毛细管分别插入25和和75的水中，则毛细管中的水在的水中，则毛细管中的水在 不同温度水中上升的高

39、度不同温度水中上升的高度 A)相同相同 B)无法确定无法确定 C)25水中高于水中高于75水中水中 D)75水中高于水中高于25水中水中3.在一支干净的粗细均匀的在一支干净的粗细均匀的U形玻璃毛细管中注入几滴纯水，两形玻璃毛细管中注入几滴纯水，两 侧液柱的高度相同，然后用微量注射器从右侧注入少许正丁侧液柱的高度相同，然后用微量注射器从右侧注入少许正丁 醇水溶液，两侧液柱的高度将是醇水溶液，两侧液柱的高度将是 A)相同相同 B)左侧高于右侧左侧高于右侧 C)右侧高于左侧右侧高于左侧 D)不能确定不能确定本讲稿第七十六页，共八十页 P P 4Langmuir吸附定温式描述下列哪种吸附定温线：吸附定

40、温式描述下列哪种吸附定温线：A）B）P P P C）D）本讲稿第七十七页，共八十页5夏季有时久旱无雨，甚至天空有乌云仍不下雨，从表面化夏季有时久旱无雨，甚至天空有乌云仍不下雨，从表面化 学的观点看其原因是：学的观点看其原因是：A）乌云中的水滴半径太小乌云中的水滴半径太小 B）乌云中水蒸气的饱和蒸汽压过高）乌云中水蒸气的饱和蒸汽压过高 C）天空温度太高）天空温度太高 D）天空中空气稀薄）天空中空气稀薄6表面活性剂加入水中则：表面活性剂加入水中则：A），则，则 0 B），则，则 0 C），则，则 0 D），则，则 0本讲稿第七十八页，共八十页7.下列说法正确的是：下列说法正确的是：A）BET公式只

41、适用于物理吸附，公式只适用于物理吸附，Langmuir公式既适用于公式既适用于 物理吸附又适用于化学吸附物理吸附又适用于化学吸附 B）BET公式和公式和Langmuir公式都适用于物理吸附和化学吸附公式都适用于物理吸附和化学吸附 C）BET公式和公式和Langmuir公式都只适用于化学吸附公式都只适用于化学吸附 D）BET公式只适用于化学吸附，公式只适用于化学吸附，Langmuir公式只适用于公式只适用于 物理吸附物理吸附8.钠肥皂作为表面活性剂是因为其分子？钠肥皂作为表面活性剂是因为其分子？A）在界面上产生负吸附在界面上产生负吸附 B）能形成胶囊能形成胶囊 C）在界面上定向排列降低表面能在界

42、面上定向排列降低表面能 D）使溶液的表面张力增大使溶液的表面张力增大本讲稿第七十九页，共八十页9.在自然界常常存在液体在不均匀孔径的毛细管中流动的现在自然界常常存在液体在不均匀孔径的毛细管中流动的现 象，下图是此种情况的示意图。当忽略重力的作用时，管中象，下图是此种情况的示意图。当忽略重力的作用时，管中 的液体将向哪边流动。为什么？并画出液体流动停止后的平的液体将向哪边流动。为什么？并画出液体流动停止后的平 衡示意图。衡示意图。解解;液体将向右移动。因为推动液体流动的力是作用在两头弯曲液体将向右移动。因为推动液体流动的力是作用在两头弯曲 液面的附加压力的合力。设大管的半径为液面的附加压力的合力。设大管的半径为r1，小管的半径为，小管的半径为 r2,则推动力为则推动力为由于由于 r2 0，合力向右，因此，液体向右流动。直至所，合力向右，因此，液体向右流动。直至所有液体流入小毛细管，流动才停止。平衡示意图如下有液体流入小毛细管，流动才停止。平衡示意图如下 本讲稿第八十页，共八十页