物理化学课件第8章表面物理化学.ppt

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1、上一内容下一内容回主目录物理化学多媒体教学课件第第8 8章章 表面物理化学表面物理化学 Chapter 8Surface Physical Chemistry2022/10/28上一内容下一内容回主目录第八章 表面物理化学 8.1 表面吉布斯自由能 8.2 弯曲液面的特性 8.3 溶液表面吸附 8.4 表面膜 8.5 表面活性物质 2022/10/28上一内容下一内容回主目录第八章 表面物理化学 8.6 胶束 8.7 气-固界面吸附 8.8 液-固界面吸附8.9 润湿作用 2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.1 表面吉布斯自由能 1.1.比表面比表面 2.2.比表面自由能和表面张力

2、比表面自由能和表面张力 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.比表面 两相界面是指相邻两相间极薄的边界层，两相界面是指相邻两相间极薄的边界层，厚度可以是单分子层或几个分子层。厚度可以是单分子层或几个分子层。液体气体液体气体固体气体固体气体表面表面（surface)液体液体液体液体液体固体液体固体固体固体固体固体界面界面（interface)2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.比表面 比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：常用的表示方法：单位质量的物体所具有的表面积；单位质量的物体所具有的表面积；单位体积的物体所具有

3、的表面积。单位体积的物体所具有的表面积。（8-18-1）把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。比表面也越大。2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.比表面自由能和表面张力 l-gl-gB B液液液液A A气气气气图图8-1 8-1 分子在液体内部分子在液体内部和表面受力情况和表面受力情况 液体内部分子：受力彼此液体内部分子：受力彼此抵消，所受合力为零。抵消，所受合力为零。表面层分子：因气、液两表面层分子：因气、液两相密度差别较大，受到一指相密度差别较大

4、，受到一指向液体内部的合力。向液体内部的合力。温度、压力和组成恒定时，温度、压力和组成恒定时，可逆增加表面积，环境对体系可逆增加表面积，环境对体系所做的表面功所做的表面功 W与体系表面与体系表面积的增加积的增加dA成正比成正比 为比例常数为比例常数 W=dA （8-28-2）2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.比表面自由能和表面张力 W=dA （8-28-2）定温、定压、可逆：定温、定压、可逆：定温、定压、可逆：定温、定压、可逆：d dG G=d dA A 的物理意义是当的物理意义是当T、p及组成恒定时及组成恒定时,增加单位表增加单位表面积所引起的吉布斯自由能的增量面积所引起的吉布

5、斯自由能的增量.（8-38-3）称为比表面自由称为比表面自由能能,单位单位Jm-2 为体系的强度性质。为体系的强度性质。值与共存的两相性质、值与共存的两相性质、T等等有关。有关。常见物质的常见物质的可从手册查得。可从手册查得。2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.比表面自由能和表面张力 在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线上的表面紧缩力长度切线上的表面紧缩力表面张力表面张力，亦用，亦用 表示表示：Nm-1 表面张力与比表面自由能数值相等，表示符号亦表面张力与比表面自由能数值相等，表示符号亦相同，但物理意义不同。相同，但物理意义不

6、同。可从实验上测定，常用的实验方法有：吊环可从实验上测定，常用的实验方法有：吊环法、吊片法、最大泡压法等。法、吊片法、最大泡压法等。一般一般T升高，液体分子间引力减弱，升高，液体分子间引力减弱，值减小。值减小。2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.2 弯曲液面的特性 1.1.弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力 2.2.弯曲液面的蒸气压弯曲液面的蒸气压 3.3.亚稳态亚稳态 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.弯曲液面的附加压力 prABp0凸面凸面ABprp0凹面凹面图图8-2 8-2 弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力 p=p=p p p p r r p p p p

7、 0 0（8-48-4）p p p p 附加压力附加压力附加压力附加压力 p p p p 的方向为沿曲面法线指向曲面中心。的方向为沿曲面法线指向曲面中心。的方向为沿曲面法线指向曲面中心。的方向为沿曲面法线指向曲面中心。2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.弯曲液面的附加压力 图图8-3 体积功与体积功与表面吉布斯自由能表面吉布斯自由能T T，p p一定，可逆压缩，小液滴增大一定，可逆压缩，小液滴增大一定，可逆压缩，小液滴增大一定，可逆压缩，小液滴增大d dV V。则则则则对球形液滴：对球形液滴：对球形液滴：对球形液滴：（8-5）2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.弯曲液面

8、的附加压力（8-5）拉普拉斯拉普拉斯拉普拉斯拉普拉斯公式公式公式公式（1 1）p p的大小与的大小与的大小与的大小与 成正比，与成正比，与成正比，与成正比，与r r成反比，成反比，成反比，成反比，对平面：对平面：对平面：对平面：r r=p p=0=0 对凸面对凸面对凸面对凸面:p pr r p p0 0,p p 0 0r r 取正值。取正值。取正值。取正值。对凹面对凹面对凹面对凹面:p pr r p p0 0,p p 0 p p0 0,且且且且r r越小，其越小，其越小，其越小，其p pr r值越大；值越大；值越大；值越大；若为凹面，若为凹面，若为凹面，若为凹面，r r取负值，取负值，取负值，

9、取负值，p pr r p p0 0,当当当当p p(H(H2 2O)O)p p0 0时，仍可能时，仍可能时，仍可能时，仍可能p p(H(H2 2O)O)O)p pr r时时时时,水蒸气迅速凝聚，形成人工降雨。水蒸气迅速凝聚，形成人工降雨。水蒸气迅速凝聚，形成人工降雨。水蒸气迅速凝聚，形成人工降雨。毛管凝聚的原理毛管凝聚的原理毛管凝聚的原理毛管凝聚的原理:水水水水在土壤毛管内呈凹面，在土壤毛管内呈凹面，在土壤毛管内呈凹面，在土壤毛管内呈凹面，p pr rp p0 0，水蒸气，水蒸气，水蒸气，水蒸气易于在土壤毛管内凝聚。易于在土壤毛管内凝聚。易于在土壤毛管内凝聚。易于在土壤毛管内凝聚。2022/1

10、0/28上一内容下一内容回主目录3.亚稳态 过饱和蒸气、过冷液体、过饱和溶液等过饱和蒸气、过冷液体、过饱和溶液等亚稳态亚稳态对对对对s-ls-l界面，通过类似处理可得：界面，通过类似处理可得：界面，通过类似处理可得：界面，通过类似处理可得：（8-78-7）c cr r半径为半径为半径为半径为r r的小晶粒的溶解度；的小晶粒的溶解度；的小晶粒的溶解度；的小晶粒的溶解度；c c0 0晶体正常溶解度。晶体正常溶解度。晶体正常溶解度。晶体正常溶解度。晶粒的溶解度与晶粒的大小有关，晶粒越小，晶粒的溶解度与晶粒的大小有关，晶粒越小，晶粒的溶解度与晶粒的大小有关，晶粒越小，晶粒的溶解度与晶粒的大小有关，晶粒

11、越小，其溶解度越大。其溶解度越大。其溶解度越大。其溶解度越大。2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.3 溶液表面吸附 1.溶液的表面张力溶液的表面张力 2.吉布斯吸附定温式吉布斯吸附定温式 3.吸附层上分子的定向排列吸附层上分子的定向排列 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.溶液的表面张力 向水中加入溶质，对其向水中加入溶质，对其向水中加入溶质，对其向水中加入溶质，对其 影响如图影响如图影响如图影响如图8-78-7所示。所示。所示。所示。c图图8-7 8-7 溶液表面张力与溶液表面张力与浓度的关系浓度的关系.无机盐类等，表面层无机盐类等，表面层无机盐类等，表面层无机盐类等

12、，表面层浓度本体浓度。非浓度本体浓度。非浓度本体浓度。非浓度本体浓度。非表表表表面活性物质。面活性物质。面活性物质。面活性物质。.小分子醇、酸、酯类，具小分子醇、酸、酯类，具小分子醇、酸、酯类，具小分子醇、酸、酯类，具有较小的疏水基和亲水基。表有较小的疏水基和亲水基。表有较小的疏水基和亲水基。表有较小的疏水基和亲水基。表面层浓度本体浓度。面层浓度本体浓度。面层浓度本体浓度。面层浓度本体浓度。.长碳链有机酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐等，长碳链有机酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐等，长碳链有机酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐等，长碳链有机酸盐、烷基磺酸盐或硫酸盐等，具有具有具有具有强亲水基和强疏水基强亲水基和强疏水基

13、强亲水基和强疏水基强亲水基和强疏水基。表面活性物质表面活性物质表面活性物质表面活性物质。2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.吉布斯吸附定温式 溶质在表面层与在本体溶液中浓度不同的现象溶质在表面层与在本体溶液中浓度不同的现象溶质在表面层与在本体溶液中浓度不同的现象溶质在表面层与在本体溶液中浓度不同的现象溶溶溶溶液表面吸附液表面吸附液表面吸附液表面吸附 溶液表面吸附量溶液表面吸附量溶液表面吸附量溶液表面吸附量单位面积的表面层所含溶单位面积的表面层所含溶单位面积的表面层所含溶单位面积的表面层所含溶质物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质物质质物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质物质质物

14、质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质物质质物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质物质的量的超出值，的量的超出值，的量的超出值，的量的超出值，molmmolm-2-2（8-88-8）式（式（式（式（8-88-8）称为吉布斯吸附定温式）称为吉布斯吸附定温式）称为吉布斯吸附定温式）称为吉布斯吸附定温式2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.吉布斯吸附定温式（8-88-8）讨论：讨论：讨论：讨论：（1 1）一定温度下，溶液表面吸附量）一定温度下，溶液表面吸附量）一定温度下，溶液表面吸附量）一定温度下，溶液表面吸附量 与溶液浓度与溶液浓度与溶液浓度与溶液浓度c c和和和和 有关。有关。有关。有关

15、。若若若若，0 0，称为负吸附。，称为负吸附。，称为负吸附。，称为负吸附。非表面活性的非表面活性的非表面活性的非表面活性的无机盐类无机盐类无机盐类无机盐类，0 0，称为正吸附。，称为正吸附。，称为正吸附。，称为正吸附。表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂 （2 2）测得不同）测得不同）测得不同）测得不同c c下的下的下的下的，以，以，以，以 对对对对c c作图，从曲线上某作图，从曲线上某作图，从曲线上某作图，从曲线上某点切线点切线点切线点切线斜率或从斜率或从斜率或从斜率或从-c-c解析式微商解析式微商解析式微商解析式微商可得可得可得可得 ，代入，代入，代入，代入吉布斯吉布斯吉布斯吉布斯公式

16、可求公式可求公式可求公式可求。2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.吸附层上分子的定向排列 c=m图图8-8 8-8 吸附量与浓度的关系吸附量与浓度的关系 mm饱饱和吸附量和吸附量和吸附量和吸附量图图8-9 8-9 表面吸附层分子状态表面吸附层分子状态实验测得不同碳数直链实验测得不同碳数直链实验测得不同碳数直链实验测得不同碳数直链脂肪酸表面活性剂的脂肪酸表面活性剂的脂肪酸表面活性剂的脂肪酸表面活性剂的 mm实验结果表明：实验结果表明：实验结果表明：实验结果表明：C C2 2CC8 8的的的的 mm相同。相同。相同。相同。吸附分子的截面积吸附分子的截面积吸附分子的截面积吸附分子的截面积

17、A A：（8-98-9）2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.4 表面膜 1.1.不溶性单分子膜不溶性单分子膜 2.2.生物膜生物膜 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.不溶性单分子膜 许多不溶性物质如一些长链的醇、酸等有机化许多不溶性物质如一些长链的醇、酸等有机化合物（合物（表面活性剂表面活性剂）溶于挥发性溶剂中，滴在水面，）溶于挥发性溶剂中，滴在水面，可铺展成单分子膜。分子的极性基伸入水中，非极可铺展成单分子膜。分子的极性基伸入水中，非极性基指向空气，这种膜称不溶性单分子膜。性基指向空气，这种膜称不溶性单分子膜。在纯水表面放一很薄的浮片，在浮片的一边滴油，在纯水表面放

18、一很薄的浮片，在浮片的一边滴油，由于油滴在水面上铺展，会推动浮片移向纯水一边。由于油滴在水面上铺展，会推动浮片移向纯水一边。铺展的膜在表面上对单位长度浮片的推动力称为铺展的膜在表面上对单位长度浮片的推动力称为表表面压面压（surface pressure)。2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.不溶性单分子膜 与分子膜面积与分子膜面积与分子膜面积与分子膜面积a a的关系在的关系在的关系在的关系在 很低时，符合二维理想很低时，符合二维理想很低时，符合二维理想很低时，符合二维理想气体状态方程气体状态方程气体状态方程气体状态方程 将一定质量将一定质量将一定质量将一定质量mm样品铺成单分子气

19、态膜，测出其面积样品铺成单分子气态膜，测出其面积样品铺成单分子气态膜，测出其面积样品铺成单分子气态膜，测出其面积a a和表面压和表面压和表面压和表面压 ，可计算样品的摩尔质量，可计算样品的摩尔质量，可计算样品的摩尔质量，可计算样品的摩尔质量MM。（8-108-10）若在湖泊、水库的水表面上铺一层单分子膜，可抑若在湖泊、水库的水表面上铺一层单分子膜，可抑若在湖泊、水库的水表面上铺一层单分子膜，可抑若在湖泊、水库的水表面上铺一层单分子膜，可抑制水的蒸发速度，这对干旱少雨和沙漠地区有很大意制水的蒸发速度，这对干旱少雨和沙漠地区有很大意制水的蒸发速度，这对干旱少雨和沙漠地区有很大意制水的蒸发速度，这对

20、干旱少雨和沙漠地区有很大意义。义。义。义。2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.生物膜 细胞的表面膜和内膜系统细胞的表面膜和内膜系统生物膜生物膜 生物膜结构是细胞结构的组织形式，也是生命活生物膜结构是细胞结构的组织形式，也是生命活动的主要结构基础。动的主要结构基础。许多基本的生命过程，如能量转换、物质运送、许多基本的生命过程，如能量转换、物质运送、信息识别与传递等都与生物膜有密切的关系。信息识别与传递等都与生物膜有密切的关系。人们从生物膜的成分、结构和功能的研究中得人们从生物膜的成分、结构和功能的研究中得到启示，开发合成的人工膜，如反渗透膜、超滤膜，到启示，开发合成的人工膜，如反渗透

21、膜、超滤膜，可应用于废水处理、物质的提纯和气体的分离，在可应用于废水处理、物质的提纯和气体的分离，在化学工业有广阔的前景。化学工业有广阔的前景。2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.5 表面活性物质 1.1.表面活性物质表面活性物质 2.2.表面活性物质的表面活性物质的HLB值值 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.表面活性物质 能使水的表面张力明显降低的物质能使水的表面张力明显降低的物质能使水的表面张力明显降低的物质能使水的表面张力明显降低的物质表面活性物质，表面活性物质，又称又称表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂。表面活性物质表面活性物质的结构特点：具有双亲结构

22、，的结构特点：具有双亲结构，同一分子含有同一分子含有亲水基亲水基和和亲油基亲油基表面表面活性活性剂的剂的类型类型离离子子型型非离非离子型子型阴离子型阴离子型RCOOM,RSO3M,ROSO3M,ROPO3M阳离子型：阳离子型：两两 性性 型：型：2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.表面活性物质的HLB值 HLB HLB值值(Hydrophile-lipophile balance)(Hydrophile-lipophile balance)亲水亲油亲水亲油亲水亲油亲水亲油平衡值。由平衡值。由平衡值。由平衡值。由格里芬格里芬格里芬格里芬（GriffinGriffinGriffinGr

23、iffin）提出（提出（提出（提出（19491949）HLB愈大，亲水性越强，疏水性越弱。愈大，亲水性越强，疏水性越弱。规定：石蜡：规定：石蜡：HLB=0；十二烷基硫酸钠：十二烷基硫酸钠：HLB=40表面活性剂表面活性剂HLB：040HLB值值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20|石蜡石蜡 W/O乳化剂乳化剂 润湿剂润湿剂 洗涤剂洗涤剂 增溶剂增溶剂|聚乙二醇聚乙二醇 O/W乳化剂乳化剂2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.6 胶束 1.表面活性物质的临界胶束浓度表面活性物质的临界胶束浓度 2.增溶作用增溶作用 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.表面

24、活性物质的临界胶束浓度 溶液表面吸附达饱和溶液表面吸附达饱和溶液表面吸附达饱和溶液表面吸附达饱和后，溶液内的表面活性剂后，溶液内的表面活性剂后，溶液内的表面活性剂后，溶液内的表面活性剂分子以疏水基相互靠拢，分子以疏水基相互靠拢，分子以疏水基相互靠拢，分子以疏水基相互靠拢，形成疏水基朝内，亲水基形成疏水基朝内，亲水基形成疏水基朝内，亲水基形成疏水基朝内，亲水基朝外的束状物朝外的束状物朝外的束状物朝外的束状物胶束胶束胶束胶束。图图8-10 8-10 胶束的形状胶束的形状 表面活性剂在水溶液表面活性剂在水溶液表面活性剂在水溶液表面活性剂在水溶液中形成胶束所需最低浓中形成胶束所需最低浓中形成胶束所需最

25、低浓中形成胶束所需最低浓度度度度临界胶束浓度临界胶束浓度临界胶束浓度临界胶束浓度CMC CMC(Critical Micelle(Critical Micelle Concentration)Concentration)图图8-11表面活性剂溶液性质表面活性剂溶液性质表面活性剂溶液性质表面活性剂溶液性质 浓度示意图浓度示意图浓度示意图浓度示意图2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.增溶作用 浓度较大的表面活性剂水溶液能使疏水物质的浓度较大的表面活性剂水溶液能使疏水物质的浓度较大的表面活性剂水溶液能使疏水物质的浓度较大的表面活性剂水溶液能使疏水物质的“溶解溶解溶解溶解”量显著增大量显著

26、增大量显著增大量显著增大增溶作用增溶作用增溶作用增溶作用。只有只有只有只有c cCMCCMC时，才发生增溶，增溶机理是疏时，才发生增溶，增溶机理是疏时，才发生增溶，增溶机理是疏时，才发生增溶，增溶机理是疏水物溶于胶束内。水物溶于胶束内。水物溶于胶束内。水物溶于胶束内。增溶不同于溶解，增溶过程中依数性不变，说增溶不同于溶解，增溶过程中依数性不变，说增溶不同于溶解，增溶过程中依数性不变，说增溶不同于溶解，增溶过程中依数性不变，说明溶质整体溶入胶束。明溶质整体溶入胶束。明溶质整体溶入胶束。明溶质整体溶入胶束。增溶为热力学自发过程，不同于乳化。增溶为热力学自发过程，不同于乳化。增溶为热力学自发过程，不

27、同于乳化。增溶为热力学自发过程，不同于乳化。2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.7 气固界面吸附 1.1.固体表面特性固体表面特性 2.2.吸附作用吸附作用 3.3.吸附理论吸附理论 4.4.吸附作用的应用吸附作用的应用 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.固体表面特性 固体表面不均匀固体表面不均匀固体表面分子、原子或离子较难移动固体表面分子、原子或离子较难移动固体表面层的组成与体相组成不同固体表面层的组成与体相组成不同2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.吸附作用 气体分子在固体表面上相对聚集的现象气体分子在固体表面上相对聚集的现象气体分子在固体表面上相对聚

28、集的现象气体分子在固体表面上相对聚集的现象气固气固气固气固吸附吸附吸附吸附吸附气体的固体吸附气体的固体吸附气体的固体吸附气体的固体吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂。被吸附的气体被吸附的气体被吸附的气体被吸附的气体吸附质吸附质吸附质吸附质。已被吸附的分子重新回到气相已被吸附的分子重新回到气相已被吸附的分子重新回到气相已被吸附的分子重新回到气相脱附脱附脱附脱附oror解吸解吸解吸解吸吸附速率吸附速率吸附速率吸附速率r ra a=脱附速率脱附速率脱附速率脱附速率r rd d，称，称，称，称吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡。达吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附气体的达吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附气体的达吸附

29、平衡时，单位质量吸附剂所吸附气体的达吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附气体的物质的量或其在标准状况下所占体积物质的量或其在标准状况下所占体积物质的量或其在标准状况下所占体积物质的量或其在标准状况下所占体积吸附量吸附量吸附量吸附量,mol kgmol kg-1-1或或或或,m,m3 3 kg kg-1-12022/10/28上一内容下一内容回主目录2.吸附作用 吸附类型吸附类型吸附类型吸附类型吸附作用力吸附作用力吸附作用力吸附作用力物理吸附物理吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附化学吸附化学吸附2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.吸附作用 吸附定温式（线）吸附定温式（线）吸附定温式（线

30、）吸附定温式（线）吸附等压式（线）吸附等压式（线）吸附等压式（线）吸附等压式（线）吸附等量式（线）吸附等量式（线）吸附等量式（线）吸附等量式（线）（1 1）吸附自发：）吸附自发：）吸附自发：）吸附自发：G G00；气体由三维变二维，气体由三维变二维，气体由三维变二维，气体由三维变二维，S S 00，故故故故H=H=G+T G+T S S 00，气固吸附为放热过程。，气固吸附为放热过程。，气固吸附为放热过程。，气固吸附为放热过程。（2 2）T T 升高，升高，升高，升高，下降。下降。下降。下降。2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.吸附理论 弗兰德里希吸附定温式弗兰德里希吸附定温式k

31、k,n n吸附常数，吸附常数，吸附常数，吸附常数，n n1 1(8-11)以以以以lnln 对对对对lnlnp p作图得一直线，从其斜率和截距可作图得一直线，从其斜率和截距可作图得一直线，从其斜率和截距可作图得一直线，从其斜率和截距可求求求求k k,n n2022/10/28上一内容下一内容回主目录朗缪尔吸附理论（朗缪尔吸附理论（1916）基本假设：基本假设：基本假设：基本假设：吸附分子从固体表面脱附时不受其它吸附分子吸附分子从固体表面脱附时不受其它吸附分子吸附分子从固体表面脱附时不受其它吸附分子吸附分子从固体表面脱附时不受其它吸附分子的影响。的影响。的影响。的影响。即不考虑吸附分子之间的相互

32、作用力即不考虑吸附分子之间的相互作用力即不考虑吸附分子之间的相互作用力即不考虑吸附分子之间的相互作用力气体在固体表面的吸附是单分子层的。气体在固体表面的吸附是单分子层的。气体在固体表面的吸附是单分子层的。气体在固体表面的吸附是单分子层的。吸附热为一常数吸附热为一常数吸附热为一常数吸附热为一常数 。即固体吸附剂表面是均匀的，。即固体吸附剂表面是均匀的，。即固体吸附剂表面是均匀的，。即固体吸附剂表面是均匀的，表面上各吸附位置的能量相同。表面上各吸附位置的能量相同。表面上各吸附位置的能量相同。表面上各吸附位置的能量相同。3.吸附理论 2022/10/28上一内容下一内容回主目录：固体表面被吸附分子覆

33、盖的分数。：固体表面被吸附分子覆盖的分数。：固体表面被吸附分子覆盖的分数。：固体表面被吸附分子覆盖的分数。固体表面未被吸附分子覆盖的分数。固体表面未被吸附分子覆盖的分数。固体表面未被吸附分子覆盖的分数。固体表面未被吸附分子覆盖的分数。吸附平衡时：吸附平衡时：1 1：饱和吸附量饱和吸附量式（式（式（式（8-128-12）称为朗缪尔吸附定温式）称为朗缪尔吸附定温式）称为朗缪尔吸附定温式）称为朗缪尔吸附定温式3.吸附理论（8-128-12）2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.吸附理论（8-128-12）讨论：讨论：讨论：讨论：（1 1）气体压力很小时，）气体压力很小时，）气体压力很小时，

34、）气体压力很小时，bp bp 111，1+1+bpbp bpbp=mm，吸附达饱和，吸附达饱和，吸附达饱和，吸附达饱和，p p 呈水平线。呈水平线。呈水平线。呈水平线。p=m图图8.12 朗缪尔吸附定温线朗缪尔吸附定温线朗缪尔吸附定温线朗缪尔吸附定温线2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.吸附理论（8-128-12）（3 3）将朗缪尔公式整理得：）将朗缪尔公式整理得：）将朗缪尔公式整理得：）将朗缪尔公式整理得：测得不同测得不同测得不同测得不同 p p 下的下的下的下的 ，以，以，以，以 作图得一直线，作图得一直线，作图得一直线，作图得一直线，从其斜率和截距可求从其斜率和截距可求从其斜

35、率和截距可求从其斜率和截距可求 和和和和 b b 值。值。值。值。（4 4）朗缪尔吸附定温式适用于化学吸附和温）朗缪尔吸附定温式适用于化学吸附和温）朗缪尔吸附定温式适用于化学吸附和温）朗缪尔吸附定温式适用于化学吸附和温度较高时的物理吸附。度较高时的物理吸附。度较高时的物理吸附。度较高时的物理吸附。2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.吸附理论 BET多分子层吸附定温式多分子层吸附定温式（1938）基本假设基本假设基本假设基本假设:吸附可以是多分子层的。第一层吸附为固体表面吸附可以是多分子层的。第一层吸附为固体表面吸附可以是多分子层的。第一层吸附为固体表面吸附可以是多分子层的。第一层吸

36、附为固体表面分子与气体分子间的相互作用；第二层以后的吸附为分子与气体分子间的相互作用；第二层以后的吸附为分子与气体分子间的相互作用；第二层以后的吸附为分子与气体分子间的相互作用；第二层以后的吸附为气体分子与已吸附气体分子间的相互作用。气体分子与已吸附气体分子间的相互作用。气体分子与已吸附气体分子间的相互作用。气体分子与已吸附气体分子间的相互作用。第一层吸附热第一层吸附热第一层吸附热第一层吸附热Q Q1 1对一定体系为一常数；第二层以对一定体系为一常数；第二层以对一定体系为一常数；第二层以对一定体系为一常数；第二层以后的吸附热后的吸附热后的吸附热后的吸附热Q QL L均相同，接近于气体的凝聚热。

37、均相同，接近于气体的凝聚热。均相同，接近于气体的凝聚热。均相同，接近于气体的凝聚热。吸附量为各层吸附量之和。吸附量为各层吸附量之和。吸附量为各层吸附量之和。吸附量为各层吸附量之和。(8-13)BET公式公式2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.吸附理论(8-13)平衡压力下各层的总吸附量；平衡压力下各层的总吸附量；平衡压力下各层的总吸附量；平衡压力下各层的总吸附量；mm固体表面被覆固体表面被覆固体表面被覆固体表面被覆盖满一层时的吸附量，盖满一层时的吸附量，盖满一层时的吸附量，盖满一层时的吸附量，p p*实验温度下，气体的饱和实验温度下，气体的饱和实验温度下，气体的饱和实验温度下，气体

38、的饱和蒸气压。蒸气压。蒸气压。蒸气压。C C=K Kexp(exp(Q Q1 1Q QL L)/)/RTRT:与与与与Q Q1 1,Q QL L有关的常数。有关的常数。有关的常数。有关的常数。BETBET公式适用范围公式适用范围公式适用范围公式适用范围p p/p p*：2022/10/28上一内容下一内容回主目录4.吸附作用的应用 测定固体粉末的比表面测定固体粉末的比表面S0将将将将BETBET公式整理得：公式整理得：公式整理得：公式整理得：在在在在N N2 2(l)(l)中测中测中测中测N N2 2(g)(g)在样品上的吸附量（标：在样品上的吸附量（标：在样品上的吸附量（标：在样品上的吸附量

39、（标：mm3 3kgkg-1-1）以以以以p p/p p(p p*p p)p p/p p*作图得一直线，作图得一直线，作图得一直线，作图得一直线，A A(N(N2 2)=1.6210)=1.62101919mm2 2 分子分子分子分子-1-12022/10/28上一内容下一内容回主目录8.8 液固界面吸附 1.1.溶液中吸附量的测定溶液中吸附量的测定 2.2.稀溶液中溶质分子的吸附稀溶液中溶质分子的吸附3.3.电解质溶液中离子的吸附电解质溶液中离子的吸附2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.溶液中吸附量的测定(8-14)式中式中m是吸附剂的质量；是吸附剂的质量；c1和和c2分别是溶液

40、起分别是溶液起始与平衡的浓度始与平衡的浓度-3)；V是溶液的体积是溶液的体积(dm3)，x是被是被m克吸附剂所吸附溶质的量克吸附剂所吸附溶质的量(mol)2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.稀溶液中溶质分子的吸附 吸附定温线吸附定温线以以lg 对对lgc作直线作直线,从直线的斜率和截距可求出从直线的斜率和截距可求出n和和k。测得不同测得不同测得不同测得不同c c下的下的下的下的p p，以，以，以，以作图得一直线作图得一直线作图得一直线作图得一直线S0=mLA,A A为溶质分子截面积。为溶质分子截面积。为溶质分子截面积。为溶质分子截面积。2022/10/28上一内容下一内容回主目录影

41、响吸附的因素影响吸附的因素 （1）极性的影响）极性的影响 一般来说，遵循相似一般来说，遵循相似相吸的原则。相吸的原则。（2）溶质溶解度的影响）溶质溶解度的影响 溶质的溶解度溶质的溶解度小，越易被吸附。小，越易被吸附。（3）温度的影响）温度的影响 吸附是放热过程，温吸附是放热过程，温度升高，吸附量下降。度升高，吸附量下降。2.稀溶液中溶质分子的吸附 2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.电解质溶液中离子的吸附（1）离子晶体对电解质离子的选择性吸附）离子晶体对电解质离子的选择性吸附 晶体总是选择吸附与其晶格相同或相似的离子或晶体总是选择吸附与其晶格相同或相似的离子或晶体总是选择吸附与其晶

42、格相同或相似的离子或晶体总是选择吸附与其晶格相同或相似的离子或能与其形成难溶盐的离子，这种现象称为离子的选择能与其形成难溶盐的离子，这种现象称为离子的选择能与其形成难溶盐的离子，这种现象称为离子的选择能与其形成难溶盐的离子，这种现象称为离子的选择性吸附。性吸附。性吸附。性吸附。(AgI)m+AgNO3 (AgI)m Ag+NO3-(AgI)m+KI(Ag)m I-+K+2022/10/28上一内容下一内容回主目录3.电解质溶液中离子的吸附(2)离子交换吸附离子交换吸附已吸附在固体表面的离子可被溶已吸附在固体表面的离子可被溶已吸附在固体表面的离子可被溶已吸附在固体表面的离子可被溶液中的同号离子交

43、换下来。液中的同号离子交换下来。液中的同号离子交换下来。液中的同号离子交换下来。离子交换是可逆的；离子交换是可逆的；离子交换是可逆的；离子交换是可逆的；已被吸附的离子只能被同号离子交换，且交换已被吸附的离子只能被同号离子交换，且交换已被吸附的离子只能被同号离子交换，且交换已被吸附的离子只能被同号离子交换，且交换过程中等电荷量。过程中等电荷量。过程中等电荷量。过程中等电荷量。2022/10/28上一内容下一内容回主目录8.9 润湿作用 1.1.润湿现象润湿现象 2.2.接触角与润湿作用接触角与润湿作用 2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.润湿现象 当液体与固体接触时，液体能在固体表面

44、上当液体与固体接触时，液体能在固体表面上铺开，即原来的气铺开，即原来的气-固界面被液固界面被液-固界面代替的固界面代替的过程叫润湿。过程叫润湿。润湿可分为沾湿、浸湿和铺展三种情况。润湿可分为沾湿、浸湿和铺展三种情况。2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.润湿现象 沾湿沾湿 沾湿是指气沾湿是指气-液与气液与气-固界面转变为液固界面转变为液-固界面。固界面。该过程吉布斯自由能的变化值为该过程吉布斯自由能的变化值为 G=l-s g-s g-l （8-15）体系体系所做的最大功为所做的最大功为Wa=l-s g-s g-l（8-168-16）Wa为黏附功，为黏附功，Wa0是液体沾湿固体的条件。

45、是液体沾湿固体的条件。2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.润湿现象 浸湿浸湿 浸湿是指固体浸入液体的过程。浸湿是指固体浸入液体的过程。该过程吉布斯自由能的变化值为该过程吉布斯自由能的变化值为 G=l-s g-s（8-17）体系体系所做的最大功为所做的最大功为Wi=l-s g-s（8-188-18）Wi为为浸湿浸湿功，功，Wi0是液体是液体浸湿浸湿固体的条件。固体的条件。2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.润湿现象 铺展铺展铺展是指液体在固体表面展开的过程。铺展是指液体在固体表面展开的过程。该过程吉布斯自由能的变化值为该过程吉布斯自由能的变化值为 G=l-s+l-g s-

46、g （8-19）体系体系所做的最大功为所做的最大功为S=l-s+l-g s-g（8-208-20）S为铺展系数为铺展系数，S0是液体可以在固体表面自动铺展。是液体可以在固体表面自动铺展。2022/10/28上一内容下一内容回主目录1.润湿现象 对于同一体系，对于同一体系，S Wi Wa ，如果液体能在固体表面上铺展，它一定能如果液体能在固体表面上铺展，它一定能沾湿和浸湿固体，铺展是润湿的最高条件沾湿和浸湿固体，铺展是润湿的最高条件。Wa=l-s g-s g-l（8-168-16）Wi=l-s g-s（8-188-18）S=l-s+l-g s-g（8-208-20）2022/10/28上一内容下

47、一内容回主目录2.接触角与润湿作用 润湿平衡时，固、液、气三相交界处，固润湿平衡时，固、液、气三相交界处，固润湿平衡时，固、液、气三相交界处，固润湿平衡时，固、液、气三相交界处，固-液界液界液界液界面与液面与液面与液面与液-气界面间的夹角气界面间的夹角气界面间的夹角气界面间的夹角 接触角。接触角。接触角。接触角。液液固固 gs gl 固固气气液液图图8-13 润湿作用与液滴的形状润湿作用与液滴的形状(a)(b)2022/10/28上一内容下一内容回主目录2.接触角与润湿作用(8-21)讨论：讨论：讨论：讨论：杨氏方程杨氏方程（1 1）利用）利用）利用）利用 可判断液体对固体的润湿，铺展情况：可

48、判断液体对固体的润湿，铺展情况：可判断液体对固体的润湿，铺展情况：可判断液体对固体的润湿，铺展情况：90 90 90：液体不能润湿固体，称：液体不能润湿固体，称：液体不能润湿固体，称：液体不能润湿固体，称“不润湿不润湿不润湿不润湿”。0 0 或不存在：液体能完全润湿固体，即液体能在固或不存在：液体能完全润湿固体，即液体能在固或不存在：液体能完全润湿固体，即液体能在固或不存在：液体能完全润湿固体，即液体能在固体表面铺展。体表面铺展。体表面铺展。体表面铺展。180 180 完全不润湿。完全不润湿。完全不润湿。完全不润湿。（2 2）可通过实验来测定。可通过实验来测定。可通过实验来测定。可通过实验来测定。2022/10/28上一内容下一内容回主目录Wa=l-s g-s g-l（8-168-16）Wi=l-s g-s（8-188-18）S=l-s+l-g s-g（8-208-20）(8-21)Wa=g-l(1+cos)(8-22)Wi=g-l(cos)(8-23)S=g-l(1cos)(8-24)2.接触角与润湿作用 2022/10/28上一内容下一内容回主目录End of chapt.8物理化学多媒体教学课件2022/10/28