表面现象与分散系统课件.ppt

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1、表面现象与分散系统1第1页，此课件共77页哦(一一)表面现象表面现象8.1 表面自由能与表面张力表面自由能与表面张力8.2 纯液体的表面现象纯液体的表面现象8.3 气体在固体表面上的吸附气体在固体表面上的吸附8.4 溶液的表面吸附溶液的表面吸附8.5 表面活性剂及其作用表面活性剂及其作用2第2页，此课件共77页哦8.1 表面自由能与表面张力表面自由能与表面张力 Surface free energy and surface tensionSurface free energy and surface tension单组分密闭系统：单组分密闭系统：dG=-SdT+Vdp+wr 在等温等压条件下：

2、在等温等压条件下：(dG)T,p=wr=dA表面功：表面功：可逆扩大表面积所做的功可逆扩大表面积所做的功 wr=dA=(dG)T,p 3第3页，此课件共77页哦一、表面自由能，比表面能一、表面自由能，比表面能-比表面能比表面能单位：单位：J m-2物理意义：物理意义：从从定定义义式式看看，定定温温定定压压下下，可可逆逆增增加加单单位位表表面面积积引引起系统自由能的增量即为比表面能。起系统自由能的增量即为比表面能。：单位表面积上的分子比相同数量的内部分子：单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额超额的吉的吉布斯自由能。布斯自由能。4第4页，此课件共77页哦二、表面张力二、表面张力 单位：单位：

3、N m-1物理意义：物理意义：表面紧缩力表面紧缩力。定定义义：在在相相表表面面的的切切面面上上，垂垂直直作作用用于于表表面面任任意意单单位位长度上的长度上的紧缩力。紧缩力。表面为一曲面：表面为一曲面：例如：例如：表面为一平面：肥皂水膜表面为一平面：肥皂水膜5第5页，此课件共77页哦三、影响表面张力的因素三、影响表面张力的因素1.物质的种类及共存相的种类（性质）物质的种类及共存相的种类（性质）20 H2O(l)C6H6(l)CCl4(l)/N m-1 0.0728 0.0289 0.0269 (H2O-C6H6)0.0326 (H2O-CCl4)0.045 2.温度：一般情况下，温度：一般情况下

4、，T，。因分子间引力减弱。因分子间引力减弱 如常压下的纯液体：如常压下的纯液体：为温度不变时扩大表面积所吸的热为温度不变时扩大表面积所吸的热06第6页，此课件共77页哦四、表面热力学四、表面热力学7第7页，此课件共77页哦五、表面自由能（巨大表面系统）五、表面自由能（巨大表面系统）例例1：20，p 下下，将，将1kg水分散成水分散成10-9m半径的小水滴需做半径的小水滴需做功多少？已知功多少？已知 =0.0728 N m-1,=1000 kg m-3 解：解：Wr=A=(A2 A1)A2=n 4 r2而而 1kg=n (4/3 r3 )n=2.4 1023个个 Wr=3 10-3/r=218

5、kJ而而218 kJ的能量相当于的能量相当于1kg水升温水升温50所需的能所需的能.对于对于1kg水水(0.0485m2)，表面能约为，表面能约为3.5 10-3J。8第8页，此课件共77页哦8.2 纯液体的表面现象纯液体的表面现象 Surface phenomena of pure liquidSurface phenomena of pure liquid一、弯曲液面的附加压力一、弯曲液面的附加压力平面平面 凸液面凸液面(convex)凹液面凹液面(concave)p=0 p指向球心指向球心 p指向球心指向球心 p？9第9页，此课件共77页哦实验：实验：Young-Laplace equa

6、tion10第10页，此课件共77页哦Young-Laplace 公式公式:p=2/r式中式中r：曲率半径。：曲率半径。r越大，越大，p越小；平面时越小；平面时r，p=0注意：注意：1.不不管管是是凸凸液液面面，还还是是凹凹液液面面，附附加加压压力力的的方方向向总总是是指指向向球球心心，即球内的压力一定大于球外的压力；即球内的压力一定大于球外的压力；2.液膜（肥皂泡）液膜（肥皂泡）p=4/r11第11页，此课件共77页哦例：打开活塞后，两肥皂泡将如何变化？例：打开活塞后，两肥皂泡将如何变化？例：打开活塞后，两肥皂泡将如何变化？例：打开活塞后，两肥皂泡将如何变化？达平衡时怎样？达平衡时怎样？12

7、第12页，此课件共77页哦二、曲率对蒸气压的影响二、曲率对蒸气压的影响-Kelvin eq.()T:1mol液体液体 (液相液相)P P=P+2/r(气相气相)蒸气压蒸气压 p pr气液平衡：气液平衡：(g)=(l)()T:d(g)=d(l)即即dGm(g)=dGm(l)RTdlnp=Vm(l)dP(l)rP P 13第13页，此课件共77页哦Kelvin eq.注意：注意：凹（液中气泡）：凹（液中气泡）：r取负值，取负值，pr p14第14页，此课件共77页哦例例2 2 已知水在已知水在已知水在已知水在20时的表面张力为时的表面张力为时的表面张力为时的表面张力为0.072N0.072N mm

8、-1-1，=1g=1g c cm-3-3，0时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为610.5Pa610.5Pa。在在0 0 2020内水的内水的 vapvapHHmm=40.67kJ=40.67kJ mol-1-1。求在。求在。求在。求在2020时半径为时半径为时半径为时半径为10-9-9m水水水水滴的饱和蒸气压。滴的饱和蒸气压。滴的饱和蒸气压。滴的饱和蒸气压。解解：要要求求20时时水水滴滴的的饱饱和和蒸蒸气气压压，首首先先要要求求出出该该温温度度下下平面水的饱和蒸气压。则根据克平面水的饱和蒸气压。则根据克-克方程：克方程：p(293K)=2074Pa根据根据

9、Kelvin公式公式pr=6011Pa15第15页，此课件共77页哦Kelvin公式的应用：几种亚稳状态公式的应用：几种亚稳状态1）过饱和蒸气）过饱和蒸气人工降雨人工降雨20时时(pr=6kPa)(p=2kPa)。若现在。若现在(35)蒸气压为蒸气压为5.6kPa，迅速冷却至，迅速冷却至20，虽，虽p p(20)，但仍，但仍pr，所，所以成为以成为过饱和蒸气过饱和蒸气2）过热液体：暴沸现象）过热液体：暴沸现象violent bumping P+P=P+2/rpr3）过冷液体）过冷液体4）过饱和溶液）过饱和溶液16第16页，此课件共77页哦三、液体的润湿与铺展三、液体的润湿与铺展 wetting

10、 and spreading (s-l)(s-g)(l-g)OO17第17页，此课件共77页哦合力合力合力合力 (s-g)(s-g)(s-l)(l-g)cos(l-g)cos ：0，点向左移，液体铺展，点向左移，液体铺展,如洁净玻璃上的水滴18第18页，此课件共77页哦接触角的计算：平衡时接触角的计算：平衡时接触角的计算：平衡时接触角的计算：平衡时(即合力为零时即合力为零时)90 不不润润湿湿，该该固固体体则则称称为为憎憎液液（水水）性性固固体体，如如：石蜡、石墨石蜡、石墨=180：完全不润湿：完全不润湿19第19页，此课件共77页哦四、毛细管现象四、毛细管现象 (capillaritycap

11、illarity)凹液面凹液面 90,p向下向下 p=(液液 气气)gh=液液gh=2/rR=rcos r为曲率半径为曲率半径R为毛细管半径为毛细管半径 r rRR20第20页，此课件共77页哦应用：应用：1)锄地保墒锄地保墒切切断断毛毛细细管管，使使水水分分不不能能沿沿毛毛细细管管上上升升到到地地表表而蒸发；而蒸发；毛毛细细管管凝凝聚聚,水水在在毛毛细细管管中中呈呈凹凹液液面面，其其饱饱和和蒸蒸气气压压小小于于水水平平液液面面的的饱饱和和蒸蒸气气压压，水水蒸蒸气气易易在在切断的毛细管中凝结成水。切断的毛细管中凝结成水。2)两两块块洁洁净净的的玻玻璃璃之之间间放放少少量量水水后后，为为什什么么

12、很很难难拉拉开？开？pp p21第21页，此课件共77页哦例例例例3 3 如果水中仅含有半径为如果水中仅含有半径为1.001.00 1010-3-3mmmm的空气泡，试求这样的空气泡，试求这样的空气泡，试求这样的空气泡，试求这样的水开始沸腾的温度为多少度？已知的水开始沸腾的温度为多少度？已知的水开始沸腾的温度为多少度？已知的水开始沸腾的温度为多少度？已知100以上水的表面张力以上水的表面张力为为 0.0589.0589 N N mm-1-1，气化热为，气化热为40.7 kJkJ molmol-1-1。解：空气泡上的附加压力为解：空气泡上的附加压力为p=2/r,当水沸腾时，空气泡中的当水沸腾时，

13、空气泡中的水蒸气压至少等于水蒸气压至少等于(p+p),应用克劳修斯克拉贝龙方程应用克劳修斯克拉贝龙方程可求出蒸气压为可求出蒸气压为(p+p)时的平衡温度时的平衡温度T2，此即沸腾温度。，此即沸腾温度。T2=396K22第22页，此课件共77页哦例例例例4 由于天气干旱，白天空气相对湿度仅由于天气干旱，白天空气相对湿度仅由于天气干旱，白天空气相对湿度仅由于天气干旱，白天空气相对湿度仅56%(56%(相对湿度即相对湿度即相对湿度即相对湿度即实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比)。设白天温度为。设白天温度为。设白天温

14、度为。设白天温度为35(35(饱饱饱饱和蒸气压为和蒸气压为和蒸气压为和蒸气压为5.625.62 103Pa),Pa),夜间温度为夜间温度为夜间温度为夜间温度为25(25(饱和蒸气压为饱和蒸气压为3.173.17103 3Pa)Pa)。试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若。试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若。试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若。试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为在直径为在直径为在直径为0.10.1m的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤

15、完全润湿，湿，湿，湿，2525时水的表面张力时水的表面张力时水的表面张力时水的表面张力 =0=0.0715 N.0715 N mm-1-1，水的密度，水的密度，水的密度，水的密度 =1g=1g c cmm-3-3。解：白天温度为解：白天温度为35时时,空气相对湿度为空气相对湿度为56%，则，则 实际蒸气压实际蒸气压p=5.62103 56%=3.15103 Pa 此蒸气压小于夜间此蒸气压小于夜间(25时时)的饱和蒸气压的饱和蒸气压3.17103Pa,所所以夜间不会凝结。以夜间不会凝结。23第23页，此课件共77页哦在直径为在直径为在直径为在直径为0.10.1 mm的土壤毛细管中，水形成凹液面。

16、的土壤毛细管中，水形成凹液面。的土壤毛细管中，水形成凹液面。的土壤毛细管中，水形成凹液面。由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土壤毛细管半径壤毛细管半径=0.510-7m。由开尔文公式：。由开尔文公式：pr/p=0.979pr=3.10103Pa 3.15103Pa(实际实际)，所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结。所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结。24第24页，此课件共77页哦例例例例5 5 一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛一个带有毛细管

17、颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛浓度为浓度为浓度为浓度为1 1010-3-3mol mol L L-1-1的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面张力张力张力张力 =*-bc,*-bc,其中其中其中其中 *=0=0.07288N.07288N mm-1-1，b=19.62(N b=19.62(N mm-1-1 mol mol L L-1-1)，298.2K时将此漏斗缓慢地插入盛水的烧杯中，时将此漏斗缓慢地插入盛水的烧杯中，时将此漏斗缓慢地插入盛水的烧杯中，时将此漏斗缓慢地插入盛水的烧杯中，测得毛细管颈内液柱

18、超出水面测得毛细管颈内液柱超出水面测得毛细管颈内液柱超出水面测得毛细管颈内液柱超出水面30.71cm30.71cm时达成平衡，求毛细时达成平衡，求毛细时达成平衡，求毛细时达成平衡，求毛细管的半径。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？管的半径。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？管的半径。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？管的半径。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？30.71cm25第25页，此课件共77页哦解：毛细管内液面上升原因有两个：一是附加压力；二解：毛细管内液面上升原因有两个：一是附加压力；二是渗透压。是渗透压。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？若将此毛细管插入水中，液面上升多少

19、？根据公式根据公式即即+p=gh,而而=cRT,p=2 /r 则则2 /r=gh cRT =10009.8 0.3071 1 RT=530.6 Pa=*-bc=0.07288 19.6210-3=0.05326 N m-1r=20.05326/530.6=2.008 10-4m 液面上升液面上升7.4cm26第26页，此课件共77页哦8.3 气体在固体表面的吸附气体在固体表面的吸附一、气固吸附的一般常识一、气固吸附的一般常识吸附质：（被吸附的）气体；吸附质：（被吸附的）气体；吸附剂：（吸附气体的）固体吸附剂：（吸附气体的）固体1.吸附类型吸附类型 物理吸附 化学吸附吸附力 范德华力 化学键力吸

20、附分子层 单分子层或多分子层 单分子层吸附选择性 无，易液化者易吸附 有选择性吸附热-(2040)kJ/mol-(40400)kJ/mol吸附速度快,易脱附,易达平衡较慢，不易达平衡27第27页，此课件共77页哦2.2.吸附平衡与吸附量吸附平衡与吸附量吸附平衡与吸附量吸附平衡与吸附量吸附平衡：即吸附平衡：即rads=rd，此时被吸附的气体量不随时间而，此时被吸附的气体量不随时间而变化。变化。吸附量：达吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附的吸附质的吸附量：达吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附的吸附质的量量a=n(吸附质吸附质)/m(吸附剂吸附剂)a=V(吸附质吸附质)/m(吸附剂吸附剂)28第28页，

21、此课件共77页哦3 3）吸附曲线：）吸附曲线：a=f(T,p)a=f(T,p)a为吸附量，为吸附量，p为吸附质的分压为吸附质的分压 吸附等压线：吸附等压线：a=f(T)(isobaric)(isobar)CO在在Pt上的吸附等压线上的吸附等压线V(CO)T因为因为 H=G+T S 0 0 吸附热小于零，吸附热小于零，T，a 吸附是放热吸附是放热29第29页，此课件共77页哦吸附等量线：吸附等量线：吸附等量线：吸附等量线：p=f(T)p=f(T)类似于类似于C-C方程，可求吸附热方程，可求吸附热吸附等温线：吸附等温线：a=f(p)isotherm吸附质分压吸附质分压吸吸附附量量五种类型，其中第一

22、种五种类型，其中第一种是单分子层吸附是单分子层吸附(见右见右图图)30第30页，此课件共77页哦二、二、Langmuir单分子层吸附等温式单分子层吸附等温式基本假设：基本假设：1 单单分分子子层层吸吸附附：空空白白表表面面上上才才能能吸吸附附。令令表表面面覆覆盖盖度度为为，rads=k1(1-)p 2 吸吸附附分分子子之之间间无无相相互互作作用用力力：吸吸附附分分子子脱脱附附时时不不受受其其它它吸附分子的影响。吸附分子的影响。rd=k2()T 达吸附平衡时，达吸附平衡时，rads=rd其中其中or31第31页，此课件共77页哦讨论：讨论：1.bp1，V=Vm(常数常数)，达到饱和吸附，达到饱和

23、吸附=1pVVm32第32页，此课件共77页哦直线斜率直线斜率=1/Vm，Vm=1/slope截距截距=1/bVm，b=slope/intercept3 原式改写成原式改写成原式改写成原式改写成p/Vp33第33页，此课件共77页哦三、三、三、三、BETBET吸附等温式：多分子层气固吸附理论吸附等温式：多分子层气固吸附理论吸附等温式：多分子层气固吸附理论吸附等温式：多分子层气固吸附理论Vm=1/(slope+intercept)其中其中 C：与吸附热有关的常数：与吸附热有关的常数 p：T时吸附质的饱和蒸气压时吸附质的饱和蒸气压BET吸吸附附等等温温式式的的重重要要应应用用：测测定定和和计计算算

24、固固体体吸吸附附剂剂的的比表面（单位质量吸附剂的表面积）比表面（单位质量吸附剂的表面积）已知吸附质分子的截面积为已知吸附质分子的截面积为AS比比=34第34页，此课件共77页哦例例例例6 0时，时，时，时，COCO在在在在2.964g木炭上吸附的平衡压力木炭上吸附的平衡压力木炭上吸附的平衡压力木炭上吸附的平衡压力p p与吸附气与吸附气与吸附气与吸附气体标准状况体积体标准状况体积体标准状况体积体标准状况体积V有下列数据有下列数据p/104Pa0.972.404.127.2011.76V/cm37.516.525.138.152.3(1)试用图解法求朗格谬尔公式中常数试用图解法求朗格谬尔公式中常数

25、Vm和和b;(2)求求CO压力为压力为5.33104 Pa时，时，1g木炭木炭吸附的吸附的CO标准状标准状况体积。况体积。解：解：朗格谬尔吸附等温式朗格谬尔吸附等温式(1)以以(p/V)对对p作图，得一直线，其作图，得一直线，其 斜率斜率=1/Vm,截距截距=1/(bVm)35第35页，此课件共77页哦p/104Pa0.972.404.127.2011.76(p/V)/Pacm-3129314551641189022491/Vm=8.78 10-3 cm-3,1/(bVm)=1.24103 Pa cm-3故故Vm=114 cm3,b=7.0810-6 Pa-1将题给数据整理后列表如下将题给数据

26、整理后列表如下将题给数据整理后列表如下将题给数据整理后列表如下:p/Vp斜率斜率截距截距36第36页，此课件共77页哦(2)求求求求COCO压力为压力为5.335.33 10104 4 Pa时，时，时，时，1g1g木炭木炭木炭木炭吸附的吸附的吸附的吸附的COCO标标标标准状况体积。准状况体积。准状况体积。准状况体积。从图上查出，从图上查出，当当pCO=5.33104 Pa时，时，p/V=1707Pa cm-32.964g木炭木炭吸附的吸附的CO标准状况体积为：标准状况体积为：V=5.33104/1707=31.22cm31g木炭木炭吸附的吸附的CO标准状况体积为：标准状况体积为：V/m=31.

27、22/2.964=10.5cm337第37页，此课件共77页哦四、其它吸附等温式四、其它吸附等温式1.捷姆金吸附等温式捷姆金吸附等温式 a=kln(bp)2.付劳因德利希吸附等温式付劳因德利希吸附等温式 lna=lnk+(1/n)lnplna=lnk+(1/n)lnc（溶液中）（溶液中）(n1)38第38页，此课件共77页哦8.4 溶液的表面吸附溶液的表面吸附一、一、一、一、溶液表面的吸附现象溶液表面的吸附现象 和和c的关系的关系c 1.负吸附负吸附表面张力增大表面张力增大(如矿泉水，井水如矿泉水，井水)2.正吸附正吸附表面张力减小表面张力减小，39第39页，此课件共77页哦二、二、Gibbs

28、吸附公式吸附公式表面吸附量表面吸附量:定义：定义：物理意义：（表面超量）物理意义：（表面超量）surface excess单位面积表面层中溶质的物质的量比同量溶剂在本体溶液单位面积表面层中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中所含溶质的物质的量的超出值/mol m-2()TT c 0 负吸附负吸附c 0 正吸附正吸附-Gibbs吸附公式吸附公式40第40页，此课件共77页哦 的求算：的求算：的求算：的求算：1.作作 c曲线的切线，求斜率曲线的切线，求斜率d/dc，代入，代入Gibbs吸附公吸附公式，再作式，再作 c图。图。2.经验公式：经验公式：例如对有机酸同系物，希

29、施柯夫斯基经验公式为：例如对有机酸同系物，希施柯夫斯基经验公式为：其中其中 *:纯溶剂的表面张力纯溶剂的表面张力 :浓度为浓度为c时溶液的表面张力时溶液的表面张力 a,b:经验常数。同系物经验常数。同系物b相同，相同，a不同。不同。41第41页，此课件共77页哦将上式改写为将上式改写为将上式改写为将上式改写为整理上式得整理上式得c/c作图，得一直线，作图，得一直线，=1/slope42第42页，此课件共77页哦三、表面活性剂的吸附层结构三、表面活性剂的吸附层结构1 表面活性剂：表面活性剂：surfactants少量溶质加入能使溶液表面张力急剧下降。少量溶质加入能使溶液表面张力急剧下降。少量溶质

30、加入能使溶液表面张力急剧下降。少量溶质加入能使溶液表面张力急剧下降。原因：因为表面活性剂结构上的双亲性特点原因：因为表面活性剂结构上的双亲性特点原因：因为表面活性剂结构上的双亲性特点原因：因为表面活性剂结构上的双亲性特点亲水基团：亲水基团：-OHOH、-COOH-COOH、-COO-COO、-SO-SO3 3憎水基团：烷基，苯基。憎水基团：烷基，苯基。憎水基团：烷基，苯基。憎水基团：烷基，苯基。2 表面活性剂的吸附层结构：表面活性剂的吸附层结构：对对对对于于于于同同同同系系系系物物物物，虽虽虽虽然然然然碳碳碳碳链链链链长长长长度度度度不不不不同同同同，但但但但分分分分子子子子截截截截面面面面积

31、积积积相相相相同同同同(b相相同同)，所所以以 相相相相同同同同。设设设设一一一一个个个个分分分分子子子子的的的的截截截截面面面面积积积积为为为为A A，A A L=1/43第43页，此课件共77页哦3 表面膜表面膜:44第44页，此课件共77页哦例例7 197 19时，丁酸水溶液的表面张力与浓度的关系可以准确时，丁酸水溶液的表面张力与浓度的关系可以准确时，丁酸水溶液的表面张力与浓度的关系可以准确时，丁酸水溶液的表面张力与浓度的关系可以准确地用下式表示：地用下式表示：地用下式表示：地用下式表示：其中其中*是纯水的表面张力，是纯水的表面张力，c为丁酸浓度，为丁酸浓度，A,B为常数为常数(1)导出

32、此溶液表面吸附量导出此溶液表面吸附量 与浓度与浓度c的关系的关系;(2)已知已知A=0.0131N m-1,B=19.62dm3 mol-1,求丁酸浓度为求丁酸浓度为0.20mol dm-3时的吸附量时的吸附量;(3)求丁酸在溶液表面的饱和吸附量求丁酸在溶液表面的饱和吸附量 ;(4)假定饱和吸附时表面全部被丁酸分子占据，计算每个丁假定饱和吸附时表面全部被丁酸分子占据，计算每个丁酸分子的横截面积酸分子的横截面积45第45页，此课件共77页哦解解解解:(1):(1)将题目给定关系式对浓度将题目给定关系式对浓度c c求导，得求导，得代入吉布斯吸附公式，得代入吉布斯吸附公式，得(2)将将A=0.013

33、1N m-1,B=19.62dm3 mol-1,T=292K,c=0.20mol dm-3代入上式，计算得：代入上式，计算得：=4.3010-6 mol m-246第46页，此课件共77页哦(3)当当当当c c很大时，很大时，很大时，很大时，1+Bc 1+Bc Bc,Bc,则：则：则：则：(4)假定饱和吸附时表面全部被丁酸分子占据，则丁假定饱和吸附时表面全部被丁酸分子占据，则丁酸分子的横截面积为：酸分子的横截面积为：47第47页，此课件共77页哦CH3N+CH2COO CH3SO3 CH3N+CH3 CH38.5 表面活性剂及其作用表面活性剂及其作用一、表面活性剂的分类：一、表面活性剂的分类：

34、一、表面活性剂的分类：一、表面活性剂的分类：双亲性特点双亲性特点离子型离子型负离子型：羧酸盐、磺酸盐、磷酸酯盐负离子型：羧酸盐、磺酸盐、磷酸酯盐 正离子型：铵盐正离子型：铵盐两性：氨基酸两性：氨基酸非离子型：酯类、酰胺类、聚氧乙烯醚非离子型：酯类、酰胺类、聚氧乙烯醚CH3CH2 CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2 CH2 O(CH2CH2O)nHCH3CH2 CH2 48第48页，此课件共77页哦二、胶束和临界胶束浓度二、胶束和临界胶束浓度CMCmicelle and critical micelle concentrationmicelle and critical micelle c

35、oncentrationCMC表面活性剂在水溶液中形成胶束所需最低浓度。表面活性剂在水溶液中形成胶束所需最低浓度。一般在一般在0.0010.002mol/dm3，与在溶液表面形成饱和吸，与在溶液表面形成饱和吸附所对应的浓度基本一致附所对应的浓度基本一致49第49页，此课件共77页哦CMC的性质：的性质：50第50页，此课件共77页哦三、表面活性剂的作用三、表面活性剂的作用1.润湿作用：由润湿润湿作用：由润湿不润湿或由不润湿不润湿或由不润湿润湿润湿 防雨布防雨布;浮游选矿浮游选矿;农药农药2.增溶作用：增溶作用：solubilization3.乳化作用：乳化作用：emulsification 乳

36、状液乳状液(emulsion)：水包油水包油O/W：牛奶、润滑液：牛奶、润滑液 4.起泡，去污起泡，去污油包水油包水W/O：石油、农药、杀虫剂。：石油、农药、杀虫剂。51第51页，此课件共77页哦(二二)分散系统分散系统8.6 8.6 分散系统的分类分散系统的分类分散系统的分类分散系统的分类8.7 8.7 溶胶的光学及力学性质溶胶的光学及力学性质溶胶的光学及力学性质溶胶的光学及力学性质8.8 8.8 溶胶的电性质溶胶的电性质溶胶的电性质溶胶的电性质8.9 8.9 溶胶的聚沉和絮凝溶胶的聚沉和絮凝溶胶的聚沉和絮凝溶胶的聚沉和絮凝8.10 8.10 溶胶的制备及净化溶胶的制备及净化溶胶的制备及净化

37、溶胶的制备及净化52第52页，此课件共77页哦8.6 分散系统的分类分散系统的分类一、按分散相粒子大小分类一、按分散相粒子大小分类1）分子分散系统：）分子分散系统：r109m，单相，真溶液；，单相，真溶液；2）胶体）胶体(colloid)分散系统：分散系统：109r107m，多相，高度分散系统，多相，高度分散系统，热力学不稳定系统热力学不稳定系统3）粗分散系统：）粗分散系统：107r入射光的波长入射光的波长反射反射 分散相粒子直径分散相粒子直径入射光的波长入射光的波长 散射散射波长越短，粒子直径越大，散射越强。波长越短，粒子直径越大，散射越强。可见光波长47107m，所以真溶液（d分散介质的密

38、度，分散介质的密度，n1 1、n2：高度为：高度为：高度为：高度为h h1、h2 2处的粒子浓度（数密度）处的粒子浓度（数密度）处的粒子浓度（数密度）处的粒子浓度（数密度）、0：分散相和分散介质的密度：分散相和分散介质的密度 V：单个粒子的体积。：单个粒子的体积。其浓度随高度分布的规律：其浓度随高度分布的规律：在在重重力力作作用用下下由由于于浓浓度度差差当沉降速度当沉降速度=扩散扩散速度时，达沉降平速度时，达沉降平衡，而形成衡，而形成稳定的稳定的浓度梯度浓度梯度。沉沉降降扩扩散散59第59页，此课件共77页哦2.沉降：沉降：若分散相粒子较大，布朗运动不足以克服沉降作用时，若分散相粒子较大，布朗

39、运动不足以克服沉降作用时，就发生沉降。就发生沉降。重力作用：重力作用：f1=4/3 r3(0)g stokes stokes阻力：阻力：阻力：阻力：f f2 2=6=6ruru当当f1=f2 时，时，粒子以恒定速度粒子以恒定速度u下降下降可求得可求得 M=4/3 r3 L 测测u 60第60页，此课件共77页哦8.8 溶胶的电学性质溶胶的电学性质溶胶能稳定存在的原因：溶胶能稳定存在的原因：1.溶胶粒子带电；溶胶粒子带电；2.布朗运动；布朗运动；3.溶剂化溶剂化一、电动现象：电泳；电渗一、电动现象：电泳；电渗电动：在外电场作用下，分散相与分散介质发生相对移动。电动：在外电场作用下，分散相与分散介

40、质发生相对移动。电泳：在外电场作用下，分散相在分散介质中作定向移电泳：在外电场作用下，分散相在分散介质中作定向移动。动。电渗：在外电场作用下，液体介质作定向移动。电渗：在外电场作用下，液体介质作定向移动。61第61页，此课件共77页哦电泳；电泳；62第62页，此课件共77页哦电渗电渗:63第63页，此课件共77页哦电泳速度和应用电泳速度和应用电泳速度电泳速度u正比于：粒子荷电量；电压；正比于：粒子荷电量；电压；1/(介质介质)；1/V(粒子大小粒子大小)电泳应用：电泳应用：电泳分离（生物学）：蛋白质和核酸分子电泳速率不电泳分离（生物学）：蛋白质和核酸分子电泳速率不同；同；电泳电镀：医用橡胶手套

41、；电泳电镀：医用橡胶手套；电渗应用：电渗应用：电沉积法涂漆中使漆膜中水分排出；电沉积法涂漆中使漆膜中水分排出；泥炭脱水；泥炭脱水；水的净化；水的净化；64第64页，此课件共77页哦二、溶胶粒子带电的原因二、溶胶粒子带电的原因1.吸附：由于表面能高，所以易吸附杂质。吸附：由于表面能高，所以易吸附杂质。法扬司法扬司(Fajans)规则：规则：优先吸附与溶胶粒子有相同元素的离子；优先吸附与溶胶粒子有相同元素的离子；例如：例如：AgI溶胶优先吸附溶胶优先吸附Ag+或或I2.电离：分散相固体表面分子发生电离电离：分散相固体表面分子发生电离 H2SiO3=2H+SiO3265第65页，此课件共77页哦三、

42、溶胶粒子的结构三、溶胶粒子的结构胶团（电中性）胶团（电中性）1.固体粒子固体粒子(AgI)m称为胶核称为胶核(m=108)，由于吸附而带电；，由于吸附而带电；2.由于静电作用，反离子被吸引在带电胶核的周围，形成由于静电作用，反离子被吸引在带电胶核的周围，形成紧紧密层密层，在电场的作用下，紧密层随胶核运动；即胶粒，在电场的作用下，紧密层随胶核运动；即胶粒在运动；在运动；3.由于热运动，部分反离子分由于热运动，部分反离子分散在紧密层外，形成散在紧密层外，形成分散层分散层。4.整个胶团为电中性整个胶团为电中性紧密层紧密层分散层分散层胶核胶核66第66页，此课件共77页哦胶团结构胶团结构(AgI)mn

43、Ag+(n-x)NO3 x+x NO3 (AgI)mnI(n-x)Kx-xK 胶核胶核 紧密层紧密层 分散层分散层 胶粒胶粒 胶团胶团滑动面滑动面67第67页，此课件共77页哦四、溶胶粒子的双电层四、溶胶粒子的双电层（热力学电势）：只与被吸附的离子或电离下去的离子的（热力学电势）：只与被吸附的离子或电离下去的离子的活度有关，与其它离子的存在与否及其浓度无关。活度有关，与其它离子的存在与否及其浓度无关。（电动电势）：与电解质的浓度有关。决定了电泳速度（电动电势）：与电解质的浓度有关。决定了电泳速度的大小的大小 电势电势 电解质浓度增加，电解质浓度增加，分散层变薄分散层变薄dd d 电势电势下降下

44、降,最后最后0 d电电势势距离距离分散层分散层紧紧密密层层68第68页，此课件共77页哦（电动电势）：（电动电势）：其中其中 Dr：介质相对于真空的介电常数（水：介质相对于真空的介电常数（水：Dr=80）0：真空的介电常数（：真空的介电常数（8.85 1012F m-1）：介质的粘度：介质的粘度(Pa s)E：电势梯度：电势梯度(V m-1)69第69页，此课件共77页哦8.9 溶胶的聚沉和絮凝溶胶的聚沉和絮凝一、外加电解质对聚沉的影响一、外加电解质对聚沉的影响一、外加电解质对聚沉的影响一、外加电解质对聚沉的影响（两重性）：（两重性）：电解质浓度小时：使胶粒带电电解质浓度小时：使胶粒带电,同性

45、相斥同性相斥,不易聚沉不易聚沉电解质浓度足够大时电解质浓度足够大时:使分散层变薄使分散层变薄,电势下降电势下降,易聚沉；易聚沉；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：使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最低浓度电解质浓度电解质浓度c聚聚沉沉速速率率聚沉值聚沉值（此时（此时 =2530mV）思考：思考：江河入海处，为何常江河入海处，为何常形成三角洲？形成三角洲？做豆腐时做豆腐时“点浆点浆”的原理是什么？的原理是什么？=0=070第70页，此课件共77页哦聚沉能力大小有以下规则：聚沉能力大小有以下规则：1.哈迪哈迪-舒尔兹舒尔兹(Hardy-Schulze)规则：规则：聚沉值与反离子价数

46、成反比聚沉值与反离子价数成反比,聚沉值聚沉值2.感胶离子序感胶离子序:同价反离子，聚沉能力略有不同同价反离子，聚沉能力略有不同H H+CsCs+Rb Rb+NH NH4 4+K K+Na Na+Li Li+FClBrNO3I3.同离子：当反离子相同时，同离子价数越高，聚沉能力越弱同离子：当反离子相同时，同离子价数越高，聚沉能力越弱4.有机化合物离子有很强的吸附能力，因此有较强的聚沉能力。有机化合物离子有很强的吸附能力，因此有较强的聚沉能力。如：如：As2S3(负负)溶胶溶胶电解质电解质 KCl 氯化苯胺氯化苯胺 氯化吗啡氯化吗啡聚沉值聚沉值/mol m-3 49.5 2.5 0.471第71页

47、，此课件共77页哦二、溶胶的相互聚沉二、溶胶的相互聚沉两种电性相反的溶胶混合发生聚沉：两种电性相反的溶胶混合发生聚沉：完全聚沉：当两种溶胶的总电量相等时完全聚沉：当两种溶胶的总电量相等时不完全聚沉：当两种溶胶的总电量不等时不完全聚沉：当两种溶胶的总电量不等时 例如：明矾净水：例如：明矾净水：泥沙（溶胶）带负电泥沙（溶胶）带负电+Al(OH)3带正电带正电 不同牌号的墨水混合不同牌号的墨水混合沉淀沉淀72第72页，此课件共77页哦三、絮凝三、絮凝大分子化合物对溶胶稳定性的影响：两重性：大分子化合物对溶胶稳定性的影响：两重性：1.一定量大分子起稳定作用（保护作用）：如一定量大分子起稳定作用（保护作

48、用）：如亲水性的明亲水性的明胶；蛋白质；淀粉等。胶；蛋白质；淀粉等。血中磷酸钙，碳酸钙由蛋白质保血中磷酸钙，碳酸钙由蛋白质保护而不沉淀护而不沉淀2.少量大分子少量大分子 敏化作用：破坏稳定性，使电解质聚沉值变小敏化作用：破坏稳定性，使电解质聚沉值变小 絮凝：絮凝：通过通过“架桥架桥”效应导致絮凝效应导致絮凝73第73页，此课件共77页哦应用：应用：大分子作为絮凝剂的应用：大分子作为絮凝剂的应用：污水处理及净化；化工操作中的分离和沉淀污水处理及净化；化工操作中的分离和沉淀优点：优点：效率高，只需加入质量比约效率高，只需加入质量比约10-6的絮凝剂的絮凝剂;沉淀迅速，沉淀物大块疏松，便于过滤。沉淀

49、迅速，沉淀物大块疏松，便于过滤。有选择性有选择性大分子作为保护剂的应用：大分子作为保护剂的应用：墨汁中加树胶，保护炭粉不聚结；墨汁中加树胶，保护炭粉不聚结；贵金属催化剂（铂溶胶、镉溶胶）中加大分子溶液贵金属催化剂（铂溶胶、镉溶胶）中加大分子溶液保护后，可烘干，便于运输，使用前再加入溶剂，保护后，可烘干，便于运输，使用前再加入溶剂，就可复为溶胶。就可复为溶胶。74第74页，此课件共77页哦8.10 溶胶的制备和净化溶胶的制备和净化一、制备一、制备1）分散法：）分散法：研磨法：研磨法：胶体磨胶体磨1 m左右左右 胶体石墨；颜料；医用硫溶胶；胶体石墨；颜料；医用硫溶胶；胶溶法：胶溶法：Fe(OH)3

50、(新鲜沉淀新鲜沉淀)加加FeCl3，搅拌，搅拌Fe(OH)3(sol)AgCl(新鲜沉淀新鲜沉淀)加加AgNO3 or KClAgCl(sol)SnCl4水解水解SnO2(新鲜新鲜)加加K2Sn(OH)6 SnO2(sol)超声波分散法：超声波分散法：高频机械波高频机械波 电弧法：电弧法：|NaOH|Au Au75第75页，此课件共77页哦2）凝聚法：）凝聚法：化学凝聚法：化学凝聚法：复分解法复分解法:As2O3(稀稀)+3H2S(g)As2S3(sol)+3H2O氧化还原法氧化还原法:2HAuCl4(稀稀)+3HCHO(少量少量)+KOH 2Au(sol)+3HCOOK+8KCl+8H2O水