第8章 表面现象与分散系统.ppt

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1、第八章 表面现象与分散系统表面现象：相与相之间界面上发生的特殊现象 表面现象：相与相之间界面上发生的特殊现象分散系统：具有巨大相界面的系统 分散系统：具有巨大相界面的系统分散系统 分散系统表面现象 表面现象1(一)表面现象8.1 表面自由能与表面张力8.2 纯液体的表面现象8.3 气体在固体表面上的吸附8.4 溶液的表面吸附8.5 表面活性剂及其作用2纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝8.1 表面自

2、由能与表面张力 Surface free energy and surface tension单组分密闭系统：dG=-SdT+Vdp-wr 在等温等压条件下：(dG)T,p=-wr=dA表面功：可逆扩大表面积所做的功-wr=dA=(dG)T,p 3纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝一、表面自由能，比表面能-比表面能单位：Jm-2物理意义：从定义式看，定温定压下，可逆增加单位表面积引起系统自由能的增量

3、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超额的吉布斯自由能。4纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、表面张力单位：N m-1物理意义：表面紧缩力。定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意单位长度上的紧缩力。表面为一曲面：例如：表面为一平面：肥皂水膜5纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现

4、象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝三、影响表面张力的因素1.物质的种类及共存相的种类（性质）20 H2O(l)C6H6(l)CCl4(l)/Nm-1 0.0728 0.0289 0.0269(H2O-C6H6)0.0326(H2O-CCl4)0.045 2.温度：一般情况下，T，。因分子间引力减弱 如常压下的纯液体：为温度不变时扩大表面积所吸的热06纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质

5、电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝四、表面热力学7纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝五、表面自由能（巨大表面系统）例1：20，p下，将1kg水分散成10-9m半径的小水滴需做功多少？已知=0.0728 N m-1,=1000 kg m-3 解：Wr=A=(A2 A1)A2=n 4r2而 1kg=n(4/3 r3)n=2.4 1023个 Wr=3 10-3/r=218 kJ而218 kJ的

6、能量相当于1kg水升温50所需的能.对于1kg水(0.0485m2)，表面能约为3.510-3J。8纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝8.2 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平面 凸液面(convex)凹液面(concave)p=0 p指向球心 p指向球心p？9纯液

7、体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝实验：Young-Laplace equation10纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝Young-Laplace 公式:p=2/r式中r：曲率半径。r越大，p越小；平面时r

8、，p=0注意：1.不管是凸液面，还是凹液面，附加压力的方向总是指向球心，即球内的压力一定大于球外的压力；2.液膜（肥皂泡）p=4/r11纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝例：打开活塞后，两肥皂泡将如何变化？达平衡时怎样？12纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力

9、学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、曲率对蒸气压的影响-Kelvin eq.()T:1mol液体(液相)P P=P+2/r(气相)蒸气压 p pr气液平衡：(g)=(l)()T:d(g)=d(l)即dGm(g)=dGm(l)RTdlnp=Vm(l)dP(l)rP P 13纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝Kelvin eq.注意：凹（液中气泡）：r取负值，pr p14纯液体表面

10、现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝例2 已知水在20时的表面张力为0.072N m-1，=1g cm-3，0时水的饱和蒸气压为610.5Pa。在0 20内水的vapHm=40.67kJ mol-1。求在20时半径为10-9m水滴的饱和蒸气压。解：要求20时水滴的饱和蒸气压，首先要求出该温度下平面水的饱和蒸气压。则根据克-克方程：p(293K)=2074Pa根据Kelvin公式pr=6011Pa15纯液体表面现

11、象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝Kelvin公式的应用：几种亚稳状态1）过饱和蒸气人工降雨20时(pr=6kPa)(p=2kPa)。若现在(35)蒸气压为5.6kPa，迅速冷却至20，虽p p(20)，但仍pr，所以成为过饱和蒸气2）过热液体：暴沸现象violent bumping P+P=P+2/rpr3）过冷液体4）过饱和溶液16纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附

12、 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝三、液体的润湿与铺展 wetting and spreadingwetting and spreading(s-l)(s-g)(l-g)O O17纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝合力(s-g)(s-l)(l-g)cos：0，点向左移，液体铺展,

13、如洁净玻璃上的水滴18纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝接触角的计算：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 不润湿，该固体则称为憎液（水）性固体，如：石蜡、石墨=180：完全不润湿19纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电

14、性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝四、毛细管现象(capillaritycapillarity)凹液面 90,p向下p=(液气)gh=液gh=2/rR=rcos r为曲率半径R为毛细管半径rrRR20纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝应用：1)锄地保墒切断毛细管，使水分不能沿毛细管上升到地表而蒸发；毛细管凝聚,水在毛细管中呈凹液面，其饱和蒸气压小于水平液面的饱和蒸气压，水蒸气易在切断的毛细管中凝结

15、成水。2)两块洁净的玻璃之间放少量水后，为什么很难拉开？ppp21纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝例3 如果水中仅含有半径为1.0010-3mm的空气泡，试求这样的水开始沸腾的温度为多少度？已知100以上水的表面张力为 0.0589 N m-1，气化热为40.7 kJ mol-1。解：空气泡上的附加压力为p=2/r,当水沸腾时，空气泡中的水蒸气压至少等于(p+p),应用克劳修斯克拉贝龙方程可求出蒸

16、气压为(p+p)时的平衡温度T2，此即沸腾温度。T2=396K22纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝例4 由于天气干旱，白天空气相对湿度仅56%(相对湿度即实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比)。设白天温度为35(饱和蒸气压为5.62103Pa),夜间温度为25(饱和蒸气压为3.17103Pa)。试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为0.1m的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润湿，25时水的

17、表面张力=0.0715 N m-1，水的密度=1g cm-3。解：白天温度为35时,空气相对湿度为56%，则 实际蒸气压p=5.62103 56%=3.15103 Pa 此蒸气压小于夜间(25时)的饱和蒸气压3.17103Pa,所以夜间不会凝结。23纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝在直径为0.1m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壤毛细管半径=0.510-7

18、m。由开尔文公式：pr/p=0.979pr=3.10103Pa 3.15103Pa(实际)，所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结。24纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝例5 一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛浓度为110-3mol L-1的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面张力=*-bc,其中*=0.07288N m-1，b=19.62(N m-1 mol L-1)，298.2K时将此漏斗缓慢

19、地插入盛水的烧杯中，测得毛细管颈内液柱超出水面30.71cm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？30.71cm25纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝解：毛细管内液面上升原因有两个：一是附加压力；二是渗透压。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？根据公式即+p=gh,而=cRT,p=2/r 则2/r=gh cRT=10009.8 0.3071 1 RT=530.6 Pa=*-

20、bc=0.07288 19.6210-3=0.05326 N m-1r=20.05326/530.6=2.008 10-4m 液面上升7.4cm26纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝8.3 气体在固体表面的吸附一、气固吸附的一般常识吸附质：（被吸附的）气体；吸附剂：（吸附气体的）固体1.吸附类型 物理吸附 化学吸附吸附力 范德华力 化学键力吸附分子层 多分子层 单分子层吸附选择性 无，易液化者易吸附

21、 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纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝2.2.吸附平衡与吸附量吸附平衡与吸附量吸附平衡：即rads=rd，此时被吸附的气体量不随时间而变化。吸附量：达吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附的吸附质的量a=n(吸附质)/m(吸附剂)a=V(吸附质)/m(吸附剂)28纯液体表面现象 纯液体表面

22、现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝33）吸附曲线：）吸附曲线：a=a=f(T,pf(T,p)a为吸附量，p为吸附质的分压 吸附等压线：a=f(T)(isobaric)(isobar)CO在Pt上的吸附等压线V(CO)T因为 H=G+T S 0 0 吸附热小于零，T，a吸附是放热29纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类

23、 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝吸附等量线：吸附等量线：p=p=f(Tf(T)类似于C-C方程，可求吸附热吸附等温线：a=f(p)isotherm吸附质分压吸附量p397：五种类型，其中第一种是单分子层吸附(见右图)30纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、Langmuir单分子层吸附等温式基本假设：1 单分子层吸附：空白表面上才能吸附。令表面覆

24、盖度为，rads=k1(1-)p 2 吸附分子之间无相互作用力：吸附分子脱附时不受其它吸附分子的影响。rd=k2()T 达吸附平衡时，rads=rd其中or31纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝讨论：1.bp1，V=Vm(常数)，达到饱和吸附=1pVVm32纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分

25、类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝直线斜率=1/Vm，Vm=1/slope截距=1/bVm，b=slope/intercept3 3 原式改写成原式改写成p/Vp33纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝三、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Vm=1/(slope+intercept)其中 C：与吸附热有

26、关的常数 p：T时吸附质的饱和蒸气压BET吸附等温式的重要应用：测定和计算固体吸附剂的比表面（单位质量吸附剂的表面积）已知吸附质分子的截面积为AS比=34纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝例6 0时，CO在2.964g木炭上吸附的平衡压力p与吸附气体标准状况体积V有下列数据p/104Pa 0.97 2.40 4.12 7.20 11.76V/cm37.5 16.5 25.1 38.1 52.3(1)

27、试用图解法求朗格谬尔公式中常数Vm和b;(2)求CO压力为5.33104 Pa时，1g木炭吸附的CO标准状况体积。解：朗格谬尔吸附等温式(1)以(p/V)对p作图，得一直线，其 斜率=1/Vm,截距=1/(bVm)35纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝p/104Pa 0.97 2.40 4.12 7.20 11.76(p/V)/Pacm-31293 1455 1641 1890 22491/Vm=8

28、.78 10-3 cm-3,1/(bVm)=1.24103 Pa cm-3故Vm=114 cm3,b=7.0810-6 Pa-1将题给数据整理后列表如下:p/Vp斜率斜率截距截距36纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝(2)求CO压力为5.33104 Pa时，1g木炭吸附的CO标准状况体积。从图上查出，当pCO=5.33104 Pa时，p/V=1707Pa cm-32.964g木炭吸附的CO标准状况体

29、积为：V=5.33104/1707=31.22cm31g木炭吸附的CO标准状况体积为：V/m=31.22/2.964=10.5cm337纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝四、其它吸附等温式1.捷姆金吸附等温式 a=kln(bp)2.付劳因德利希吸附等温式 lna=lnk+(1/n)lnplna=lnk+(1/n)lnc（溶液中）(n1)38纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气

30、固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝8.4 溶液的表面吸附一、一、溶液表面的吸附现象 和c的关系c1.负吸附表面张力增大(如矿泉水，井水)2.正吸附表面张力减小，39纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、Gibbs吸附公式表面吸附量:定义：物理意义：（表面超量）su

31、rface 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中所含溶质的物质的量的超出值/mol m-2()TT c 0 负吸附c 0 正吸附-Gibbs吸附公式40纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝的求算：的求算：1.作c曲线的切线，求斜率d/dc，代入Gibbs吸附公式，再作c图。2.经验公式：例如对有机酸同系物，希施柯夫斯基经验公式为：其中*:纯溶剂的表面张力:浓度为c时溶液的表

32、面张力 a,b:经验常数。同系物b相同，a不同。41纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝将上式改写为将上式改写为整理上式得c/c作图，得一直线，=1/slope42纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝三、表面

33、活性剂的吸附层结构1 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。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：-OH OH、-COOH-COOH、-COO-COO、-SO-SO3 3 憎水基团憎水基团：烷基，苯基。烷基，苯基。2 表面活性剂的吸附层结构：对对于于同同系系物物，虽虽然然碳碳链链长长度度不不同同，但但分分子子截截面面积积相相同同(bb相相同同)，所所以以相相同同。设设一一个个分分子子的的截面积为截面积为AA，A AL=1/L=1/43纯液体表面现象 纯液体表面现象分散

34、系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝3 表面膜:44纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝例7 19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：其中*是纯水的表面张力，c为丁酸浓度，A,B为常数(1)导出此溶液表面吸附量与浓度c的

35、关系;(2)已知A=0.0131N m-1,B=19.62dm3mol-1,求丁酸浓度为0.20mol dm-3时的吸附量;(3)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，计算每个丁酸分子的横截面积45纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝解:(1)将题目给定关系式对浓度c求导，得代入吉布斯吸附公式，得(2)将A=0.0131N m-1,B=19.62dm3mol-1,T

36、=292K,c=0.20mol dm-3代入上式，计算得：=4.3010-6 mol m-246纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝(3)当c很大时，1+Bc Bc,则：(4)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：47纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、

37、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝CH3N+CH2COOCH3SO3 CH3N+CH3 CH38.5 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：双亲性特点（见p411表84）离子型负离子型：羧酸盐、磺酸盐、磷酸酯盐 正离子型：铵盐两性：氨基酸非离子型：酯类、酰胺类、聚氧乙烯醚CH3CH2 CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2 CH2 O(CH2CH2O)nHCH3CH2 CH2 48纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分

38、类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、胶束和临界胶束浓度CMCmicelle and critical micelle concentrationCMC表面活性剂在水溶液中形成胶束所需最低浓度。一般在0.0010.002mol/dm3，与在溶液表面形成饱和吸附所对应的浓度基本一致49纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝CMC的性质：50纯液体表面现象 纯液体

39、表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝三、表面活性剂的作用1.润湿作用：由润湿不润湿或由不润湿润湿 防雨布;浮游选矿;农药2.增溶作用：solubilization3.乳化作用：emulsification 乳状液(emulsion)：水包油O/W：牛奶、润滑液 4.起泡，去污油包水W/O：石油、农药、杀虫剂。51(二)分散系统8.6 8.6 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

40、学性质8.8 8.8 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8.10 8.10 溶胶的制备及净化 溶胶的制备及净化52纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝8.6 分散系统的分类一、按分散相粒子大小分类1）分子分散系统：d109m，单相，真溶液；2）胶体(colloid)分散系统：109d107m，多相，高度分散系统，热力学不稳定系统3）粗分散系统：107d105m

41、，多相，热力学不稳定系统 如：乳状液emulsion；悬浮液suspension53纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、按分散相和分散介质的聚集状态分类：分散介质 分散相 名 称 例子 液体 固体溶胶，悬浮液Fe(OH)3,泥浆 液体乳状液 牛奶 气体泡沫 肥皂水 固体 固体固溶胶 有色玻璃 液体凝胶 珍珠 气体固体泡沫 馒头，泡沫塑料 气体 固体气溶胶 烟，尘 液体气溶胶 雾，云54纯液体表面现

42、象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝8.7 溶胶的光学和力学性质一、丁达尔一、丁达尔(TyndallTyndall)效应效应现象：浑浊发亮 原理：散射 分散相粒子直径入射光的波长反射 分散相粒子直径入射光的波长 散射波长越短，粒子直径越大，散射越强。可见光波长47107m，所以真溶液（d109m）散射极弱；而大气层为气溶胶，粒子直径较大，日光中的兰、紫色波长短，散射强，所以天空呈蓝色超显微镜：可观察到散射光，仅是

43、胶粒的“影子”电子显微镜：可观察到实象55纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、布朗（Brown）运动现象：1827年布朗观察到花粉在液面上不规则运动现在用超显微镜可观察到胶粒在介质中不停地无规则运动。布朗（布朗（BrownBrown）运动示意图运动示意图56纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶

44、分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝原理：分子固有热运动的体现，无须消耗能量。其速度取决于粒子的大小，温度，介质粘度。颗粒太大时：1.撞击力大体抵销 2.质量较大，运动不明显57纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝三、扩散 diffusion在有浓差的情况下，溶胶粒子会从高浓度处向低浓度处扩散。菲克(Fick)定律：（一维）爱因斯坦：粒子半径：10

45、-11m2s-1 而真溶液D10-9m2s-1溶胶的平均摩尔质量通过上式可求扩散系数D求得M后，可根据稀溶液公式求渗透压。58纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝四、沉降和沉降平衡 SedimentationSedimentation1.沉降平衡：若溶胶粒子密度分散介质的密度，nn11、nn22：高度为高度为hh11、hh22处的粒子浓度（数密度）处的粒子浓度（数密度）、00：分散相和分散介质的密度：

46、分散相和分散介质的密度 V：单个粒子的体积。其浓度随高度分布的规律：在重力作用下由于浓度差当沉降速度=扩散速度时，达沉降平衡，而形成稳定的浓度梯度。沉降扩散59纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝2.沉降：若分散相粒子较大，布朗运动不足以克服沉降作用时，就发生沉降。重力作用：f1=4/3 r3(0)g stokes stokes阻力：阻力：ff22=6=6ruru当f1=f2 时，粒子以恒定速度u下降

47、可求得 M=4/3 r3L 测u 60纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝8.8 溶胶的电学性质溶胶能稳定存在的原因：1.溶胶粒子带电；2.布朗运动；3.溶剂化一、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。电泳：在外电场作用下，分散相在分散介质中作定向移动。电渗：在外电场作用下，液体介质作定向移动。61纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气

48、固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝电泳；62纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝电渗:63纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质

49、电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝电泳速度和应用电泳速度u正比于：粒子荷电量；电压；1/(介质)；1/V(粒子大小)电泳应用：电泳分离（生物学）：蛋白质和核酸分子电泳速率不同；电泳电镀：医用橡胶手套；电渗应用：电沉积法涂漆中使漆膜中水分排出；泥炭脱水；水的净化；64纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝二、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。法扬司(Fajans)规则：

50、优先吸附与溶胶粒子有相同元素的离子；例如：AgI溶胶优先吸附Ag+或I2.电离：分散相固体表面分子发生电离 H2SiO3=2H+SiO3265纯液体表面现象 纯液体表面现象分散系统表面张力 表面张力 气固吸附 气固吸附 溶液表面吸附 溶液表面吸附 表面活性剂 表面活性剂 表面现象溶胶分类 溶胶分类 光、力学性质 光、力学性质 电性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 溶胶聚沉和絮凝三、溶胶粒子的结构胶团（电中性）1.固体粒子(AgI)m称为胶核(m=108)，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，形成紧密层，在电场的作用下，紧密层随胶核运动；即胶粒在运动；3.由于热运动，部分反