胶体与界面基础知识点课件.pptx

1、 第十三章第十三章主要内容主要内容整理思路环节整理思路环节表面分子受力的不对称性表面张力表面功表面自由能及其它热力学函数的增值=表面功表面张力、比表面功、比表面自由能三者在数值上表面张力、比表面功、比表面自由能三者在数值上相等，相等，但但单位单位不同。不同。B, ,()p T nGA1）表面张力的概念、与温度和浓度的关系2）附加压力的表达式3）接触角与杨氏润湿方程4）弯曲表面上的蒸汽压的表达式5）溶液的表面吸附 Gibbs吸附公式6）固体表面的吸附Langmuir等温式7）气-固相表面催化反应速率02lnrpMRTpR2spRBBpcdRTdc 1apap =V/Vmp/V = 1/Vma +

2、 p/Vm单分子、表面反应为速控步的反应级数与压力的关系g- ls - lg- scos1 1）表面张力的概念、与温度和浓度的关系）表面张力的概念、与温度和浓度的关系 c表面张力与浓度的关系表面活性物质非表面活性物质表面活性物质、表面惰性物质：无机盐（NaCl）、无机酸(H2SO4)、无机碱(KOH)、多羟基化合物（蔗糖、甘油）,浓度增加， 稍有增加。、醇、酸、醛、酯、酮、醚等极性有机物，浓度增加， 缓慢减少。 、具有两亲基团的有机物。在低浓度时，浓度增加， 急剧下降，在一定浓度以上，浓度增加， 几乎不变。2 2）附加压力与杨）附加压力与杨- -拉普拉斯公式拉普拉斯公式 1805年Young-

3、Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对球面）：s2RP 根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。一般式：)11(21sRRP毛细管连通的大小不等的气泡 p加热p加热r2pppgl rppplg2rrrpppppppoglligoi422)()(, eg: 小液滴液体中的气泡肥皂泡大气泡更大 小气泡更小毛细现象毛细现象：12rppplgghpplggrh12由流体静力学有：（1）、（2）联立可得，液体在毛细管中的上升高度为： (1)由附加压力定义有：cos/cos11r

4、rrrgrhcos2(2)0cos2,900grh时进一步： .毛细管中液面下降, 0cos2,900grh时当毛细管中液面上升3 3）接触角与润湿方程）接触角与润湿方程 在气、液、固三相交界点，气-液界面与固液界面之间的夹角称为接触角，通常用表示。l-gl-ss-gl-gl-ss-gcosgllsgsg- ls - lg- scos平衡时杨氏润湿方程从上式可以得到如下结论：如果 ,则cos=1，=0，完全侵润；如果 ,则1 cos 0，9 0，能被润湿；如果 ,则 cos 0， 90，不被润湿； g- ls - lg- scosl-gs-gl-s=l-gs-gl-ss-gl-s自动铺展gll

5、sgs铺展or完全润湿（spreading wetting）gsgllssG gllsgssG固固液液气0 自动铺展铺展系数：gllsgs课后课后习题习题18： 已知水-石墨系统的下列数据：在298 K时，水的表面张力为0.072 N/m, 水与石墨的接触角测得为90，求水与石墨的粘附功、浸湿功和铺展系数。0cosg- ls - lg- s0s - lg- sl-sl-gs-g()SG 4）弯曲表面上的蒸汽压的表达式）弯曲表面上的蒸汽压的表达式kelven公式公式 足够长的时间大水滴小水滴ppp*反比于曲率半径结论：根据液体蒸汽的大小决定于液体分子向空间逃逸的倾向，可知：课后习题课后习题9：

6、373 K时，水的表面张力为0.0589 N/m, 密度为958.4 kg/m3, 问直径为100 nm的气泡内（即球形凹面上），在373K时的水蒸汽压力为多少？在101.325kPa外压下，能否从373 K 的水中蒸发出直径为100 nm的蒸汽泡？02lnrpMRTpR由Pr = 99.89 kPa因为 Pr P外外 = Po + P 所以不能从373 K 的水中蒸发出直径为100 nm的蒸汽泡。 例题：用拉普拉斯方程和开尔文方程解释液体的过热现象并估算在101325Pa下，水中产生半径为 的水蒸气泡时所需的温度（100时，水的m7105,109 .5813mN.406581molJHmv解

7、：由拉普拉斯方程Parlpgprlpgpp336925105109 .5821013252)()(2)()(73将p(g)代入克-克方程kTTTTRHpgprrrmv411)2 .37311(314. 840658101325336925ln)11()(ln平平由开尔文公式RTrMppr2ln对于液体中的气泡r0,所以Pr 、 、= =），所产生的为正），所产生的为正吸附。吸附。 考研题考研题： 在在298K298K时，水的饱和蒸汽压为时，水的饱和蒸汽压为3168Pa 3168Pa ，求在，求在相同温度下，半径为相同温度下，半径为3nm3nm的小水滴上水的饱和蒸汽的小水滴上水的饱和蒸汽压。已知

8、此时水的表面张力为压。已知此时水的表面张力为0.072N0.072Nm m-1-1 , ,水的密水的密度为度为1000kg1000kgm m-3-3 02lnrpMRTpR390022 0.072 18 10ln1000 3 108.314 2981.417,4489.8rrrpMpRT RppPap 考研题考研题： 液滴越大，其饱和蒸气压越（液滴越大，其饱和蒸气压越（ ）。而）。而液体中气泡越大，则气泡内饱和蒸气压越液体中气泡越大，则气泡内饱和蒸气压越（ ）；）； 小小大大考研题考研题：200702lnrpMRTpR 已知某晶体已知某晶体B B的相对分子量是的相对分子量是7878，在，在30

9、0K300K时，时，其密度是其密度是0.905kg0.905kgm m-3-3，B B与液体与液体A A的界面张力为的界面张力为0.202N0.202Nm m-1-1, ,若其微小晶体的半径是若其微小晶体的半径是0.1mm,0.1mm,则在则在A A中中小晶体的溶解度是大晶体溶解度的：小晶体的溶解度是大晶体溶解度的： (A) 1.15(A) 1.15倍倍 (B) 1.07(B) 1.07倍倍 (C) 30.6(C) 30.6倍倍 (D) 5.53(D) 5.53倍倍答案答案：AlnBBB BBxMRTrx 02考研题考研题：2007 用同一滴管分别滴下用同一滴管分别滴下1cm1cm3 3NaO

10、HNaOH水溶液、水、乙醇水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴数为：水溶液，各自的滴数为： (A) (A) 水水1515滴，滴，NaOHNaOH水溶液水溶液1818滴，乙醇水溶液滴，乙醇水溶液2525滴滴(B) (B) 水水1818滴，滴，NaOHNaOH水溶液水溶液2525滴，乙醇水溶液滴，乙醇水溶液1515滴滴(C) (C) 水水1818滴，滴，NaOHNaOH水溶液水溶液1515滴，乙醇水溶液滴，乙醇水溶液2525滴滴(D) (D) 三者的滴数皆为三者的滴数皆为1818滴滴答案：答案：C考研题考研题：2008 物理吸附与化学吸附最本质的区物理吸附与化学吸附最本质的区别别 。 吸附剂与吸附质之

11、间的作用力不同吸附剂与吸附质之间的作用力不同答案：答案：B 一个一个U U形管的两臂直径不同，一端为形管的两臂直径不同，一端为 ，另一端为另一端为 ，水的表面张力为，水的表面张力为0.072N.m0.072N.m-1-1。如。如果这个果这个U U型管装上水来测量压力，将引入的误差为型管装上水来测量压力，将引入的误差为 (A)72Pa (B)192Pa (C)96Pa (D)288Pa (A)72Pa (B)192Pa (C)96Pa (D)288Pa2009年m3101m 33 10 气泡、液滴、肥皂泡都是球形的，这些现象的气泡、液滴、肥皂泡都是球形的，这些现象的本质本质 。减小表面积以降低体

12、系的吉布斯自由能减小表面积以降低体系的吉布斯自由能考研题考研题：2008 对于理想的水平液面，其值为零的表面物理量是：对于理想的水平液面，其值为零的表面物理量是： (A)(A)表面能表面能 (B)(B)比表面吉布斯能比表面吉布斯能 (C)(C)表面张力表面张力 (D)(D)附加压力附加压力 有一露于空气中的圆球形液膜，若其直径有一露于空气中的圆球形液膜，若其直径是是 ，比表面吉布斯函数为，比表面吉布斯函数为0.7J.m0.7J.m-2-2，则，则它所受的附加压力是：它所受的附加压力是：(A)1.4kPa (B)2.8kPa (C)5.6kPa (D)8.4kPa(A)1.4kPa (B)2.8

13、kPa (C)5.6kPa (D)8.4kPam3102答案：答案：D答案：答案：B考研题考研题：2010 兰缪吸附等温式为（兰缪吸附等温式为（ ），其中），其中a为吸附系为吸附系数（数（ ）对（）对（ ）作图是一条直线，直线的截距是）作图是一条直线，直线的截距是（ ）斜率是）斜率是1/Vm。是（是（ ）。）。pVpapap 1maV1饱和吸附量饱和吸附量 2011年年 某气体某气体A2在表面均匀的催化剂在表面均匀的催化剂(K)表面发生离表面发生离解反应，生成产物解反应，生成产物B+C，起反应机理为，起反应机理为( )A gKAKBCK 122222，已知第二步已知第二步为速率控制步骤，当为速

14、率控制步骤，当A2(g)压力较高时反应表现的压力较高时反应表现的级数为级数为A. 一级一级 B. 二级二级 C. 级级 D. 零级零级答案：答案：D考研题考研题：2010设液体A能在液体B上铺展，则 ；若液体A在B表面上形成的接触角小于90，则 。B AA B B AA B b (B) a=b (A) ab (B) a=b (C) ab (D) (C) a 0 0，则活度：，则活度： (A) a 1.25 (B) a = 0.25 (A) a 1.25 (B) a = 0.25 (C) a 1.25 (D) a = 0.5 (C) a 1.25 (D) a = 0.5答案：答案：C C 反应反

15、应AYAY为表面反应控制的气为表面反应控制的气- -固催化反应，固催化反应，若反应物若反应物A A的吸附很弱，的吸附很弱，则反应速率则反应速率= = 。 Akp考研题考研题： 用三氯化铝用三氯化铝AlClAlCl3 3水解制备的氢氧化铝溶胶，水解制备的氢氧化铝溶胶，哪种物质聚沉能力最强：哪种物质聚沉能力最强： (A) Na (A) Na2 2SOSO4 4 (B) MgCl (B) MgCl2 2 (C) NaNO (C) NaNO3 3 (D) K (D) K4 4Fe(CN)Fe(CN)6 6 Al(OH)Al(OH)溶胶带正电，溶胶带正电，答案：答案：D D考研题考研题： 2010年年

16、测得氧在纯净的金属测得氧在纯净的金属W W表面上化学吸附热为表面上化学吸附热为596.64kJ.mol596.64kJ.mol-1-1，而气态氧原子的吸附热为，而气态氧原子的吸附热为543.92kJ.mol543.92kJ.mol-1-1，氧的解离能为，氧的解离能为491.53kJ.mol491.53kJ.mol-1-1，则氧在则氧在W W表面上吸附性质为：表面上吸附性质为： (A) (A)分子吸附，范德华力分子吸附，范德华力 (B)(B)分子吸附，生成氢键分子吸附，生成氢键 (C)(C)原子吸附，生成共价键原子吸附，生成共价键 (D)(D)原子吸附，生成吸附配位键原子吸附，生成吸附配位键答案

17、答案：D考研题考研题： 2010年年考研题考研题： 2011年年当在水中加入无机盐、不挥发的酸碱等会引起表面张力的 ，这些物质被称为 ；习惯上把那些能够明显降低水的表面张力含有 基团的有机物称为 。只有 液面才会产生附加压力，附加压力的指向总是指向 。非表面活性剂增大亲水基团和疏水表面活性剂弯曲液面曲面的圆心 在298K时，已知A液的表面张力是B液的两倍。如果A，B液分别用相同的毛细管产生大小相同的气泡时，A液的最大气泡压力差等于B液的： （A）1/2倍 （B）一倍 （C）二倍 （D）四倍考研题考研题： 2012年年答案：C对大多数溶液来说，当温度升高时，其表面张力 ；当表面活性剂浓度增大时，其表面张力 ，表面吸附量 。降低降低增大考研题考研题： 2012年年