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1、Ttol,Feu clic aqu per editar els estils de text del patr,Segon nivell,Tercer nivell,*,第,七,章,界面現(xiàn)象,（,interfacial phenomenon,）,2011,編輯,學(xué)時：,6,主講：郭紅 王女,e-mail:,,第七章 界面現(xiàn)象,界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的,2,第七章 界面現(xiàn)象,界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的,3,玻璃冰花,室內(nèi)灰塵,-115,倍掃描電子顯微鏡,人類血細胞,SEM,照片,雙噻吩蒽分子,有機薄膜電晶體,梵高的向日葵,第七章 界面現(xiàn)象,界面無處不在，沒有界面的

2、世界是無法想象的,4,界面,(,表面,),現(xiàn)象隨處可見,多孔硅膠,金滴,-,水滴,-,皂泡,活性碳膜,第七章 界面現(xiàn)象,界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的,5,分散度,-,比表面：單位質(zhì)量,(,或體積,),物質(zhì)的表面積。,多孔硅膠,活性炭,表面（界面）現(xiàn)象的形成：,處于表面,(,界面,),的分子具有比其內(nèi)部分子,過剩的能量,。系統(tǒng)分散度愈大過剩能量愈大。,應(yīng)用：日化、造紙、涂料、催化、採油、冶金、生物醫(yī)藥、環(huán)境治理等。,第七章 界面現(xiàn)象,6,7,-1,表面張力和表面吉布斯函數(shù),目錄,7,-2,彎曲液面的附加壓力,7,-3,分散度對物質(zhì)性質(zhì)的影響與亞穩(wěn)狀態(tài),7,-4,潤濕現(xiàn)象,7,-,5,

3、吸附現(xiàn)象,第七章 界面現(xiàn)象,7,學(xué)習(xí),要求及,重點,理解表面張力和表面吉布斯能概念，以及其影響因素，理解界面變化自發(fā)方向的判斷；,理解彎曲液面附加壓力的概念，掌握,Laplace,方程；,掌握,Kelvin,方程，會分析幾種亞穩(wěn)狀態(tài)；,了解潤濕現(xiàn)象，掌握楊氏方程；,理解固體及溶液吸附概念及區(qū)別，掌握,Langmuri,和,Gibbs,吸附等溫式；,了解表面活性劑結(jié)構(gòu)特征及定向排列作用；,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),8,知識點,理解表面張力和表面吉布斯函數(shù)概念,了解影響表面,(,界面,),張力的因素,理解界面變化熱力學(xué),F,0,F,=0,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),二、表

4、面,(,界面,),張力,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),二、表面,(,界面,),張力,d,x,F,l,m,單位：,N m,-1,表面功,物理意義：,沿著與表面相切方向，垂直作用在表面任意單位長度線段上的,緊縮,力,。,能量量綱,單位面積之能量,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),11,定溫定壓、可逆條件下：,F,0,F,=0,二、表面吉布斯函數(shù),物理意義：,定溫定壓、定組成下，增加,d,A,S,表面積所引起系統(tǒng),G,的增量。,單位：,J m,-2,單位表面積上的分子比同量內(nèi)部分子過剩的,Gibbs,能,=,N m,-1,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),三、影響界面張力的因素

5、,12,隨分子間作用力的增強而增大。一般有：,(,金屬鍵,),(,離子鍵,),(,極性鍵,),(,非極性鍵,),如：,(,液態(tài)金屬,),(,熔融鹽,),(,水,),(,有機溶劑,),物質(zhì)本質(zhì),分子間作用力的影響,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),三、影響界面張力的因素,13,溫度的影響,定,p,下，一般,T,，液體,，分子間力,，,如,H,2,O,壓力,的影響,定,T,下，,p,，氣體,，吸附及溶解,，,界面介質(zhì),一定溫度下，同一物質(zhì)：,(,s-g,),(,l-g,),。,溶入溶質(zhì)時，界面張力隨溶質(zhì)濃度的變化不定,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),三、影響界面張力的因素,14,常壓

6、下一些液體、固體的表面張力和液,-,液界面張力,物質(zhì),/10,-3,Nm,-1,T,/K,物質(zhì),/10,-3,Nm,-1,T,/K,He(,液,),N,2,(,液,),丙酮,(,液,),正辛酮,(,液,),正己烷,(,液,),正辛烷,(,液,),乙醇,(,液,),苯,(,液,),正辛烷,(,液,/,水,),正己烷,(,液,/,水,),0.308,6.6,23.7,27.5,18.4,21.8,22.75,28.88,50.8,51.5,2.5,90,293,293,293,293,293,293,293,293,水,(,液,),水,(,液,/,汽,),水,(,液,/,苯,),Hg(,液,),H

7、g(,液,/,水,),NaCl,(,固,),MgO,(,固,),Cu(,液,),Fe(,固,),Fe(,液,),W(,固,),72.75,72.88,35.0,485,415,90,1200,1268,2150,1880,2900,293,293,293,293,293,1173,298,1203,1673,1808,2000,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),四、界面現(xiàn)象熱力學(xué),15,以,Gibbs,函數(shù)為判據(jù)，對多組分且組成可變、含一個確定相界面的封閉系：,定溫定壓恒組成時：,d,G,(,體相,)=0,面積及界面張力均改變時：,7,-1,表面張力和,表面吉布斯,函數(shù),四、界面現(xiàn)象熱力

8、學(xué),16,討論：,一定時：,d,A,S,0,時為自發(fā)。,如小液滴的自發(fā)合并長大；,A,s,一定時：,A,s,d,0,時為自發(fā)。,如吸附現(xiàn)象；,、,A,S,皆可變時：,d,A,S,+,A,S,d,0,，,p,凸,p,*,類推：氣泡或凹液面，,r,凹,0,，,p,凹,p,*,G,(,微液滴,),G,(,大液滴,),毛細管凝結(jié)：,p,r,(,凹面,),p,*,G,(,凹面液,),p,*,G,(,微晶粒,),G,(,普晶粒,),910,面心立方,-,Fe-+C2,固溶體奧氏體,過飽和,-,Fe+C2,固溶體,-,馬氏體,硬脆,極快速冷卻到,230,以下,殘余奧氏體,T,s-l,，,90,為潤濕；,s-

9、g,90,為不潤濕；,楊氏方程,H,2,O,Hg,7-4,潤濕現(xiàn)象,30,三、潤濕的第二種分類,沾濕、浸濕、鋪展,潤濕程度提高,1,、沾濕,(,s-l,),W,a,(,G,a,愈負,),界面結(jié)合力 沾濕程度。,沾濕,分離,s-g,l-g,s-l,時，可沾濕,7-4,潤濕現(xiàn)象,31,三、潤濕的第二種分類,沾濕、浸濕、鋪展,潤濕程度提高,1,、沾濕,(,l-l,),沾濕,分離,l,1,-g,l,2,-g,l,1,-l,2,且有內(nèi)聚功：,若為同一液體時：,與分子間作用力有關(guān),7-4,潤濕現(xiàn)象,32,三、潤濕的第二種分類,沾濕、浸濕、鋪展,潤濕程度提高,2,、浸濕,s-g,l-g,s-l,W,i,愈大

10、,(,G,i,愈負,),浸濕程度愈高。,且發(fā)生浸濕時，有,90,7-4,潤濕現(xiàn)象,33,三、潤濕的第二種分類,沾濕、浸濕、鋪展,潤濕程度提高,3,、鋪展,x,(l-g,),(,x,1),s-g,l-g,s-l,7-4,潤濕現(xiàn)象,34,三、潤濕的第二種分類,沾濕、浸濕、鋪展,沾濕,G,a,浸濕,G,i,鋪展,G,s,s-l,-,s-g,-,l-g,s-l,-,s-g,s-l,+,l-g,-,s-g,-,l-g,(cos,+1),-,l-g,cos,-,l-g,(cos,-1),180,W,i,S,l/s,潤濕愈難，程度愈高,比較幾種潤濕，并將楊氏方程代入,7-,5,吸附,現(xiàn)象,35,知識點,理解

11、固,-,氣吸附概念，了解吸附等溫線；,理解,Langmuir,吸附等溫式,理解溶液吸附概念和,Gibss,吸附等溫式,了解表面活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,7-,5,吸附,現(xiàn)象,36,固體及溶液表面常有自動吸附使,G,的,能力。,固體表面吸附,定義：,溶液表面吸附,定義：,B,吸附質(zhì),A,吸附劑,c,表,c,體,吸附量,單位：,mol,kg,-1,或,m,3,kg,-1,A,S,一定，,d,G,=,A,S,d,0,，即,為自發(fā)。,7-,5,吸附,現(xiàn)象,37,一、固體表面吸附,吸附等溫線,吸附過程常為放熱，隨,T,V,a,。,T,升高時，要達到相同的吸附量，需更高壓力。,吸附量一定時：,NH,3,在,C,上

12、的吸附等溫線,另有四種等溫線，當發(fā)生毛細凝結(jié)、多層吸附等情況時。,V,a,/cm,3,(STP)g,-1,p(NH,3,)/kPa,150,100,50,0,20,40,60,80,-33.5,0,30,80,151,7-,5,吸附,現(xiàn)象,38,一、固體表面吸附,物理吸附與,化學(xué)吸附比較,性質(zhì),物理吸附,化學(xué)吸附,吸附,作用力,范德華力,化學(xué)鍵力,吸附熱,液化熱,反應(yīng)熱,選擇性,無,有,吸附層,多或單層,單層,吸附,速率,低溫快,低溫慢,大于某,T,后發(fā)生,T,影響,先,后,t/,物理吸附,化學(xué)吸附,過渡狀態(tài),0,-200,200,V,a,CO,在,Pd,表面的吸附等壓線,7-,5,吸附,現(xiàn)象

13、,39,一、固體表面吸附,朗格繆爾,(Langmuir),吸附等溫式,單層吸附，常為化學(xué)吸附,表面均勻，吸附能力相同，吸附質(zhì)間無作用力；,單分子層吸附，吸滿后達飽和；,存在吸附與脫附動態(tài)平衡。,基本假設(shè)：,吸附劑,A+,吸附質(zhì),B,吸附劑,吸附質(zhì),(A-B),k,1,k,2,平衡：,1-,p,其中：,表面覆蓋率,7-,5,吸附,現(xiàn)象,40,一、固體表面吸附,朗格繆爾,(Langmuir),吸附等溫式,朗格繆爾吸附等溫式,重要應(yīng)用：固體催化劑催化氣相反應(yīng)，見反應(yīng)動力學(xué),7-,5,吸附,現(xiàn)象,41,一、固體表面吸附,P482,例,10.3.1,：,CO,在活性碳上的吸附。,的討論：,1/2,飽和吸

14、附量時壓力的倒數(shù),7-,5,吸附,現(xiàn)象,42,二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì),(1),減小，則,B,趨向于在溶液表面分布即：,c,表,c,體,，,B,發(fā)生正吸附,(,如,、,),(2),增大，,B,則趨向于在溶液內(nèi)部分布即：,c,表,c,體,，,B,發(fā)生負吸附,(,如,),；,定溫定壓定組成條件下，溶質(zhì),B,溶入溶劑,A,后：,surface tension,molar concentration B,c,cmc,無機酸堿鹽及多羥基化合物,醇、醛、羧酸、酯,皂類、,8,個碳以上的直鏈有機酸的堿金屬鹽、高碳直鏈烷基磺酸鹽或苯磺酸鹽,表面活性劑,7-,5,吸附,現(xiàn)象,43,二、溶液表面吸附和表面活

15、性物質(zhì),Gibbs,吸附等溫式,定義溶液表面吸附量,(,表面超量,),為：,的單位為：,mol,dm,-2,Gibbs,由熱力學(xué)推導(dǎo)得到,B,與,、,c,B,(,或,a,B,),間的關(guān)系：,surface tension,molar concentration B,:,0,表面活性劑,7-,5,吸附,現(xiàn)象,44,二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì),surface tension,molar concentration B,c,cmc,表面活性劑及其作用,加入后使溶液表面張力顯著降低的物質(zhì),結(jié)構(gòu)特征,雙親結(jié)構(gòu),培樂多泥,形成膠束,表面定向排列,表面活性劑在培樂多泥表面的潤滑作用,臨界膠束濃度,7-,

16、5,吸附,現(xiàn)象,45,二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì),表面活性劑及其作用,膠棒,層狀膠束,膠束,隨,c,B,，樣態(tài)發(fā)展為：小膠束球狀膠束棒狀膠束層狀膠束，進而還可形成超微液滴。,臨界膠束濃度,surface tension,molar concentration B,c,cmc,7-,5,吸附,現(xiàn)象,46,二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì),表面活性劑及其作用,表面活性劑種類,離子型,非離子型,陽離子型,陰離子型,兩性型,R-NHCH,2,-CH,2,COOH,氨基酸型,H,+,OH,-,CH,3,|,R-N,+,-CH,2,COO,-,|,CH,3,甜菜堿型,R-O-(CH,2,-CH,2,O),n,H,脂肪醇,聚氧乙烯醚,R-COOCH,2,-,(CHOH),3,H,多元醇型,R-CONH-,(C,2,H,4,O),n,H,聚氧乙烯烷基酰胺,R-NH,2,HCl,伯胺鹽,仲胺鹽,叔胺鹽,季胺鹽,偏酸性,RCOONa,羧酸鹽,R-OSO,3,Na,硫酸酯鹽,R-SO,3,Na,磺酸鹽,中及堿性,7-,5,吸附,現(xiàn)象,47,二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì),表面活性劑及其作用,鯨蠟醇,十六烷