第十一章表面化学和胶体化学-2
物理化学各章概念总结、公式总结电子版1 表面化学与胶体
第8章 表面化学与胶体8.1 重要概念和规律1.比表面能与表面张力物质的表面是指约几个分子厚度的一层。
由于表面两侧分子作用力不同,所以在表面上存在一个不对称力场,即处在表面上的分子都受到一个指向体相内部的合力,从而使表面分子具有比内部分子更多的能量。
单位表面上的分子比同样数量的内部分子多出的能量称为比表面能(也称比表面Gibbs函数)。
表面张力是在表面上的相邻两部分之间单位长度上的相互牵引力,它总是作用在表面上,并且促使表面积缩小。
表面张力与比表面能都是表面上不对称力场的宏观表现,即二者是相通的,它们都是表面不对称力场的度量。
它们是两个物理意义不同,单位不同,但数值相同,量纲相同的物理量。
2.具有巨大界面积的系统是热力学不稳定系统物质表面所多余出的能量γA称表面能(亦叫表面Gibbs函数),它是系统Gibbs函数的一部分,表面积A越大,系统的G值越高。
所以在热力学上这种系统是不稳定的。
根据热力学第二定律,在一定温度和压力下,为了使G值减少,系统总是自发地通过以下两种(或其中的一种)方式降低表面能γA:①在一定条件下使表面积最小。
例如液滴呈球形,液面呈平面;②降低表面张力。
例如溶液自发地将其中能使表面张力降低的物质相对浓集到表面上(即溶液的表面吸附),而固体表面则从其外部把气体或溶质的分子吸附到表面上,从而改变表面结构,致使表面张力降低。
3.润湿与铺展的区别润湿和铺展是两种与固—液界面有关的界面过程。
两者虽有联系,但意义不同。
润湿是液体表面与固体表面相互接触的过程1因此所发生的变化是由固—液界面取代了原来的液体表面和固体表面。
润湿程度通常用接触角表示,它反映液、固两个表面的亲密程度。
当θ值最小(θ=0o)时,润湿程度最大,称完全润湿。
铺展是指将液体滴洒在固体表面上时,液滴自动在表面上展开并形成一层液膜的过程,因此所发生的变化是由固—液界面和液体表面取代原来的固体表面。
铺展的判据是上述过程的∆G:若∆G<0,则能发生铺展;若∆G≥0,则不能铺展。
胶体与固体表面化学
在扩散方向上某一位置的浓度c随时间t的变化率存在
以下偏微分Leabharlann 系:c D 2Ct
x2 (1.10)
式(1.10)由(1.9)式演变而来
那么由Fick第一定律,即式(1.9)可得:
D=-
dm
A(dc / dx)dt
扩散系数:
单位浓度梯度、单位时间内通过单位界面积扩散的物质量。 一些简单体系的扩散系数可以从化工手册上查阅,稍微复杂体系
绪论
一、概述 胶体化学是胶体与界面化学的简称,
是物理化学的一个分支科学,或者说 是一个专业方向。既涉及物理,又覆 盖着化学,因此应用非常广泛。
§1.1 胶体的运动性质
胶体的运动性质包括:分散相沉降与扩散
对于制备或破坏胶体非常重要
例如: 牛奶或丙烯酸酯乳液,沉降与扩散涉及体系稳定性; 云,人工降雨,涉及破坏胶体稳定性问题; 雾,气溶胶—胶体体系。
Chapman模型;1924年,Stern模型。
1 Stern模型
Stern层:在胶体表面因静电引力和引力而吸附 的一层反离子,紧贴在胶体表面形成一个紧密 固定的吸附层。Stern层的厚度有反离子的大小 而定。
Stern面:吸附反离子的中心构成的面。 Stern电势:Stern面上的电势Ψ8。在Stern层内,
在溶液中,通常阳离子的水化能力比阴离子强,所以 胶粒带负电的可能性比较大。 (b)凡是与胶粒具有相同元素的离子优先被吸附. 如 AgI胶体的制备过程中:AgNO3过量,优先吸附Ag+ 带正电;KI过量,则优先吸附I-而带负电。
“电势决定离子”:被吸附离子是胶粒表面电荷的来源,其溶液中的浓度
直接影响胶粒的表面电势。
射仪)
§1.2 胶体的光学性质
表面及胶体化学知识点归纳
胶体: 指具有高度分散的分散体系(亦是研究对象),分散相可以是一相和多相,粒子大小通常为10-7~10-9m之间.胶体的研究内容:表面现象、分散体系、高分子溶液。
表面能δ:恒温恒压下,可逆地增加单位表面积,环境对体系所做的功,单位J·m-2。
表面张力δ:单位长度液体表面的收缩力,单位N·m-1(或mN·m-1)l aplace方程:球面,则R1=R2=R,ΔP=2σR 柱面,则R1=R,R2=∞,ΔP=σ/R 球形气泡,且R1=R2=RΔP=4σ/R表面过剩:界面相与体相的浓度差。
接触角:固液气三相交点处作气液界面的切线,此切线与固液交界线之间的夹角θ。
Gibbs吸附公式:(双组分体系)固体表面张力:新产生的两个固体表面的表面应力之和的一半。
固体表面能:指产生一平方厘米新表面所消耗的等温可逆功。
Laugmuir理论:假设被吸附分子间无作用力,因而分子脱附不受周围分子的影响。
只有碰撞在空间表面的分子才有可能被吸附(单分子层吸附)。
固体表面是均匀的,各处吸附能相同。
BET理论的基本假设:①固体表面是均匀的,同层分子(横向)间没有相互作用,分子在吸附和脱附时不受周围同层分子的影响。
②物理吸附中,固体表面与吸附质之间有范德华力,被吸附分子间也有范德华力,即吸附是多分子层的。
影响溶液中吸附的因素:吸附剂:溶质、溶剂三者极性的影响;温度:溶液吸附也是放热过程,一般T上升,吸附下降;溶解度:吸附与溶解相反,溶解度越小,越易被吸附;同系物的吸附规律一般随C-H链的增长吸附有规律的增加和减少。
Trube规则;吸附剂的孔隙大小;吸附剂的表面化学性质,同一类吸附剂由于制备条件不同,表面活性相差很大,吸附性能也会有很大差异;混合溶剂的影响,色谱法中使用混合溶剂,洗提效果比单纯溶剂好,若自极性相同的混合溶剂中吸附第三组份,等温线界于两单等温线之间;若自极性不相同的混合溶剂中吸附第三组份,吸附量比任何单一溶剂中少,混合溶剂极性一致或不一致情况不同;多种溶质的混合溶液;9、盐的影响,盐的存在通过影响溶质的活度系数、溶解度、溶质的电离平衡而影响吸附。
胶体与表面化学2-2
已知t1、t2时刻粒 子位置x1、x2,可求r
3、超离心机中粒子沉降
以1mol为基准,M(摩尔质量); V(摩尔体积) 即:F1=F2 NA ×F1 : NA×F1=NA×F2
4 3 N A r ( 0 ) 2 x V ( 0 ) 2 x 3
M 1 2 = ( r - r 0 )w x = M (1 - r 0 )w2 x r r
2、布朗运动示意图
3、布朗运动的研究
1903年发明了超显微镜,为研究布朗运动提供了物质 条件。用超显微镜可以观察溶胶粒子作不规则运动,从而
能够测出在一定时间内粒子的05年和1906年爱因斯坦(Einstein)和斯莫鲁霍夫 斯基(Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的本质:
3、 Einstein第一扩散公式
Einstein第一扩散公式
RT 1 D= NA 6 r
介质粘度(η );半径(r) D
已知
扩散系数(D);粘度(η ) 体系:T 由上式: 胶粒:r 介质:η
求
r 扩散快 扩散能力强、快 扩散速度快
4、公式的相关研究
测定扩散系数D的方法 孔片法 自由交界法 光子相关谱法(快、准)
NA ×F2 :
由Einstein 第一扩散公式:
dx N A F2 N A 6 r dt RT 1 D N A 6 r
RT dx N A F2 D dt
3、超离心机中粒子沉降
即:
RT dx M (1 V 0 ) x D dt
2
积分:
M (1 V 0 )
2
t2
t1
RT dt D
x2
x1
表面化学与胶体例题
和
若r2<r1,则c2 > c1, 即:物质颗粒越小,其溶解度越大; 物质颗粒越小,其溶解度越大; 因为固体颗粒的r> , 因为固体颗粒的 >0,所以微小物质的溶解度 (c r)大于正常条件下物质的溶解度 0) 大于正常条件下物质的溶解度(c 大于正常条件下物质的溶解度
参天大树是依靠树皮中的无数个毛细管将土壤中的 参天大树是依靠树皮中的无数个毛细管将土壤中的 水分和营养源源不断地输送到树冠( 水分和营养源源不断地输送到树冠(也有渗透压的 作用,树中有盐分,地下水会因渗透压进入树内, 作用,树中有盐分,地下水会因渗透压进入树内, 通过毛细管上升)。 通过毛细管上升)。 锄地保墒:地下水能通过土壤中的毛细管源源不断 锄地保墒: 地供给植物根须吸收。但大雨过后,土壤被压实了, 地供给植物根须吸收。但大雨过后,土壤被压实了, 使毛细管与地表相通,地下水分会被蒸发掉, 使毛细管与地表相通,地下水分会被蒸发掉,不久植 物会因缺水而枯萎。锄松地表的土壤, 物会因缺水而枯萎。锄松地表的土壤,切断地表毛细 管,保护地下水不被蒸发。 保护地下水不被蒸发。
在下列气体以活性炭作吸附剂时: 在下列气体以活性炭作吸附剂时: 乙烷;氮气;氯气;氧气。 乙烷;氮气;氯气;氧气。 若其中氯气最易被吸附, 若其中氯气最易被吸附,氮气最不易被吸 附,则说明 的沸点最高。 的沸点最高。 易挥发的气体最不易被吸附。 易挥发的气体最不易被吸附。 易液化的易被吸附。 易液化的易被吸附。 防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气, 防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气,是 因为一般毒气都易液化,而氧气难以液化。 因为一般毒气都易液化,而氧气难以液化。 的沸点最低, 的沸点最低,
胶体和表面化学必会的题目及解答
胶体化学研究胶体体系的科学。
是重要的化学学科分支之一。
表面活性剂使表面张力在稀溶液范围内随浓度的增加而急剧下降,表面张力降至一定程度后(此时溶液浓度仍很稀)便下降很慢,或基本不再下降,这种物质被称为表面活性剂。
3固体表面吸附是固体表面对其他物质的捕获,任何表面都有自发降低表面能的倾向,由于固体表面难于收缩,所以只能靠降低界面张力的办法来降低表面能,这就是固体表面产生吸附作用的根本原因。
润湿是用一种流体取代固体表面上存在的另一种流体的过程。
固体表面改性通过物理或化学的方法,使固体表面性质发生改变的过程。
吸附剂能够通过物理的或化学的作用,吸附其它物质的物质。
乳状液的变型乳状液的变型也叫反相,是指O/W型(W/O型)乳状液变成W/O型(O/W型)乳状液的现象。
触变作用凝胶振动时,网状结构受到破坏,线状粒子互相离散,系统出现流动性;静置时,线状粒子又重新交联形成网状结构。
净吸力在气液界面,液体表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小,所以表面分子受到一个垂直于液体表面、指向液体内部的合吸力,称为"净吸力"。
Krafft 点离子型表面活性剂在水中的溶解度随着温度的变化而变化。
当温度升高至某一点时,表面活性剂的溶解度急剧升高,该温度称为krafft点。
浊点加热非离子型表面活性剂的透明水溶液,其在水溶液中的溶解度随温度上升而降低,在升至一定温度值时出现浑浊,这个温度被称之为该表面活性剂的浊点。
表面张力表面张力是为增加单位面积所消耗的功。
临界胶束浓度:在表面活性剂溶液中,开始大量形成胶束的表面活性剂浓度。
起泡剂在气液分散体系中,使泡沫稳定的表面活性剂,称为起泡剂。
凝胶一定浓度的溶胶体系,在一定的条件下失去流动性而形成的半固体物质。
高分子溶液分散相是高分子物质的分散体系。
比表面积对于粉末或多孔性物质,1g固体所占有的总表面积为该物质的比表面。
增溶作用指难溶和不溶有机物在表面活性剂胶束水溶液中溶解度增大的现象离浆作用水凝胶在基本上不改变原来形状的情况下,分离出所包含的一部分液体,使构成凝胶网络的颗粒相互收缩靠近,排列得更加有序。
表面化学-胶体化学
表面化学-胶体化学表面化学-胶体化学表面化学是研究物质表面的性质和现象的一门学科,而胶体化学则是表面化学的一个重要分支,研究胶体溶液中物质的性质和行为。
胶体化学的研究内容涉及到胶体的形成、稳定性、表面性质、胶体颗粒的相互作用以及胶体溶液的性质等。
本文将介绍表面化学和胶体化学的基本概念、研究方法以及应用领域。
表面化学最早起源于对溶液表面现象的研究,如水的表面张力、液滴的形成和液体的湿润性等。
表面化学研究的对象是固体和液体的界面以及液体和气体的界面,主要涉及到界面上的吸附现象、界面能和界面活性物质等。
固体-液体界面上的吸附现象包括离子吸附、分子吸附和表面电荷等,而液体-气体界面上的吸附现象则涉及到液滴形成和表面张力等。
胶体化学研究的是胶体溶液中胶体颗粒的性质和行为。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的物质,其特点是颗粒很小,约为1纳米到1微米大小,并且能够在溶液中均匀分散。
胶体的稳定性是胶体化学研究的重要内容,稳定性的源于胶体颗粒表面的电荷,正负电荷的平衡使得颗粒之间相互排斥,从而保持胶体溶液的稳定性。
此外,胶体溶液中还包含着胶体的吸附、吸附剂的选择、界面张力、胶体性质的测定以及胶体与其他物质的相互作用等方面的研究内容。
表面化学和胶体化学的研究方法主要包括物理化学方法和化学方法两种。
物理化学方法包括表面张力测定、界面能测定、电化学方法、X射线衍射、电子显微镜等。
而化学方法包括有机合成、溶胶-凝胶法、聚合法、共沉淀法等多种方法。
表面化学和胶体化学在许多领域中都有重要的应用。
在光学领域中,胶体颗粒可以通过改变其尺寸和组成来调控其光学性质,从而应用于光学传感器、太阳能电池、红外吸收材料等。
在材料科学领域中,胶体颗粒可以通过自组装形成多孔材料和有序结构,具有较大的比表面积和孔径,被广泛用于催化剂、分离膜和储能材料等。
此外,表面化学和胶体化学还在生物医学、环境污染治理、油水分离、食品加工等领域发挥着重要的作用。
综上所述,表面化学和胶体化学是研究物质表面性质和胶体溶液行为的学科,涉及到物质界面的吸附现象、界面能、表面张力等。
胶体与表面化学 复习
胶体与表面化学第一章绪论胶体与表面化学:研究胶体分散系统、一般粗分散系统及表面现象的化学分支。
胶体化学:研究胶体体系的科学,是物理化学的分支。
表面化学:研究发生在表面或界面上的物理、化学现象的一门学科,是胶体化学的分支。
分散系统:一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。
被分散的不连续相为分散相,连续相为分散介质。
可分为:粗分散系统、胶体分散系统、分子分散系统。
习惯上,按分散介质的类型把胶体系统分为气、液、固溶胶。
溶胶:以液体为分散介质时,分散相为固体小粒子的胶体分散系统。
凝胶:以固体为分散介质时,分散相为液体的胶体分散系统。
(第九章)胶体分散系统:分散相粒子至少在一个尺度上的大小处于1~100nm范围内的分散系统。
胶体是物质存在的一种状态而非特殊的物质,不是物质的本性;胶体是两相或多相不均匀分散系统。
界面:不相混溶的两相间的边界区域。
凝聚相与气相的边界区域称为表面。
比表面:单位质量或体积的分散相物质所具有的总表面积。
第二章胶体与纳米粒子胶体制备的一般条件:1.分散相在介质中的溶解度必须极小 2.必须有稳定剂存在胶体制备方法:一、分散法:1.机械分散(助磨剂、分级设备) 2.电分散(金属水溶胶)3超声波分散(乳状液)4.胶溶(在某些新生成的松散聚集沉淀物中,加入适量的电解质或置于某一温度下,使沉淀重新分散成溶胶。
例如正电荷溶胶MMH或MMLHC)二、凝聚法:用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。
物理凝聚:将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体状态。
(蒸汽骤冷、更换溶剂)化学凝聚:通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态,初生成的难溶物微粒结合成胶粒,在少量稳定剂存在时形成溶胶。
(还原、氧化、水解、复分解法)溶胶净化:(粗粒子--过滤、沉降、离心;)胶体中过多的电解质--渗析:用半透膜将溶胶和纯分散介质隔开,仅能让小分子和离子通过而胶粒不能通过;由于浓度差,多余电解质向外渗透,更换溶剂便可净化溶胶。
11-胶体化学
布朗运动
返回
二、扩散
在有浓度梯度时,胶体粒子因热运动而发生宏观上定向 迁移运动。
三、沉降与沉降平衡
多相分散系统中物质的粒子因受重力作用而下沉的过程 叫沉降。
沉降过程产生浓度梯度,而扩散过程是消除浓度梯度, 当两者达平衡时叫做沉降平衡。 即:沉降速度=扩散速度
a
4
1、电泳
在外电场作用下,胶粒在分散介质中的定向移动。 (胶粒带电、带正电的胶粒移向负极)
+
-
NaOH
Fe(OH)3
电泳速度
∝
粒子带电量、外加电位 梯度 介质的黏度、粒子的大 小
电泳演示
2.电渗:
在多孔膜(或毛细管)两端加电压,液体分散 介质作定向移动。
3.流动电势:
电渗演示
在外力作用下,迫使分散介质通过多孔膜作定向移 动,在多孔膜两端产生的电势差。
4.沉降电势:
分散相粒子在重力场(或离心力场)作用下迅 速移动,产生的电势差。
电泳现象
返回
电渗现象
返回
二、扩散双电层理论 胶粒带电
1、胶粒从溶液中选择性吸附某种离子而带电(Fanjes规则); 2、胶粒分子本身电离作用使离子进入溶液而带电。
双电层电位:
5
扩散双电层理论
问题提出: 1、液体在远离胶粒的液层是流动的,在胶粒附近不流动? 2、电位与电极电位有何区别, │ζ│<│ϕ│? 3、电解质为何能影响ζ电位的大小? 4、 ζ电位的符号不但与固相有关,也与溶液中某种离子过
{[
AgI
]m
nAg
+
⋅ (n
−
x
)
NO
− 3
《胶体与表面化学》课件
展望
展望胶体与表面化学的未来发展趋势和潜在应用。
2 不稳定性现象
探讨胶体不稳定性的原因和影响,如聚集、沉淀和相分离。
胶体凝聚和稳定性机制
1
稳定性机制
2
介绍胶体稳定性的不同机制,如扩散、电化学和ຫໍສະໝຸດ 面改性。3胶体凝聚
描述胶体凝聚的过程和机制,如吸附、 糖胶体和复合胶体。
应用案例
通过实际应用案例展示胶体凝聚和稳定 性机制的重要性。
界面化学概述
1 界面定义
解释界面化学中界面的定义和特性。
2 界面分析
介绍界面分析的各种技术和方法。
界面化学的重要性和应用
1 应用领域
探讨界面化学在实际应用领域的重要性,如 材料科学和生物医学。
2 界面控制
解释如何利用界面化学来控制物质的性质和 相互作用。
总结与展望
结论
总结胶体与表面化学的关键概念和应用领域,并强 调其重要性。
《胶体与表面化学》PPT 课件
本课程将介绍胶体和表面化学的关键概念和应用,从概述到实际应用领域, 帮助您深入了解这个令人着迷的领域。
胶体和表面化学概述
1 胶体
介绍胶体的定义和特性,以及胶体与其他化 学领域的关联。
2 表面化学
介绍表面化学的基本概念和研究领域。
参与者和机制
1 溶剂、溶质和溶剂剂量
讨论溶剂、溶质和溶剂剂量在胶体和表面化学中的作用。
2 表面张力和界面张力
展示表面张力和界面张力的关系,以及它们对界面性质的影响。
胶体状态和特性
1 分散系统
探讨各种胶体分散系统,如溶液、凝胶和乳液等。
2 分散相和连续相
解释分散相和连续相对胶体稳定性和性质的影响。
稳定性和不稳定性
胶体化学
二、 高分子溶液的性质
表11-8
高分子溶液的渗透压:溶质分子的柔性及溶剂化,渗透压 较相同浓度的小分子溶液大。
高分子溶液的黏度:黏度大
原因:
1)高分子的柔性使得高分子在溶液中占的体积很大,对介 质流动形成阻力
2)高分子溶剂化,溶剂分子被高分子束缚,流动性差 3)高分子链段间相互作用形成一定结构,流动阻力增大,
乳状液的制备
自然乳化分散法 瞬间成皂法 界面复合物生成法 交替添加法
三 乳状液的转型与破坏
(1)乳状液转型 转型:由W/O变成O/W或者由O/W变成W/O 外加物质使乳化剂的性质发生改变而引起
加入量少------不能转型 加入量适中---转型 加入量多------破坏乳液 温度改变(非离子型表面活性剂) 转型温度
溶胶的净化
在制备溶胶的过程中,常生成一些多余的电解质,
在制备溶胶的过程中,常生成一些多余的 如制电备解F质e(O,H如)3溶制胶备时生Fe成(O的HH)C3l溶。胶时生成的HCl。
少量电解质可以作为溶胶的稳定剂,但是过多的电解质存在会 使溶胶不稳定,容易聚沉,所以必须除去。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。
第二节 溶胶的制备和净化
制备: 1)由小分子溶液聚集 物理聚集法、化学反应法、更换溶剂法 2)由粗分散系统分散
研磨法、电弧法、超声分散法
由小分子溶液聚集
水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀)+3H2O (热)→ Fe(OH)3 (溶胶)+3HCl
由粗分散系统分散
电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分 散后凝聚两个过程。将金属做成两个电极,浸在水中,盛水的盘子放 在冷浴中。在水中加入少量NaOH 作为稳定剂。 制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电,调节电极之间的距离,使 之发生电火花,这时表面金属蒸发,是分散过程,接着金属蒸气立即 被水冷却而凝聚为胶粒。
表面化学和胶体化学
注意:表面自由能与表面张力的代表符相同,均 为σ,量纲相通,但两者的概念不同!! 表面自由能是单位表面积的能量,标量;
表面张力是单位长度上的力,矢量。 讨论:dU =TdS – pdV +σdAs+Σidni dH =TdS + Vdp +σdAs+Σidni
dA =-SdT –pdV +σdAs+Σidni
s
σ= 58.85×10-3N.m-1, ps= 2 /r =11.77×103kPa
h = 0.02m,ρ=958.1kg· m-3
p静=gh = 958.1×9.8×0.02=0.1878kPa p大气=100kPa
p =100 + 0.1878 + 11.77×103 = 11.87×103kPa pr 2M 1 007127 根据开尔文公式 ln 得: p0 RT r
◆ 过饱和蒸气
降温过程:
p
微小
pB
A:不能凝出微小液滴 pA B:凝出微小液滴 AB:过饱和蒸气 pB> pA
l
B 大块
A
g TA T
消除:如人工降雨,加AgI颗粒
◆ 过冷液体
原因:凝固点下降。如纯净水可到-40℃不结冰。
◆过热液体 液体在正常沸腾温度不沸腾,要温度超过正 常沸腾温度才沸腾。 原因:液体表面气化,液体内部的极微小气泡 (新相)不能长大逸出(气泡内为凹液面)。 小气泡受到的压力为: p大气 p = p大气+ ps+ p静 p静=ρgh ps = 2σ/r h 如 r =-10-8m,T = 373.15K时, p
dG =-SdT +Vdp +σdAs+Σidni
表面和胶体化学手册
表面和胶体化学手册
表面和胶体化学是一门研究表面及其在液体溶液和固体体系中的行为的学科,是化学中重要的分支。
目前,它不仅是专业学科,而且在各种行业中广泛应用,例如制药,食品,纺织品和化学生产等。
表面和胶体化学手册是一本关于表面和胶体化学相关理论和实践方法的专业参考书,涵盖了表面活性剂,悬浮液,胶体,溶胶体,表面调节器,纳米胶体等领域。
它不仅介绍了这些技术的相关理论,更介绍了实际的应用,例如研究表面化学反应机制,利用调节器改善产品性能,研发新的胶水等。
表面和胶体化学手册的研究将有助于科学家们以精确的方式应用表面活性剂,表面调节器和悬浮液等在化学生产中和其他领域中,实现生产工艺的改善,提升产品质量,满足消费者需求。
表面和胶体化学手册也具有重要的实用价值,对于制药生产、建材制造、产品抗腐蚀测试、护肤用品的研究等有重要的意义。
总之,表面和胶体化学手册为科学家们提供了一个全面、系统的参考手册,深入探索表面与胶体化学技术,开展表面和胶体化学领域的研究,为各行各业提供了重要的理论和实践经验。
表面现象和胶体化学练习题
第十一章表面现象和胶体化学练习题练习题一、是非题1、比表面能、2、3、4、5、液体浸湿固体的条件是粘附W i6.表面活性剂的HLB7.8.9.用AgNO3溶液和KI溶液制备溶胶时,AgNO310.电解质对溶胶的聚沉能力常用聚沉值表示,若某电解的聚沉值越大,则其聚沉能力越二、填空题1、A 为面积,表面张力σ(填数学符号)。
_______2、∆P1和∆P2分别代表平面液体和凹面液体下的附加压力,则∆P1______∆P2。
3、r1和r2分别代表同一物质的两种微晶体的半径,c1和c2分别代表其相应的溶解度,若r1>r2,则必有c1_____c2。
4、在某液体中加入物质A,A的浓度为C,若A为表面活性物质,则应有(dσ/dc)T_____0。
5、当铺展系数φ————0时,液体可以在固体表面上自动铺展。
6、当接触角时θ————90O,固体不为液体所润湿。
7、正溶胶,其扩散层应荷________电(填中文字)。
8、电解质NaCl, MgSO4, AlCl3, 对溶胶As2S3聚沉能力最强的电解质的是————(填分子式)。
9、胶体分散体系的分散相微粒半径r在____~____之间。
输入提示:x1到x9分别代表10-1到10-9,中间用(,)隔开10、若气—固相表面催化反应为单分子反应,反应物为A,反应速率常数是k2,当A的吸附很强时,反应速率r=_____。
三、单选题(选一个最佳期答案)1、根据方程(式中S为熵)可知下面的说法中不正确的是(A)等温等压且组成不变时,表面积增大,焓增加。
(B)温度升高,表面张力增大(C)温度升高,体系的熵增加(D)等温等压且组成不变时,增加表面积,体系吸热2、对于纯液滴,有关其饱和蒸气压的说法中不正确的是(A)其分散程度越大,饱和蒸气压越大(B)表面张力越大,饱和蒸气压越大(C)密度越大,饱和蒸气压越大(D)分子量越大,饱和蒸气压越大3、有关溶液表面吸附,下列说法中正确的是(A)表面活性物质,在表面层的浓度小于本体溶液(B)发生正吸附时,dσ/dc >0(C)发生负吸附时,表面张力降低(D)任何溶液,其表面层浓度与本体的浓度都不会相同4、在等温等压下,以可逆方式将单位面积的固体浸入液体中时,其吉布斯自由能变化为(A)ΔG=σ固-液–σ气-液(B)ΔG= σ气-固–σ液-固(C)ΔG= σ气-液–σ气-固(D)ΔG= σ液-固–σ气-液5、对下列表面活性剂的归类,正确的是(A)R–COONa属阳离子型(B)R–NH2·HCI属两性型(C)R–NHCH2–CH2COOH属阴离子型(D)R–COOCH2C(CH2OH)3属非离子型试卷(一)一、是非题(4×5=20分)1、一物体其比表面越大,表面能也越大。
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ΔGT,p,沾湿 =ΔGs,沾湿 = σs/l -σs/g -σl/g ΔGT,p,浸湿 = ΔGs,浸湿 = σs/l -σs/g ΔGT,p,铺展 = ΔGs,铺展 = σs/l -σs/g+σl/g
ΔGs 增大 更难于进行
润湿层次增 高
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自动
由σs/g
≥
平衡
σs/l -σl/g知沾湿最低条件:σs/g
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三、接触角(润湿角) 1.接触角(θ) 在气、液、固三相交界点处,气-液与固-液界面 张力之间的夹角称为接触角(θ总在液滴内),通
常用q 表示。
g
ql
s玻璃板
g
ql
l s玻璃板
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2. 杨氏方程(Young方程)
三相交界处O点受力分析: 受到三个表面张力
(σs/g,σs/l和σl/g)作用,sg力图使液滴向左铺开,
∵dGs= σdAs +Asdσ,∴当表面积As不变时, 降低表面张力(dσ<0)的表面过程为自动过程。若
形成溶液时,σ溶质<σ溶剂,则溶质将自动、大量 进入表面层,形成溶质在溶液表面的自动聚集,
这种现象称为溶液表面的吸附。吸附量定义(简
单)为:
ΓBnABs
V(cs cin) As
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“改变表面张力趋势”=“溶质的扩散趋势”
(b) 浸湿过程示意图
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始态:一个s/g界面; 末态:一个s/l界面;此过
程的单位面积的表面吉布斯自由能变化为:
自动
ΔG浸 = σs/l-σs/g≤平衡0 即:浸湿的条件是σs/g ≥ σs/l
→ 固体 →液体
3.铺展润湿(完全润湿,高级润湿)
少量的某液体在光滑的s/g
界面(或l/g界面) 上自动展开,
σlg
σsl
σsg
ΔG粘附 < 0 或 Wa > 0
固 固 液体在固体上润湿过程
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粘附功也是液体能否润湿固体的一种量度。
粘附功越大,液体越能润湿固体,液-固结合得
越牢。 2.浸湿(浸润)
将固体完全浸没在液相
→ 固体 →液体
之中的过程。当固体浸入液
体时,原有的s/g界面完全被
s/l界面所取代。
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在等温等压下,若发生上述的逆过程——
将固/液界面分开而还原成固/气和液/气界面所
需的可逆功,称为粘附功(work of adhesion),
它与对应的润湿过程的吉布斯自由能的关系为:
Wa= -ΔG粘附
液
液
可见,粘附润湿过程 自动进行的条件是:
而lg和sl则力图使液滴收缩,三个力达到平衡
(合力为0)时有:sg= sl +lgcosθ
lg
cosq sg sl lg
——Young方程
sg
Oq
O
sl
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3.θ与润湿现象的关系
● 若σs/g - σs/l= σl/g,则θ=0,符合铺展润湿的最低条 件,故发生完全润湿(可逆); ● 若0 < σs/g - σs/l < σl/g,则0 < θ < 90o,σs/g =σs/l是浸 湿的最低条件,故在此范围内发生浸润;
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4.内聚功 (work of cohesion)
液
液
在等温、等压条件下,
分开单位面积液柱所做的
可逆功称为内聚功,是液
gl
体本身结合牢固程度的一
种量度,以 Wc 表示: Wc = 2σl/g
因此有: φ = Wa-Wc
液 液
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若Wa >Wc ,则φ >0, 自动铺展。表明:如 果固-液界面粘附功大于液体本身的内聚功,就 意味着拆开单位面积的固-液界面比拆开单位面 积的液柱难,即铺展是生成固-液表面更容易。
B C
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◆ B线: c↑,σ↓,正吸附
例:大部分低脂肪酸、醇、醛等极性有机物,因
为其σ比水的σ小。
/Nm-1
◆ C线:c↑,σ↓↓,正吸附
A
c到一定值后,溶液σ几乎不再 H2O
变化,例: 含八个C原子的有
机酸,有机胺盐,磺酸盐,苯 磺酸盐。σ 达到最低点,可能 是杂质影响的结果。
θ=90o 是润湿与否的分界线 θ < 90o 液体润湿固体,如水在洁净的玻璃表面; θ > 90o 液体不润湿固体,汞在玻璃表面; ● 若-σl/g ≤ σs/g - σs/l < 0,则90o<θ ≤ 180o,在此范围 内不润湿,θ =180o为完全不润湿。
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4.接触角测量
1)直接观察法:照相,测角度。
例:高温x-射线透射仪测金属(冰铜)与炉渣间θ
2)显微测算
四、润湿现象的应用 利用润湿:金属Al电解(熔液润湿电极)、金属焊
接﹑印染﹑洗涤﹑农药、机械设备润滑,等等。
利用不润湿:注水采油﹑矿物浮选,等等。
应用很多,其它自学。
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§6 液/气 界 面 现 象
一、溶液表面吸附
1. 溶液表面的吸附现象
形成一层液态薄膜的过程。
(b) 浸湿过程示意图
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特点:在铺展过程中,不但固液界面取代了原有
的s/g界面(或l/g界面)固气界面,而且还增大了
液气界面,A l/g,始<<Al/g,末。
液滴
始态:一个s/g界面;
固体
末态:一个s/l和l/g界面;
所以该过程的单位面积的
表面吉布斯自由能变化为:
自动
ΔG展 = σ l/g +σs/l-σs/g≤平衡0
(c)铺展润湿过程示意图
σs/g ≥ σs/l +σl/g 铺展的条件
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4.铺展系数(spreading coefficient) ΔG展 <0时,流体在固体(或另一液体)表面的
铺展过程为自动过程。也有用铺展系数φ表示流 体的铺展能力,定义式为:φ = -ΔG展。显然, 当φ > 0时,铺展过程为自动过程。
=σs/l -σl/g
自动
由σs/g
≥
平衡
σs/l
知浸湿的最低条件:
Hale Waihona Puke σs/g =σs/l自动
由σs/g
≥
平衡
σs/l
+σl/g知铺展最低条件:
σs/g
=σs/l +σl/g
提问:液体润湿固体,对同一液体来说,固体表 面张力大的容易润湿还是小的容易润湿? 对同一固体来说,液体表面张力大的容易润湿还 是小的容易润湿?
时,溶液表面吸附就达到动态平衡。
若σ溶质 <σ溶剂,则平衡时cs> cin ,ΓB > 0,正吸附
若σ溶质 >σ溶剂,则平衡时
/Nm-1
cs< cin ,ΓB < 0,负吸附
A
2. 表面张力等温线(三种类型) H2O
◆ A线:c↑ ,σ↑ ,负吸附 例:不挥发酸(碱),或含 多个OH-基的有机化合物