胶体与界面化学习题29页PPT
合集下载
(推荐)《胶体与界面化学》PPT课件
Fx(2lx) 往下运动的距离。在此过程中，表面
积增量为（2表示液膜有两个表面）。
环境对体系做功为 Fx ，这个功为
等于表面能增量：
• 这样比表面能又有了新的定义——表 面张力，即垂直作用在单位边长且与 液面相切的力，这个力力图使液面收
γ= F 2l
缩。
• 由定义可知，其单位为N/m 。
9
需要注意的几点：
• 1. 务必区分表面张力与界面张力。 • 2. 务必注意温度的影响。
• 3. 压力和体系运动情况等其他因素对γ的影响。
• 4.任何界面和表面，包括固体表面，固—液界面均存在 界面张力。 由于固体中分子间作用力远大于液体分子间作用力，因 此固体的界面张力大得多。
• γ的两个物理概念即比表面能和表面张力是一个实质
• 图1－4示出一个用金属丝弯 成的矩形框架，其中一个边 是可滑动的，且认为滑动时 不存在任何阻力，并蘸取肥 皂液形成具有前后两个表面 的膜。
图1－3 图1－4
8
从力的角度分析其γ物理意义
• 图1-4去掉下面的力F时，滑动边就因
液膜的收缩拉回一个距离，（以减少
表面能）。这个回缩力与F大小相等而 方向相反。现在假定加上力F，滑动边
•
dGWR
表面积增加越多，所消耗功也越多，表面能增量越大，故：
dGW RdA
写成等式：
dGdA
∂G (∂A)T.P.n
γ的物理意义：在恒温、恒压和恒组成时,每增加单位表面
积所引起的表面能增量。其单位是J/m2或N/m。
称为比表面过剩自由能或比表面能。
7
（二）表面张力
• 图1－3示出在铁丝圆框之中 有松散的当中封闭的连线， 并蘸上肥皂膜，当用烧热的 铁丝，将线中的膜刺破时， 发现连线当中的封闭线立即 紧绷起来成为环形线，仿佛 四周有均匀的力拉动这个线 似的。
胶体与界面化学
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/4/23
前言
1806年，拉普拉斯（place）导出了弯曲液面两边附加 压力与界面张力和曲率半径的关系.可用该公式解释毛细管现 象。1869年普里（A.Dapre）研究了润湿和黏附 现象，将黏 附功与界面张力联系起来。界面热力学的奠基人吉布斯 （Gibbs）在1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型， 他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化的普遍关 系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年，开尔文（Kelvin） 将界面扩展时伴随的热效应与界面张力随温度的变化联系起 来。后来，他又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程即著名 的开尔文方程。
在一个非均匀的体系中,至少存在着两个性质不同的相。两 相共存必然有界面。可见，界面是体系不均匀性的结果。 一般指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相
为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面， 但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表 面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面， 液-固界面，固-固界面。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/4/23
1.1表面和界面(surface and interface)
几点说明：
1、严格讲，界面是“界”而不是“面”。因客观存在的界面 是物
理面而非几何面，是一个准三维的区域。
2、目前，常用于处理界面的模型有两种：一为古根海姆
（Guggenheim）模型。其处理界面的出发点是：界面是一个
胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的看法 是从1861年开始的，创始人是英国科学家Thomas Graham， 他系统研究过许多物质的扩散速度，并首先提出晶体和胶体 （colloid）的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的
界面和胶体化学基础PPT讲稿
T ,P, ,nj
i
A ni
T ,P ,
,n j
i
Ai
i is Ai , Ai 0, i is
当前你正在浏览到的事第十三页PPTT，方程
对纯液体
i i , is i ,s ,
i
,s i
Ai
i i
is
,s i
分为如图12-31所示的亲水基和憎水基部分：
当前你正在浏览到的事第十九页PPTT，共一百二十二页。
2.1表面活性剂分类
表面活性剂的种类繁多，但其性质之差异主要取决于亲水和亲油基团 的性质特别是亲水基团的性质。因此通常采用按化学结构的分类方法将其分 为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性 型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能 会发生沉淀而失去活性作用。
用扭力天平测出它施加在AA边上的压力。这种膜天平的准确度
可达1×10-5N/m。
当前你正在浏览到的事第十一页PPTT，共一百二十二页。
Langmuir膜天平
如果用表面压 对表面积A作等温线(A图)，可以 看到A图因分子的本性不同或温度不同而不同。 当表面膜行为象二维理想气体时，它的状态方程为：
A n RT
表面活性剂
1.离子型 2.非离子型
阳离子型 阴离子型 两性型
当前你正在浏览到的事第二十页PPTT，共一百二十二页。
常用表面活性剂类型
RCOONa 羧酸盐
阴离子表面活性剂
R-OSO3Na R-SO3Na R-OPO3Na2
硫酸酯盐 磺酸盐
磷酸酯盐
如肥皂一般是含碳14～18个的羧酸盐，这类表面活性剂一般不适用于硬水
1s 2b 1b 2s
表面化学与胶体例题ppt课件
对于将KI溶液滴入AgNO3溶液形成的溶胶，下列电解质中哪 种聚沉能力最大：
A. K2SO4 B. K2SO4
B. KNO3
C. MgSO4
D. LiCl 3
表面张力的数值与很多因素有关，但是它与: A. 温度无关 B. 另一相物质无关 C. 表面积的大小无关 D. 组成无关
接触物质密度差越大，表面张力越大；温度越 高，越小；压力越大，表面张力越小。
在给定的温度及压力下，把一定体积的水分散
成许多小水滴，在这一变化中，水的总表面积
和比表面都会增大，但表面张力保持不变，表
起作用。 物理吸附有选择性，化学吸附无选择性。 物理吸附速率快，化学吸附速率慢。 物理吸附不太牢固，易解吸；化学吸附较牢固，不
易解吸。
还有：吸附层，可逆性，吸附温度的区别
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？
一般：压强升高,σ↓；见教材P544图11-5
★ 其它：分散度等
σ =（GT,p - G’T,p）/As = Gs/As
Gs：(比)表面过剩Gibbs自由能，表面过剩自由能
恒T，p下的表面过程有：
自动
dGT,p = dGs =σdAs+ Asdσ≤0平衡
体系中各相组成（ni）恒定，σ确定，则：
dGs
在下列气体以活性炭作吸附剂时：
乙烷；氮气；氯气；氧气。
若其中氯气最易被吸附，氮气最不易被吸
附，则说明
的沸点最低，
的沸点最高。
易挥发的气体最不易被吸附。
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，是 因为一般毒气都易液化，而氧气难以液化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5. 什么是非离子表面活性剂的浊点？浊点产生的原因是什么（6分） 答：聚氧乙烯型非离子表面活性剂的溶解度随温度升高而增大(1分)，当上
升到某一温度时，溶解度反而下降，溶液发生混浊甚至分层(1分)，冷却后又可 恢复澄明，对应的温度称为浊点(2分)。 原因：当温度升高时，聚氧乙烯链与水之间的氢键发生断裂(2分)。
从而导致液面下降（2分）。
7. 试用Ross铺展机理解释消泡过程。（6分） 答：Ross的铺展机理认为，整个消泡过程分为浸入、扩展和破泡三个阶段，
在浸入阶段，渗入系数 EFD FD（1分），当E>0时，消泡剂浸入泡沫的
液膜中（1分）；在扩展阶段，扩展系数 SFDFD （1分），当S>0时，消泡
剂向膜面扩展（1分）；因此，当E>0，S>0时（1分），则产生消泡用（1分）
2.简述表面活性剂在水中可形成几种胶束，胶束的形态与表面活性剂的浓度之间 有何关系。（6分）
表面活性剂在水中可以形成三种类型的胶束：球形、棒状和层状胶束。在一 般情况下，随着水中表面活性剂浓度的增高，球形胶束会首先形成，然后依次是 棒状胶束和层状胶束。 5.试以Maragoni效应解释泡沫的稳定机理。（7分）07-08A
答：当泡沫表面由于扩展而变薄，从而产生新的表面时(2分)，由于在新的 表面上溶质的吸附尚未达到平衡(2分)，使其表面张力增加，产生了表面张力梯 度(2分)，这种表面张力的梯度就会引起液体从低表面张力的周围向高表面张力 区域流动，直到此张力差消失为止(1分)。
7. 根据DLVO理论，试解释外加电解质对带电溶胶稳定性的影响。（7分） 答：根据DLVO理论，在胶团之间, 既存在着斥力势能, 又存在着吸力势能(1
3.试解释毛细凝结现象发生的原因。（6分） 2019-2019A 答：根据Kelvin公式(2分)，凹面上的蒸汽压比平面上小(2分)，所以在小于
饱和蒸汽压时，气体凹面上已达饱和而发生凝聚，这就是毛细凝聚现象(2分)， 即蒸汽变成液体在毛细管中凝聚，吸附量迅速增加。
4. 试解释过饱和蒸汽产生的原因。（6分） 答：过饱和蒸汽现象的产生是由于如果蒸汽凝结成为液滴，那么需要先形成
半径极小的小液滴(2分)，其液面为凸面，小液滴液面上的饱和蒸汽压远大于此时 液体的蒸汽压(2分)，因此新相难成而导致过饱和(2分)。
常见的亚稳状态有哪些？为什么会产生亚稳状态？（9分） 答：常见的亚稳状态有过热液体、过饱和蒸汽、过饱和溶液等（3分）。产
生亚稳状态的主要原因是新相种子难以生成（3分），由于新相的颗粒极小，因 此其比表面积和表面吉布斯函数都很大，因此新相难以生成（3分）。 (若分别列出每种亚稳状态产生的具体原因，则每个亚稳状态加2分)
现将一根毛细玻璃管插入水中，然后在管内液面处加热，则液面将如何变化， 为什么会产生这种现象？（8分）
答：根据Laplace公式，
（1分），将毛细玻璃管插入水中形成
凹液面，因此附加压力为负值（或者方向向上）（1分）。而表面张力随温度上
升而下降（2分），因此，在管内液面处加热会导致附加压力Ps降低（2分），
，并随着江河水一起流动。当江河水到达入海口时，海水中含有大量的电解质， 根据DLVO理论，在胶团之间, 既存在着斥力势能, 又存在着吸力势能，胶体系统 的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小。加入电解质后，对溶 胶体系内胶体粒的引力势能影响不大, 但会明显降低粒子间的斥力势能，从而降 低带电溶胶的稳定性，因此泥沙在入海口沉降，形成平原。
3.试解释过热液体产生的原因。（6分） 液体过热现象的产生是由于液体在沸点时无法形成气泡所造成的。根据开尔
文公式，小气泡形成时期气泡内饱和蒸气压远小于外压，但由于凹液面附加压力 的存在，小气泡要稳定存在需克服的压力又必须大于外压。因此，相平衡条件无 法满足，小气泡不能存在，这样便造成了液体在沸点时无法沸腾而液体的温度继 续升高的过热现象。
吸附量的顺序：甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸 原因：由于活性炭为非极性吸附剂，水为极性溶剂，因此非极性的吸附剂在 极性溶剂中总是容易吸附非极性组分。而羧酸的极性随着其碳链的延长而增加， 其中甲酸极性最高，丁酸极性最低，因此甲酸的吸附量最高，而丁酸的吸附量最 低。
4.什么是HLB值，HLB值对表面活性剂的应用有何影响。（6分）2019-2019A 答案：HLB值是表面活性剂的亲水亲油性平衡值（2分），其计算公式如下：
(不列出公式亦可)，其中，HLB越大，表面活性剂的亲水性能越强，适于在水体 系中使用(2分)。HLB值越小，表面活性剂的疏水性能越强，越适于在油体系中使 用(2分)。
2.试解释温度升高，气体在固面上的吸附量通常减少的原因。（6分） 07-08A 答：吸附是放热(1分)、自发的过程(1分)，且存在吸附平衡(1分)，所以温
度上升对吸附平衡不利，导致反应逆向进行，因此温度升高，气体在固体表面上 的吸附量通常要降低(3分)。
6. 活性碳从水溶液中吸附脂肪酸，吸附质分别为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸试判 断吸附量顺序和原因。（7分）
7. 试论述化学吸附与物理吸附的主要区别。（7分） 答：物理吸附的吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力产生的，一般比较 弱。其吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个kJ/mol以下。吸附无选择 性，任何固体可以吸附任何气体，吸附量会有所不同。而且吸附可以是单分子层 的，但也可以是多分子层的。化学吸附吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生 的化学键力，一般较强。其吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol以 上。吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发生反应的气体分子，如酸 位吸附碱性分子，反之亦然。而且吸附是单分子层的。
分)，胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小(2分)加 入电解质后，对溶胶体系内胶体粒的引力势能影响不大(2分), 但会明显降低粒 子间的斥力势能(2分)，从而降低带电溶胶的稳定性。
5.试解释江河入海口处，沉积平原形成的原因。（7分） 河是淡水，在流动过程中会携带泥沙中的部分物质形成较为稳定的胶体溶液
升到某一温度时，溶解度反而下降，溶液发生混浊甚至分层(1分)，冷却后又可 恢复澄明，对应的温度称为浊点(2分)。 原因：当温度升高时，聚氧乙烯链与水之间的氢键发生断裂(2分)。
从而导致液面下降（2分）。
7. 试用Ross铺展机理解释消泡过程。（6分） 答：Ross的铺展机理认为，整个消泡过程分为浸入、扩展和破泡三个阶段，
在浸入阶段，渗入系数 EFD FD（1分），当E>0时，消泡剂浸入泡沫的
液膜中（1分）；在扩展阶段，扩展系数 SFDFD （1分），当S>0时，消泡
剂向膜面扩展（1分）；因此，当E>0，S>0时（1分），则产生消泡用（1分）
2.简述表面活性剂在水中可形成几种胶束，胶束的形态与表面活性剂的浓度之间 有何关系。（6分）
表面活性剂在水中可以形成三种类型的胶束：球形、棒状和层状胶束。在一 般情况下，随着水中表面活性剂浓度的增高，球形胶束会首先形成，然后依次是 棒状胶束和层状胶束。 5.试以Maragoni效应解释泡沫的稳定机理。（7分）07-08A
答：当泡沫表面由于扩展而变薄，从而产生新的表面时(2分)，由于在新的 表面上溶质的吸附尚未达到平衡(2分)，使其表面张力增加，产生了表面张力梯 度(2分)，这种表面张力的梯度就会引起液体从低表面张力的周围向高表面张力 区域流动，直到此张力差消失为止(1分)。
7. 根据DLVO理论，试解释外加电解质对带电溶胶稳定性的影响。（7分） 答：根据DLVO理论，在胶团之间, 既存在着斥力势能, 又存在着吸力势能(1
3.试解释毛细凝结现象发生的原因。（6分） 2019-2019A 答：根据Kelvin公式(2分)，凹面上的蒸汽压比平面上小(2分)，所以在小于
饱和蒸汽压时，气体凹面上已达饱和而发生凝聚，这就是毛细凝聚现象(2分)， 即蒸汽变成液体在毛细管中凝聚，吸附量迅速增加。
4. 试解释过饱和蒸汽产生的原因。（6分） 答：过饱和蒸汽现象的产生是由于如果蒸汽凝结成为液滴，那么需要先形成
半径极小的小液滴(2分)，其液面为凸面，小液滴液面上的饱和蒸汽压远大于此时 液体的蒸汽压(2分)，因此新相难成而导致过饱和(2分)。
常见的亚稳状态有哪些？为什么会产生亚稳状态？（9分） 答：常见的亚稳状态有过热液体、过饱和蒸汽、过饱和溶液等（3分）。产
生亚稳状态的主要原因是新相种子难以生成（3分），由于新相的颗粒极小，因 此其比表面积和表面吉布斯函数都很大，因此新相难以生成（3分）。 (若分别列出每种亚稳状态产生的具体原因，则每个亚稳状态加2分)
现将一根毛细玻璃管插入水中，然后在管内液面处加热，则液面将如何变化， 为什么会产生这种现象？（8分）
答：根据Laplace公式，
（1分），将毛细玻璃管插入水中形成
凹液面，因此附加压力为负值（或者方向向上）（1分）。而表面张力随温度上
升而下降（2分），因此，在管内液面处加热会导致附加压力Ps降低（2分），
，并随着江河水一起流动。当江河水到达入海口时，海水中含有大量的电解质， 根据DLVO理论，在胶团之间, 既存在着斥力势能, 又存在着吸力势能，胶体系统 的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小。加入电解质后，对溶 胶体系内胶体粒的引力势能影响不大, 但会明显降低粒子间的斥力势能，从而降 低带电溶胶的稳定性，因此泥沙在入海口沉降，形成平原。
3.试解释过热液体产生的原因。（6分） 液体过热现象的产生是由于液体在沸点时无法形成气泡所造成的。根据开尔
文公式，小气泡形成时期气泡内饱和蒸气压远小于外压，但由于凹液面附加压力 的存在，小气泡要稳定存在需克服的压力又必须大于外压。因此，相平衡条件无 法满足，小气泡不能存在，这样便造成了液体在沸点时无法沸腾而液体的温度继 续升高的过热现象。
吸附量的顺序：甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸 原因：由于活性炭为非极性吸附剂，水为极性溶剂，因此非极性的吸附剂在 极性溶剂中总是容易吸附非极性组分。而羧酸的极性随着其碳链的延长而增加， 其中甲酸极性最高，丁酸极性最低，因此甲酸的吸附量最高，而丁酸的吸附量最 低。
4.什么是HLB值，HLB值对表面活性剂的应用有何影响。（6分）2019-2019A 答案：HLB值是表面活性剂的亲水亲油性平衡值（2分），其计算公式如下：
(不列出公式亦可)，其中，HLB越大，表面活性剂的亲水性能越强，适于在水体 系中使用(2分)。HLB值越小，表面活性剂的疏水性能越强，越适于在油体系中使 用(2分)。
2.试解释温度升高，气体在固面上的吸附量通常减少的原因。（6分） 07-08A 答：吸附是放热(1分)、自发的过程(1分)，且存在吸附平衡(1分)，所以温
度上升对吸附平衡不利，导致反应逆向进行，因此温度升高，气体在固体表面上 的吸附量通常要降低(3分)。
6. 活性碳从水溶液中吸附脂肪酸，吸附质分别为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸试判 断吸附量顺序和原因。（7分）
7. 试论述化学吸附与物理吸附的主要区别。（7分） 答：物理吸附的吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力产生的，一般比较 弱。其吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个kJ/mol以下。吸附无选择 性，任何固体可以吸附任何气体，吸附量会有所不同。而且吸附可以是单分子层 的，但也可以是多分子层的。化学吸附吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生 的化学键力，一般较强。其吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol以 上。吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发生反应的气体分子，如酸 位吸附碱性分子，反之亦然。而且吸附是单分子层的。
分)，胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小(2分)加 入电解质后，对溶胶体系内胶体粒的引力势能影响不大(2分), 但会明显降低粒 子间的斥力势能(2分)，从而降低带电溶胶的稳定性。
5.试解释江河入海口处，沉积平原形成的原因。（7分） 河是淡水，在流动过程中会携带泥沙中的部分物质形成较为稳定的胶体溶液