胶体与界面化学课件 lesson 4
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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。
[理学]天津大学胶体与表面化学课件TEM-surf Chem
![[理学]天津大学胶体与表面化学课件TEM-surf Chem](https://img.taocdn.com/s3/m/876c0e6a26fff705cd170a0c.png)
Electrons, which come from the
condenser system of the TEM, are
scattered by the sample, situated in
the object plane of the objective
lens. Electrons scattered in the
Phonons: Phonons are lattice vibrations, which are equal to heating the specimen. This effect may lead to a damage of the sample.
Plasmons: Plasmons are longitudinal oscillations of free electrons, which decay either in photons or phonons.
2. Inelastic Interactions Energy is transferred from the incident electrons to the sample:
(EDX analysis )
14.11.2020
h
2
1. Elastic Interactions
An electron penetrating into the electron cloud of an atom is attracted by the positive potential of the nucleus (Coulombic interaction), and its path is deflected towards the core as a result. The Coulombic force F is defined as:
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
天津大学胶体与表面化学课件第四章界面现象和吸附
（Antonoff 规则 34.4 ）
1，2分别为两个相互饱和的液体的表面张力。
（例：苯层28.8, 水层63.2) 。不是液体(苯28.4)与含有本 身蒸气的空气相接触时测量值。
17.12.2020
8
（2）温度：
T升高， 下降。
温度系数
经验公式： T0[1k(TT0)]
当 T T0时，T 0 （表面张力为零）
17.12.2020
4
注：表面张力:
F/2l
单位面积表面功:
wr
dA s
单位面积表面Gibbs函数:
(
G As
)T .P
三者虽为不同的物理量，但三者单位均可
化为 N.m-1 。
因为: N.m-1 = N.m/m2 = J/m2
17.12.2020
5
二、热力学公式：（先考虑系统内只有一个相界面）
d G S d VT d Bp B ( )dB ( )n dA d T u d Ps d B V B ( )dB ( )n dA
式中： ( G ) ( u)
....
ATP nB ()
ASV nB ()
表明界面张力在T、P和各相中各物质的量不变时， 增加单位界面积时所增加的Gibbs函数。
G V ~ p V ~ （ p r ' p ） V ~2rl gM 2 r
Pr’ 和 P分别为小液滴凹面的压力和外压。
此处因为： G
r
0
17.12.2020
小液滴
平面液体
17
根据气液平衡： 液 气
r0 R lp n T r;0 R lp n T 0
小液滴化学势
大块水化学势
Pr 和 Po 分别为小液滴和平面液体的饱和蒸汽压
表面化学和胶体化学
表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。
工科大学化学
4.内聚功 (work of
液
液
cohesion)
在等温、等压条件下，
分开单位面积液柱所做的可
gl
逆功称为内聚功，是液体本
身结合结实程度的一种量度，
以 Wc 表示： Wc = 2σl/g
化合物种类
X
a×1020/m2
酯肪酸
-COOH
20.5
二元酯类 酰胺类
甲基酮类 甘油三酸酯类 饱和酸的酯类
-COOC2H5 -CONH2 -COCH3 -COOCH2 -COOR
20.5 20.5 20.5
20.5 22.0
醇类
-CH2OH
21.6
工科大学化学
5.外表惰性物质与外表活性物质 ▲ 外表惰性物质：
2. 外表张力等温线(三种类型) ◆ A线：c↑ ,σ↑ ，负吸附 例：不挥发酸(碱)，或含
B C
工科大学化学
◆ B线： c↑，σ↓，正吸附
例：大局部低脂肪酸、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
外表化学和胶体化学
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工科大学化学
炭对苯的吸附等温线
工科大学化学
4.内聚功 (work of
液
液
cohesion)
在等温、等压条件下，
分开单位面积液柱所做的可
gl
逆功称为内聚功，是液体本
身结合结实程度的一种量度，
以 Wc 表示： Wc = 2σl/g
化合物种类
X
a×1020/m2
酯肪酸
-COOH
20.5
二元酯类 酰胺类
甲基酮类 甘油三酸酯类 饱和酸的酯类
-COOC2H5 -CONH2 -COCH3 -COOCH2 -COOR
20.5 20.5 20.5
20.5 22.0
醇类
-CH2OH
21.6
工科大学化学
5.外表惰性物质与外表活性物质 ▲ 外表惰性物质：
2. 外表张力等温线(三种类型) ◆ A线：c↑ ,σ↑ ，负吸附 例：不挥发酸(碱)，或含
B C
工科大学化学
◆ B线： c↑，σ↓，正吸附
例：大局部低脂肪酸、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
外表化学和胶体化学
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工科大学化学
炭对苯的吸附等温线
天津大学胶体与表面化学课件第四章界面现象和吸附
所以也称为增加单位表面积时增加的Gibbs函数， 单位 J.m-2。
2013-8-18 4
注：表面张力:
F / 2l
单位面积表面功:
wr
dAs G ( )T . P As
单位面积表面Gibbs函数:
三者虽为不同的物理量，但三者单位均可 化为 N.m-1 。
因为: N.m-1 = N.m/m2 = J/m2
2 cos 2 0 h g r g r
0
2013-8-18
12
3、测定液体表面张力的方法：
（1）毛细管上升法 ( capillary rise )
液体沿毛细管上升的力与液体的重力平衡。
2r cos r gh
2
所以：
ghr 2 cos
定义铺展系数为： S
2013-8-18
Gs s l ls
25
第四节 固体表面的吸附作用
Adsorption on the surface of solid
一、物理吸附和化学吸附
按吸附质与吸附剂间作用力本质的不同， 可将吸附分 为物理吸附与化学吸附。物理吸附时，两者分子间以范德 华引力相互作用；在化学吸附中，两者分子间发生部分或 全部的电子转移，是以化学键相结合。
（1）沾湿（ adhensional wetting ）
（2）浸湿（immersional wetting）
（3）铺展 （spreading
2013-8-18
wetting）
22
沾湿：气-固，气-液界面消失，形成液-固界面的过程。
气 液 固
液
固
对单位面积沾湿过程：
G ls l s l (1 cos )
界面与胶体化学基础4
的润湿程度随液体表面张力的降低而提高（γ↓ ，
θ↑ ，COSθ ↑，S=γgl(COSθ-1)若以COSθ对γgl
作图，
精品课件
固体的润湿性质
可得一很好的直线，将直线外推至COSθ=1处（θ=0），
相应的表面张力将为此固体的润湿临界表面张力，称为
γc、γc表示液体同系列表面张力小于此值的液体方可在
①润湿剂在固体表面上吸附时，不应形成憎水基朝外的吸附 层
②由于固体表面通常是带负电的，阳离子型活性剂常形成憎 水基朝外的吸附层，因此，不精品宜课件采用。
表面活性剂对润湿性的影响
2、固体表面活性剂 表面活性剂也可通过物理吸附或化学吸附以改变固体表面 的
组成和结构，使高能表面变为低能表面，而降低润湿性。 产生物理吸附的表面活性剂有：重金属皂类、长链脂肪
滴并沿管壁流下，而不会铺展成水膜，这样，在提高热交换
率的同时又延长管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上
问题。
精品课件
润湿作用的其他应用举例
3、阳极效应 阳极效应是指在电解熔融盐的过程中，槽压突然急剧升高，
而电流强度则急剧下降，阳极周围出现细微火花放电光圈， 阳极停止析出气泡，这时，电解质和阳极间好像被一层气体 膜隔开似的。
精品课件
1.固液吸附的本质和特点
1）本质 是由于固体表面分子对液体分子的作用力大于液体 分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用 下，向固体表面富集，同时降低表面张力。 2）特点
上的接 触角，r 将 上c式o与s 无粗化的润湿方程相比可得
当θ＜90°表面粗化将使θ′＜θ，当θ＞90°，
表面粗化将使θ′＞θ（接触角变大，润湿性变
差）。
精品课件
3、固体的润湿性质
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－ Traube rule (特劳贝规则) ：
（1） o ac
（2）
n 1 3.2 n
1.4.3 Adsorption
superheated liquid:
pex pl pin
p
pin pex pl Δp
3. Supersaturated solution (过饱和溶液)
• Under some circumstances it is possible to prepare a solution which behaves anomalously and contains more solute than a saturated solution. Such a solution is said to be supersaturated.
✓ When the force of Adhesion is greater than the cohesion, the liquid is said to wet the capillary wall, spreading over it, and rising in the tube.
2、Maximum bubble pressure method
Ⅰ：无机酸、碱、盐—— 溶液的表面张力升高 Ⅱ：醇、酮、醛、酸、酯 ——表面张力降低 Ⅲ：肥皂、洗涤剂类物质 ——显著降低水的表面张 力，达一定浓度后不再改 变
o ac
溶液表面张力与 溶质浓度的关系
1.4.2 Surface tension & concentration
• 有机物质水溶液的表面张力呈现一定的规 律性。属于同系的有机物 R(CH2)nX〔例如 脂肪醇 R(CH2)nOH〕，每增加一个-CH2 基 使其在稀溶液中降低同样表面张力所需浓
1.3 Measurement of surface tension
(表面张力的测量)
1、Capillary rise method
❖When a capillary tube is placed in a liquid, it rises up the tube a certain distance. By measuring this rise, it is possible to determine the surface tension of the liquid. It is not possible, to obtain interfacial tensions using the capillary rise method. ❖ Cohesive force is the force existing between like molecules in the surface of a liquid ❖Adhesive force is the force existing between unlike molecules, such as that between a liquid and the wall of a glass capillary tube
度约减小了 3 倍，即 (dγ/dc)c→o 值增加了 3 倍。这一近似规律常称为“特劳贝（Traube） 规则”。293K 时一些脂肪醇水溶液的表面 张力随浓度变化关系如图所示。
Surface tension of aqueous solutions of alcohols at 293K
γ与c关系的两个经验规则
1.4.1 Surface tension of solution
溶液至少由两种分子组成。由于溶质分子与 溶剂分子之间的作用力与纯液体不同，因此，溶 液的表面张力除与温度、压力、溶剂的性质有关 外，还与溶质的性质和浓度有关。实验表明，水 溶液表面张力随浓度变化规律大致有三种类型。
图中 γ0为纯水在测定温度下的表面张力。
(最大气泡压力法)
气泡形成过程示意图
装置图：1-减压装置；2-样品管； 3.毛细管；4-恒温加套；5-压力计； 6、7、8-活塞
测定原理
最大附加压力
ps,m
2
r
ghm
整理可得
1 2
r
g
hm
K hm
式中 K 1 r g 称为仪器常数
2
若以水为标准，则
K 水
h m
,水
待测液体的表面张力为
1.4 Surface tension of solution and adsorption (溶液的表面张力与表面吸附)
2. Superheated liquid (过热液体)
sure increases until the vapor pressure equals the pressure of the gas above it.
• A liquid boils at a temperature at which its vapor pressure is equal to the pressure of the gas above it.
RT ln cr 2 slM
c0
r
Supersaturated solution and ageing of crystal
• 在结晶过程中，如果溶液的过饱和程度太 大，会生成大量过于细小的晶体颗粒，给 过滤和洗涤带来困难，并影响产品质量。 在实际操作中，常常向饱和溶液中投入小 晶体作为新相的种子，防止溶液的过饱和 程度过高，并获得较大颗粒的晶体。
➢ Bubbles of vaporized liquid (i.e., gas) form within the bulk liquid and then rise to the surface where they burst and release the gas. (At the boiling temperature the vapor inside a bubble has enough pressure to keep the bubble from collapsing.)