物理化学第10章(下)1共86页
《物理化学教案》word版

物理化学Ⅱ课程教案
课程名称物理化学Ⅱ英文名称Physical ChemistryEx课程编号20142学时数54学分数3
任课教师授课对象学年学期
周次
第1周,第2次课
备注
章节
名称
第二章热力学第一定律
2.3恒容热、恒压热,焓
2.4热容、恒容变温过程、恒压变温过程
授课
方式
理论课(√);实验课();实习()
韩德刚等物理化学高等教育
刘冠昆等物理化学中山大学
傅玉普等多媒体CAI物理化学大连理工大学
注:教案按课次填写,每次授课均应填写一份。重复班授课可不另填写教案。
东北农业大学
物理化学Ⅱ课程教案
课程名称物理化学Ⅱ英文名称Physical ChemistryEx课程编号20142学时数54学分数3
任课教师授课对象学年学期
讨பைடு நூலகம்
论
、
练
习
、
作
业
问:1.例举习题练习可逆过程的特点;与理想气体的热力学能和焓只是温度的函数,与压力和体积无关;
A一封闭体系,当始终态确定后若经历一个等温过程,则热力学能有定值。×
B.若一个过程中每一步都无限接近平衡态,则此过程一定是可逆过程。×
C.若一个过程是可逆过程,则该过程中的每一步都是可逆的。×
周次
第3周,第5次课
备注
章节
名称
第二章热力学第一定律
2.7相变化过程
2.9化学计量数、反应进度和标准摩尔反
应焓
授课
方式
理论课(√);实验课();实习()
教学
时数
2
教学目的与要求
理解相变焓的概念,掌握相变焓与温度的关系;理解反应进度的概念;掌握摩尔反应焓与标准摩尔反应焓的区别,并能够运用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓进行运算;
实验十-原电池电动势的测定

深圳大学实验报告课程名称:物理化学实验(2)实验项目名称:实验一原电池电动势的测定学院:化学与化工学院专业:指导教师:报告人:学号:班级:实验时间:实验报告提交时间:教务部制Ⅰ、目的要求1、测定Cu—Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电位。
2、了解可逆电池,可逆电极,盐桥等概念。
3、学会一些电极的制备和处理方法。
Ⅱ、仪器与试剂NDM-1 精密数字直流电压测定仪,标准电池(惠斯登电池) ,铜棒电极,锌棒电极,玻璃电极管2个,饱和甘汞电极,氯化亚汞,洗耳球,小烧杯,细砂纸ZnSO4(0.100moldm-3),CuSO4(0.100 moldm-3) ,KCl(0.100 moldm-3),饱和KCl溶液,稀硫酸、稀硝酸。
Ⅲ、实验原理凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。
可逆电池应满足如下条件:(1)电池反应可逆,亦即电池电极反应可逆;(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界;(3)电池必须在可逆的情况下工作,即充放电过程必须在平衡态下进行,即测量时通过电池的电流应为无限小。
因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件,在精确度不高的测量中,用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位;用电位差计测量电动势可满足通过电池电流为无限小的条件。
电位差计测定电动势的原理称为对消法,可使测定时流过电池的电流接近无限小,从而可以准确地测定电池的电动势。
可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。
设正极电势为 φ+,负极电势为 φ-,则电池电动势 E = φ+- φ- 。
电极电势的绝对值无法测定,手册上所列的电极电势均为相对电极电势,即以标准氢电极作为标准,规定其电极电势为零。
将标准氢电极与待测电极组成电池,所测电池电动势就是待测电极的电极电势。
由于氢电极使用不便,常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。
常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。
这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出,具体的电极电位可参考相关文献资料。
药物的新剂型口服缓控释制剂

二、设计缓控释制剂时应考虑的 问题
所谓治疗指数(TI)可以用可耐受的最高血 药浓度(C*max)和能产生合适治疗效果的 最低血药浓度(C*min)之间比值来表示。
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剂量间隔(τ)和治疗指数(TI)
之间的关系。
对于具有线性、单隔室模型特性的药物来 说 , Theeuwes 和 Bayne[2] 给 出 了 其 剂 量 间 隔 (τ)和治疗指数(TI)之间的关系。
④肠溶制剂(Enteric coated products):中国 药典2000年版将肠溶制剂定义为:“肠溶制剂 系指口服药物在规定的酸性介质中,不释放 或几乎不释放,而在缓冲液中大部分或全部 释放的制剂”。肠溶制剂是延迟释放 (Delayed-release)制剂的一种类型。
实际上,国内外一般文献中,此类词语没有 严格统一,往往还与其它一些词语相串用, 如extended release, timed-release, slow-release等 等
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(二)名词术语
①缓释制剂(Sustained-release dosage form):中国药典2000年版 二部将缓释制剂定义为:“缓释制剂系指口服药物在规定溶剂中, 按要求缓慢地非恒速释放,且每日用药次数与相应的普通制剂 (immediate release)比较至少减少一次或用药的间隔时间有所延长 的制剂”。
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②将药物颗粒均匀分散于生物可降解性或 非生物可降解性固体骨架中,通过药物扩 散或骨架溶蚀或二者共存来控制药物释放。
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③将药物均匀分散于水凝胶型骨架材料中, 这种材料遇水后形成自表面至中心(surface to center)的溶胀,药物自溶胀层中扩散释 放,达到控制释放速度的目的。
物理化学电子教案十章-PPT精品文档63页

积分法
微分法
半衰期法
孤立法
一级反应 对峙反应 平行反应 连续反应 链反应
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2019/11/21
第十章 化学动力学基础(一)
8.1 化学动力学的任务和目的 8.2 基本概念 8.3 具有简单级数的反应 8.4 温度对反应速率的影响 8.5 复合反应 8.6催化剂
生,热力学无法回答。
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2019/11/21
10.1 化学动力学的任务和目的
化学动力学的研究对象
化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及 温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应 速率的影响,把热力学的反应可能性变为现实性。
例如:
动力学认为:
1 2
N2
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2019/11/21
10.1 化学动力学的任务和目的
化学热力学的研究对象和局限性 化学动力学的研究对象 化学动力学发展简史
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2019/11/21
10.1 化学动力学的任务和目的
化学热力学的研究对象和局限性
研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及
10.2 化学反应速率表示法
化学反应速率 基元反应 反应级数 速率常数 反应分子数
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2019/11/21
化学反应速率
对某化学反应的计量方程为:
0 BB B
已知 d dnB B
转化速率的定义为:
J d 1 dnB dt B dt
k2[Cl][H2] k3[H][C2]l k4[Cl2][M]
对于热力学第二定律的理解

热力学第二定律之我见我一直有这样一个意识,解决问题是人类认识世界的根本动力。
即使是在没有问题亟需解决的的安定情况下输入知识,输出者也难以收到良好效果,因为一来输入者受没有足够的动力去接受,二来输入者可能没有足够的机会和智慧,前者对学习者对问题的解决产生直接的推动作用,后者则让人内化这些知识,即使是在以后遇不到用这些知识求解相应问题的情况下也能够利用其中的一些深刻思想,指导其认识和改造世界的行为。
热力学的产生过程就是一个过程,是人们一直求而不得退求其次,总结理论的过程。
继热力学第一定律说明了第一类永动机——即不需要外加能量源就可以向外不停地输出功并且这个过程可以一直持续下去的机器——是永远不可能被制造出来的以后,人们将注意力投入到了研发这样一类机器——投入一定的热但是在仅依赖于自身的情况下可以对外输出与之相等量的功,这称为第二类永动机——之中,而遗憾的是,这一次人类也没有如愿。
人类已然确信其不违背热力学第一定律,因为热力学第一定律重在阐述任一完整的过程前后发生转移和转化的总能量的量是守恒的,对于能量转化的方向没做要求与限制。
但是他们却一直失败,比如没能够让海水自行温度退降来提供大量的集中的热以进行利用。
过了很久他们根据大量实验总结了一条新的公理,这条公理的提出的初衷,就是用于阐述能量转化的方向性问题,如今其以热力学第二定律的名字而为人熟知。
这个定律有多种表述形式,最著名的两种由Clausius和Kelvin提出。
他们分别审查了Carnot的工作以后,认为其需要一个新的原理,于是提出了自己的热力学第二定律描述。
Kelvin表述:不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功而不引起其他变化。
Clausius表述:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
当然,这两种表述虽然难免在形式上有所不同,但更多更重要的点却是相同的:它们都用的是一个否定形式,这个在数学和物理的描述中是很少见的,尤其是大多数的初等的数学定理和物理结论都是以肯定的形式出现的,区别只是某些量是否具备唯一性而已;它们都用来描述能量转化的方向;它们都强调了“不引起其他变化”的前提条件;等等。
(推荐)《物理化学》PPT课件

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正偏差在 p-x图上有最高点
在p-x图上有最高点者, 在T-x图上就有最低点,这 最低点称为最低恒沸点 ( low-boiling azeotropic point)。此时的混合物称为 最低恒沸混合物 (minimum boiling azeotropic)。它是 混合物而不是化合物
属于此类的体系有:H 2 O -C 2 H 5 O H , C H 3 O H -C 6 H 6, C2H5OH -C6H6等。在标准压力下,H2O-C2H5OH 19 的最低恒沸点温度为351.28K,含乙醇95.57 。
负偏差在 p-x图上有最低点
在p-x图上有最低点, 在T-x图上就有最高点, 这最高点称为最高恒沸 点(high-boiling azeotropic point)。处 在最高恒沸点时的混合 物称为最高恒沸混合物 (maximum boiling azeotrope )。
属于此类的体系有:H 2O-HN 3,H 2 O O-H等C。l在标 准压力下,H2O-HC的l 最高恒沸点温度为381.65 K, 含HCl 20.24,分析上常用来作为标准溶液。 20
杠杆规则 Lever Rule
在p-x图的两相区,物系点O代表了体系总的 组成和温度。
通过O点作平行于横坐标 的等压线,与液相和气相线分 别交于M点和N点。MN线称 为等压连结线(tie line)。
22
由图可以看出
xA-x1=OM x2 – xA= ON
所以 N气·OM = n液·ON
P159 例题5
23
x
蒸馏与精馏
Distillation and Fractional Distillation 简单蒸馏 简单蒸馏只能把双 液系中的A和B粗略分 开。
1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解性能研究

1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解性能研究陈丽珍;张瑞芬;王建龙;曹端林【摘要】为研究1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解性能,采用DSC-TG联用仪测试了2.0 K/min,5.0 K/min,10.0 K/min,15.0 K/min的线性升温速率下1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解过程;用Ozawa法和Kissinger法计算了1-甲基-4,5-二硝基咪唑受热分解反应的动力学参数,进一步计算得到了80℃,100℃和120℃时的反应速率常数和热分解临界爆炸温度.结果表明:用Ozawa法和Kissinger法得到的1-甲基-4,5-二硝基咪唑的分解表观活化能分别为96.43 KJ/mol和92.80 kJ/mol,临界爆炸温度为505.85 K;1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热安定性优良.【期刊名称】《中北大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】4页(P50-53)【关键词】物理化学;1-甲基-4,5-二硝基咪唑;热分解性能【作者】陈丽珍;张瑞芬;王建龙;曹端林【作者单位】中北大学化工与环境学院,山西太原030051;晋西集团技术中心第二研究所,山西太谷030812;中北大学化工与环境学院,山西太原030051;中北大学化工与环境学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TJ55;TQ562咪唑硝基衍生物是近年来世界各国炸药工作者较为关注的一类低感高能炸药[1-6],在J.R.Cho等人[7]提出1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑后,各国研究者就争相对其合成工艺及性质进行了研究.本课题组在对该类化合物进行研究时发现,1-甲基-4,5-二硝基咪唑也是一种高能低感炸药,于是对其合成工艺及性质进行了全面的研究[8-9].含能材料的热分解性能对其运输、贮存和应用具有重要意义[10-12],因此本文采用TG-DSC 联用技术研究了1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解过程,获得了热分解反应的动力学参数.1 实验部分1.1 样品1-甲基-4,5-二硝基咪唑,为自制样品,纯度99% 以上.1.2 仪器及实验条件STA 449C 型热分析仪(德国NETZSCH 公司).动态气氛N2;升温速率(β)分别为:2.0K/min,5.0K/min,10.0K/min,15.0K/min;升温区间:室温~400 ℃;气体流速:50mL/min;样品质量:11.93~14.58mg.2 确定动力学参数的方法对于炸药的热分解,用非等温法进行动力学研究时,常用Ozawa法和Kissinger 法对试验数据进行分析处理[13-15].Ozawa法计算公式为Kissinger法计算公式为式中:β为升温速率,K/min;EO,EK为Ozawa法和Kissinger法所求得的表观活化能,J/mol;R为通用气体常数,J/molK;G(α)为动力学机理函数的积分形式;A为指前因子.某温度下的反应速率常数k与反应温度T之间的关系可用Arrhenius公式表示动力学参数计算:根据测试数据,得到不同升温速率(β)下的最大放热温度Tm,按Ozawa法和 Kissinger 法,分别以lg β~ 1/Tm和作图,再以最小二乘法得到相关拟合曲线,求出斜率和截距,从而得到表观活化能E,表观活化因子A及相关系数r.在此基础上,进一步计算某温度下的反应速率常数k.临界爆炸温度(Tbp)按照公式(4)计算.式中:R为气体常数,8.314J/mol K;EK为Kis-singer法计算的表观活化能,J /mol;TP0为升温速率β→0时的最大放热温度,K,由公式(5)从数据βi,Tmi计算得到.式中:Tmi为升温速率为βi时的最大放热温度,K;b,c为常数.3 结果与讨论3.1 实验结果样品在不同升温速率下的TG 和DSC 曲线见图1 和图2.图1 样品在不同升温速率下的TG 曲线Fig.1 TG curves of sample at different heating rates图2 样品在不同升温速率下的DSC曲线Fig.2 DSC curves of sample at different heating rates由图1可以看出,TG 曲线只有一个台阶,说明样品的分解为一个连续的过程.由图2 可以看出,在每一条DSC 曲线上都有一个吸热峰和一个放热峰,其中吸热峰在352.85~358.55K 之间,为1-甲基-4,5-二硝基咪唑熔融吸热峰;放热峰则在496.55~539.55K 之间,为1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解放热峰.吸热峰与放热峰相差140K 以上,表明该物质熔融后,在较大的温度范围内是稳定的.与TNT 的热分解性能相比,TNT 的熔点为80.2 ℃,1-甲基-4,5-二硝基咪唑的熔点为79 ℃;当升温速率为10K/min,TNT 在224.16 ℃时,分解速率达到最大[16],而1-甲基-4,5-二硝基咪唑在同等条件下257.6 ℃分解速率取得最大值.由此可见,1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热稳定性优于TNT,有望成为新一代熔铸炸药载体.3.2 动力学参数计算由实验得到不同升温速率下的热分解峰值温度及相关计算结果,如表1 所示.表1 1-甲基-4,5-二硝基咪唑热分解数据表Tab.1 Data of thermal decomposition of 1-methyl-4,5-dinitroimidazole根据不同升温速率(β)下的峰温,按Ozawa法以lgβ~1/Tm作图,再以最小二乘法得到相关拟合曲线,求出斜率,从而得到活化能EO值.按Kissinger法,则以作图,同样求出斜率和截距,从而得到活化能EK值和指前因子AK.再利用公式(3)求得某一温度下的反应速率常数k.计算结果如表2 所示.表2 1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解动力学参数Tab.2 Thermal decomposition kinetic parameters of 1-methyl-4,5-dinitroimidazole从表2 的分析结果可知,由Ozawa法和Kissinger法求得的E值基本一致,且相关性均较佳;由Kissinger法求得的指前因子A为9.05×106.在此基础上分别计算了80℃,100℃和120 ℃时的热分解反应速率常数,分别为1.70×10-7,9.24×10-7 和4.23×10-6,表明该化合物具有较好的热稳定性.3.3 临界爆炸温度的计算将不同升温速率下的最大放热温度分别代入公式(5),得到联立方程组,求解得到升温速率β→0 时的最大放热温度TP0为482.95K,再将其代入公式(4),求得临界爆炸温度Tbp=505.85K.4 结论1)TG 曲线表明1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解反应为连续过程;DSC 曲线表明1-甲基-4,5-二硝基咪唑的熔融温度与热分解温度的差值较TNT 的大,并且1-甲基-4,5-二硝基咪唑的熔融温度与TNT 相当,但其热分解温度高于TNT,从热分解性能看,1-甲基-4,5-二硝基咪唑完全有可能替代TNT,成为新一代熔铸炸药载体.2)在动力学实验数据的基础上,计算了1-甲基-4,5-二硝基咪唑的热分解反应活化能、指前因子及不同温度下的热分解反应速率常数,并进一步计算了热分解临界爆炸温度.计算结果表明1-甲基-4,5-二硝基咪唑是一种热稳定性良好的高能炸药. 参考文献:[1]BracutiA J.Molecular structure of a new potential propellant oxidize 4,5-dinitroimdazole[J].Journal of Chemical Crystallography,1996,28(5):367-371.[2]Suwinski J,Salwinska E.Nitroimidazoles,part IX some-reactions of 1,4-DNI[J].Pol.J.Chem.,1987,61(7-12):613-920.[3]Grimmett M R,Hua S T,Chang K C,et al.1,4-dinitroimidazole and derivatives.Structure and thermal rearrangement[J].Aust.J.Chem.,1989,42(8):1281-1289.[4]Damavarpu R,Jayasuriya K,Theodore V,et al.2,4-dinitroimidazole-A less sensitive explosive and propellant made by thermal rearrangement of molten 1,4-dinitroimidazole:US,5387297[P].1995. [5]曹端林,刘慧君,李永祥,等.1,4-二硝基咪唑的合成及其热分解[J].火炸药学报,2005,28(3):60-62.Cao Duanlin,Liu Huijun,LI Yongxiang,et al.Synthesis and thermal decomposition of 1,4-dinitromidazole[J].Chinese Journal of Explosives & Propellants,2005,28(3):60-62.(in Chinese)[6]杨威,姬月萍,汪伟,等.1-甲基-2,4-二硝基咪唑的合成及反应动力学[J].火炸药学报,2010,33(3):63-67.Yang Wei,Ji Yueping,Wang Wei,et al.Synthesis and kinetics of 1-methyl-2,4-dinitro-imidazole [J].Chinese Journal of Explosives &Propellants,2010,33(3):63-67.(in Chinese)[7]Cho J R,Cho S G,Kim K W J,et al.Acandidate of mew insensitive high explosive MTNI[C].Insensitive Munition & Engergetic Materials Technology Symposium,2000:393-400.[8]曹端林,王小军,杨彩云,等.1-甲基-4,5-二硝基咪唑的合成工艺[J].含能材料,2009,17(6):678-680.Cao Duanlin,Wang Xiaojun,Yang Caiyun,et al.Synthesis of 1-Methyl-4,5-dinitro-imidazole[J].Chinese Journal of Energetic Materials,2009,17(6):678-680.(in Chinese)[9]宋磊,王建龙,李永祥,等.1-甲基-4,5-二硝基咪唑的合成及表征[J].含能材料,2009,17(5):531-533.Song Lei,Wang Jianlong,Li Yongxiang,et al.Synthesis and characterization of 1-methyl-4,5-dinitroimidazole [J].Chinese Journal of Energetic Materials,2009,17(5):531-533.(in Chinese)[10]周建华,池钰,王新锋,等.超细六硝基芪的热分解性能[J].火炸药学报,2006,29(6):38-40.Zhou Jianhua,Chi Yu,Wang Xinfeng,etal.Thermal decomposition property of superfine hexanitrostilbene(HNS-Ⅳ)[J].Chinese Journal of Explosive &Propellant,2006,29(6):38-40.(in Chinese)[11]刘子如,刘艳,范夕萍,等.RDX 和HM X 的热分解I:热分析特征量[J].火炸药学报,2004,27(2):63-66.Liu Ziru,Liu Yan,Fan Xiping,etal.Thermal decomposition of RDX and HMX part I:characterist ic values of thermal analysis[J].Chinese Journal of Explosive &Propellant,2004,27(2):63-66.(in Chinese)[12]张力,陈朗,王晨,等.CL-20初始热分解反应机理的分子动力学计算[J].火炸药学报,2012,35(4):5-9.Zhang Li,Chen Lang,Wang Chen,et al.Mechanism of the initial thermal decomposition of CL-20via molecular dynamics simulation[J].Chinese Journal of Explosive &Propellant,2012,35(4):5-9.(in Chinese)[13]胡荣祖,高胜利,赵凤起,等.热分析动力学[M].第2版.北京:科学出版社,2008.[14]Ozawa T.A new method of analyzing thermog-ravinetric data [J].Chem.Soc.JPn,1965,38(1):1881-1886.[15]Kissinger H E.Reaction kinetics on differential thermal analysis [J].Anal.Chem.,1957,29(11):1702-1706.[16]王晓川,王蔺,徐雪霞,等.用TG-FTIR 研究TNT的热分解[J].含能材料,1998,6(4):169-172.Wang Xiaochuan,Wang Lin,Xu Xuexia,etal.Investigation on the thermal behavior of TNT by TGFTIR[J].Chinese Journal of Energetic Materials,1998,6(4):169-172.(in Chinese)。
萃取分离与逆流分配

体材料一般均需要粉碎至20目左右。 • 用新鲜溶剂室温反复浸泡3次,每次溶剂用量
为材料的5倍左右,每次12—24h或数天。
缺点:溶剂用量大,萃取效率低,浓缩工作量大, 如用水萃取还需防止发霉变质。 适用范围:富含淀粉、树胶、粘液质和果胶等成 分的材料以及不宜采用热提取法的物料。
(3)原理: (见下页图)
(4)用途:能解决一般方法所不能解决的困难问题。 如分离性质很近似的同系物or同分异构体。
25
逆流分配操作示意图
逆流分配各管中溶质的 分布曲线
26
例子:
设:含等量A、B两成分混合物中其分配系数在同 样的两个互不相溶的溶剂内分别为0.707及1.414。 所用二溶剂体积相等。在作了100次移置后,A及 B的理论分布如下图:
原溶液 体积V 质量Wo
用s(ml)萃取剂,n次萃取
剩余量 体积V 质量Wn
3
则:Wn
= Wo(
V )n
k·s+V
可以看1
∴ n 越大,Wn 越小。
结论:用X mL萃取剂来萃取,则应将其中分成几 份,多萃取几次,效果会比一次萃取好得多。 即遵循“少量多次”的原则。
例题:在100 mL水溶液中含有4克正丁酸,若用100 mL苯来 萃取正丁酸。已知15℃时正丁酸和水中的分配系数K=3。操 作如果在15℃进行。计算: ①100mL苯作1次萃取后,在水中的正丁酸的量及萃取效率? ②100mL苯作3次萃取后,在水中的正丁酸的量及萃取效率?
一般地:有机物在有机溶剂中的溶解度比在 水中的大,所以较易将它们从水溶液中萃 取出来。
2
(2)萃取效率: • 使用一定量的有机溶剂去萃取一定量的水
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弯曲液面附加压力Δp 与液面曲率半径之间关系的推导:
d G S d T V d p B () d n B () d A s G U B H A
A s T ,p ,n B ( ) A s S , V ,n B ( ) A s S ,p ,n B ( ) A s T , V ,n B ( )
自然界中物质的存在状态:
气—液界面
气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
界面现象
界面:所有两相的接触面 若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。
1
强调:界面不是接触两相间的几何平面!界面 有一定的厚度,所以又称界面为界面相。
界面的结构和性质与相邻两侧的体相都不相同。
A
界
相
面
相
B 相
特征:几个分子厚 、结构与性质与两 侧体相均不同
(Fe , s ) >(NaCl , s ) > (H2O , l ) >(C6H14 , l )
(2) 与接触相的性质有关。
(3) 温度的影响:温度升高,界面张力下降。
极限情况:T→Tc时, →0。
气相中分子密度↑ T ↑ 液相中分子距离↑
↓ (有例外)
01T /T cn 其中:0与n为经验常数。
思考
直径为 1cm的
直 径 10nm 的 球
球型小水滴
分成 1018个 形小液滴
表面积: 3.1416cm2
表 面 积 相 总表面积 314.16m2 差 106倍
界面效应不容忽视!
一些多孔物质如:硅胶、活性炭等,也具有很大的比表面积。
概念
把物质分散成细小微粒的程度,称为分散度。
通常采用质量比表面积或体积比表面积来表示分散度的
人们把粒径在1~1000nm的粒子组成的分散 系统称为胶体(见第十二章),由于其具有极高的 分散度和很大的比表面积,会产生特有的界面现 象,所以经常把胶体与界面现象一起来研究,称 为胶体表面化学。
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我们身边的胶体界面现象
曙
碧
光
海
晚
蓝
霞
天
雨
露
滴
珠
在界面现象这一章中,将应用物理化学的基本原理,对 界面的特殊性质及现象进行讨论和分析。
pg pl
一般情况下,液体表面是水平的,水 平液面下液体所受压力即为外界压力。
弯曲液面的附加压 力
图中为球形液滴的某一球缺,凸液面
上方为气相,压力pg ;下方为液相,压力 pl ,底面与球形液滴相交处为一圆周。圆周
外液体对球缺表面张力 作用在圆周线上,
垂直于圆周线,而且与液滴表面相切。圆 周线上表面张力合力对凸液面下液体造成 额外压力。将凹液面一侧压力以p内表示, 凸液面一侧压力用p外表示,附加压力
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(4)压力的影响。
a.表面分子受力不对称的程度 ↓
P↑
b.气体分子可被表面吸附,改变, ↓
↓
c.气体分子溶于液相
一般:p↑10atm, ↓1mN/m,例:
1atm 10atm
H2O = 72.8 mN/m H2O = 71.8 mN/m
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§10.2 弯曲液面的附加压力及其后果
1. 弯曲液面的附加压力——Laplace方程
Δp = p内-p外
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球形液滴(凸液面),附加压力为: p p 内 p 外 p l p g
液体中的气泡(凹液面),附加压力: p p 内 p 外 p g p l
p总是一个正值,方向指向凹面曲率半径中心。
需要说明的一点是,如果在液体表面上任意划一条分 界线把液面分成a、b两部分,则 a 部分表面层中的分子对 b 部分的吸引力,一定等于 b 部分对 a 部分的吸引力,这 两部分的吸引力大小相等、方向相反。这种表面层中任意 两部分间的相互吸引力,造成了液体表面收缩的趋势。由 于表面张力的存在,液体表面总是趋于尽可能缩小,微小 液滴往往呈圆球形,正是因为相同体积下球形面积最小。
恒T、p、 、恒组分 下积分,有: Gs As
全微分得: d G T s,pd A s A sd
可知自发降低表面自由焓有两种途径
——降低表面积 降低表面张力
dT ,pGs < 0
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3. 表面张力及其影响因素:
(1)与物质的本性有关——分子间相互作用力越大, 越大。例:气-液界面: (金属键) > (离子键) > (极 性键) > (非极性键)
:引起表面收缩的单位长度上的力,单位:N·m-1。 8
表面张力的方向
L
L
对于平液面,表面张力的方向总是与外力 相反,与液面平行且垂直作用于分界线上。
对于弯曲液面,表面张力的方 向与曲面相切,与分界边缘垂直 。
(2)表面功
当用外力F 使皂膜 面积增大dA时,需克 服表面张力作可逆表 面功。
W F d x2 ld xd A
函数。 单位:J·m-2。
三者物理意义不同,但量值和量纲等同, 单位均可化为: N·m-1
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2. 热力学公式 对一般多组分体系: G f(T ,p,n B ,n C )
当系统作表面功时,G 还是面积A的函数,若系统 内只有一个相界面,且两相T、p相同 ,
Q G f(T ,p ,A s,n B ,n CL )
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§10.1 界面张力 1. 液体的表面张力,表面功及表面吉布斯函数
的由来:
表面分子受力不对称
所以液体表面有自动收缩的倾向,扩展表面要 作功。
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(1) 液体的表面张力 实验:
l
若使膜维持不变,需在金属丝上加一力F,其大小与
金属丝长度 l 成正比,比例系数 。因膜有两个表面,
故有:
F 2l 即: F/ 2l
即:
W r
dA s
:使系统增加单位表面所需的可逆功 ,称为表面功。
单位:J·m-2。(IUPAC以此来定义表面张力)
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(3)表面吉布斯函数: 恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变
W r d G T,pd A s
即:
G
As
T,p,N
:恒温恒压下,增加单位表面时系统所增加的Gibbs
大小。
def am
As m
aV
def
As V
As、V、m-分别为物质的总表面积、体积和质量。
应用:人的大脑比猿脑总表面积大10倍(爱因斯坦);植 物的叶绿素;催化剂的活性:表面积有关;隐形飞机的 表面涂层:纳米级超细颗粒的活性氧化锌;纳米材料; 薄膜制备:
小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积, 因此由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。