界面化学重点知识
《界面化学基础》考点、重点整理

《界面化学基础》考点、重点整理
第一章液体表面
整理:苏安◆1.1【表面张力】:垂直通过液体表面上任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力。
【表面自由能】(比表面自由能):恒温恒压下增加单位表面积时体系自由能的增量。
◆1.2γ=γ0(1-bT)表面张力随温度上升而线性降低。
◆1.3~1.7略
◆1.8【曲率】等于与该点相切之圆的半径R的倒数。
凸液面曲率为正值,凹液面曲率为负值,平液面曲率为零。
Laplace公式:ΔP=γ(1/R1+1/R2)
此式说明由于存在表面张力,弯曲液面对内施以附加压力,其值取决于液体的表面张力和液面的曲率。
◆1.9【毛细现象】:是指在毛细力作用下,流体发生宏观流动的现象。
θ为润湿角,θ>900不润湿,θ<900润湿,θ=1800不完全润湿,θ=00完全润湿。
◆1.10Kelvin公式:RT㏑﹙p r/p0﹚=2γM/rρ
p r—小滴的平衡蒸气压
p0—平液面的平衡蒸气压
此式表明液滴越小蒸汽压力越大。
【毛细凝结】:在体系蒸汽压低于正常饱和蒸汽压时即可在毛细管中发生凝结。
◆1.11略
◆1.12毛细升高法、吊片法。
胶体界面化学知识点总结

胶体界面化学知识点总结胶体界面化学是研究在胶体系统中发生的化学现象和过程的科学,它涉及到界面的性质、结构和变化等方面。
胶体界面化学的研究对理解胶体系统的基本特性和应用具有重要的意义。
下面将对胶体界面化学的相关知识点进行总结。
一、胶体概念胶体是由两种或两种以上的相组成的复合系统,其中一个相是固体,另一个或另一些是液相或气相。
这些相都是微观分散的,且不易被重力沉淀的稳定性。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的分散系统,在胶体中,含有微粒的相称为分散相,微粒与溶剂形成的相称为连续相。
胶体颗粒的尺寸一般在1-1000nm之间。
根据分散相的性质不同,胶体又可以分为溶胶、凝胶和乳胶等。
二、胶体稳定性胶体的稳定性是指其分散相维持分散状态的能力。
胶体稳定性与表面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、电荷作用、范德华力等因素有关。
当表面活性剂存在时,会在分散相的表面形成一层物理吸附膜来减少表面能,改变表面性质,从而稳定胶体。
电解质的存在可以中和分散相表面的电荷,减少静电斥力,使胶体不稳定。
电荷作用和范德华力也会影响胶体的稳定性。
了解这些因素对胶体稳定性的影响对于胶体的应用和制备具有重要的意义。
三、界面活性剂界面活性剂是一类具有分子结构中同时含有亲水性和疏水性基团的化合物,它们在液体界面上降低表面张力,促进液体的分散和乳化,并有较强的渗透性和复合物形成性。
界面活性剂的主要作用包括降低表面张力、增加分散性、稳定胶体、乳化和分散。
根据亲水性基团的不同,界面活性剂可以分为阴离子、阳离子、非离子和两性离子界面活性剂。
界面活性剂的选择和使用对于控制胶体的稳定性和调控乳液、泡沫等具有重要的作用。
四、胶体的表面性质胶体的表面性质是指胶体颗粒的表面具有的润湿性、黏附性、表面能等物理化学性质。
胶体颗粒的表面性质与界面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、溶剂的性质等有关。
表面性质的研究对于控制胶体的稳定性、界面活性剂的选择和应用有着重要的意义。
物理化学界面现象知识点

物理化学界面现象知识点物理化学是一门研究物质与能量转化关系的学科,其中关于界面现象的研究成为其重要组成部分。
界面现象指的是两种或两种以上物质的交界处,这些物质可以是固体、液体或气体。
本文将介绍物理化学界面现象的几个重要知识点。
一、表面张力表面张力是指液体分子表面上分子间相互吸引的力所产生的效应。
液体分子在表面形成一个较为稳定的薄层,使得液体表面呈现收缩的趋势。
表面张力的大小与液体的性质有关,与温度、溶质浓度等因素也有关系。
表面张力有许多重要应用,如测定液体的粘度、浮力现象和昆虫在水面行走等。
二、润湿性润湿性是指液体在与固体接触时的扩展性和均匀性。
润湿性好的液体可以在固体表面均匀地展开,与固体取得较大的接触面积。
润湿性的研究对于表面活性剂、涂层材料等的开发具有重要意义。
润湿性与液体与固体之间的相互作用力有关,主要分为两种类型:强烈吸附型润湿和胶状薄膜型润湿。
三、界面电荷界面电荷是指存在于两相接触处的电荷分布。
在液体与固体、液体与气体的接触处,由于电离、化学吸附等作用,使得界面处出现电荷分布不均匀的现象。
界面电荷的存在对于溶液的稳定性、沉降速度以及电化学反应的进行产生重要影响。
四、界面传质界面传质是指物质在两相接触处的传输过程。
传质可以是从一个相向另一个相的扩散,也可以是通过界面传递。
界面传质是许多重要现象的基础,如大气污染、化工过程中的传质现象等。
界面传质与各相之间的浓度差、物质的扩散系数等因素相关。
五、胶束和微乳液胶束和微乳液是由表面活性剂分子在溶液中自组装形成的具有特殊性质的结构。
胶束是由表面活性剂分子聚集形成的球状结构,具有封闭的疏水核心和亲水外壳。
微乳液是由表面活性剂分子聚集形成的亲水和疏水两相共存的稳定结构。
胶束和微乳液的形成与溶液中表面活性剂浓度、温度等因素密切相关,对于药剂的输送、催化剂的设计等方面具有重要意义。
综上所述,物理化学界面现象是物质与能量转化过程中的重要组成部分。
表面张力、润湿性、界面电荷、界面传质以及胶束和微乳液等知识点对于理解和应用界面现象有着重要作用。
界面化学知识总结

2.9.4 表面活性剂对润湿性的影响 • 润湿剂:提高液体的润湿能力的表面活性剂。 • 固体表面改性剂:通过吸附改变固体表面性质的表面活性剂。 • 原理:高能变低能表面、疏水变亲水。
2.9.5 固体润湿性质的应用 防水、矿物浮选等。
4
– 毛细管上升问题:γ = ∆ρghr液面/2 = ∆ρghr管壁/(2 cos θ),其中 θ(为接触角)。
–
液体的过热(结合
Clausius–Claperon
方程): 1 T0
−
1 T
=
R ∆gl Hm
ln
1
+
2γ p0 |r|
,其中 Kelvin 效应
造成的气泡内蒸气压下降
∆p′
=
2γ |r|
公式计算液液界面的吸附。
5 溶液表面
5.1 水溶液表面张力曲线的主要类型
1. dγ/dc 为小而基本固定的正值。 • 溶质包括多数无机盐和多羟基有机物。 • 溶质为盐时对表面张力的贡献可看作阴阳离子贡献的加和,一价离子的贡献为(Hofmeister 序 列,和水吸引力大者贡献大)Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+,F− > Cl− > Br− > I−。
需环被完全润湿
易恒温简单易行,不受接 触角影响
简单
需注意陈化效应
温度不易控制,校正繁复, 结果不太满意
吊片法 最大泡压法
需吊片完全润湿,可测老 化时间长的动表面张力 (刮去旧表面后)
测的是动表面张力
界面化学的原理和应用

界面化学的原理和应用界面化学是一门研究物质在界面上相互作用的学科,广泛应用于化学、物理、生物等领域。
本文将介绍界面化学的基本原理以及其在不同领域的应用。
一、界面化学的基本原理界面化学研究的核心是物质在不同相之间的相互作用。
这些相可以是气-液界面、液-液界面、液-固界面等。
在任意相之间的界面,存在着分子间的相互作用力。
这些相互作用力包括静电作用、范德华力、电子云偶极互作用力等。
界面化学的基本原理可以概括为以下几个方面:1. 表面张力:液体的表面上的分子受到内部分子的吸引作用而产生收缩趋势,形成表面张力。
表面张力决定了液体在界面上的稳定性和流动性。
2. 吸附现象:当固体与气体或液体接触时,固体表面上的分子与气体或液体中的分子发生相互作用。
吸附分为吸附与脱附两个过程,吸附可以是化学吸附或物理吸附。
3. 分散体系:当液体中包含有微小的颗粒时,这些颗粒会受到吸附、凝聚、电荷等因素的影响,形成分散体系。
分散体系的稳定性与其中的分散剂的作用密切相关。
4. 表面活性剂:表面活性剂是一类能聚集在界面上,同时能降低表面张力的物质。
表面活性剂在很多实际应用中起到了极为重要的作用,如乳化、泡沫稳定等。
二、界面化学的应用1. 表面改性:通过在固体表面引入特定的化学官能团或者表面活性剂,可以改变其表面性质,如增强润湿性、降低摩擦系数等。
这对于某些技术领域,如涂料、润滑剂等的研发具有重要意义。
2. 电化学:电化学是研究电子、离子或原子在界面上的转移和化学反应的学科。
界面化学在电化学领域的应用广泛,包括电池、电解池、电镀等。
通过控制界面上的电荷转移过程,可以实现电化学反应的调控。
3. 生物界面化学:生物体内许多重要的生物过程发生在界面上,如细胞膜的功能、蛋白质的折叠等。
界面化学的原理被广泛应用于生物领域,用于研究生物界面的性质和功能。
4. 界面分析:界面化学的研究方法之一是通过界面分析手段来了解界面的结构和性质。
常用的界面分析技术包括表面张力测量、扩散反射红外光谱、表面等离子共振等。
化学工程中界面化学的基本原理与应用

化学工程中界面化学的基本原理与应用界面化学作为化学工程学的一个分支,研究的是液体与固体、气体与液体、液体与液体等不同相之间交界面上发生的化学反应和各种物理现象。
界面化学在化工、制药、材料等行业有着广泛的应用。
一、界面化学基本原理1. 表面张力表面张力是液体表面分子所受到的内聚力导致的,是液体分子间的相互作用力。
在同一温度下,表面张力与液体的种类、成分有关,也与温度变化有关。
表面张力的大小,不仅与液体分子间相互作用力强度有关,还与液体分子的分子结构和分子间作用力的性质有关。
在化学工程中,表面张力对液体的传递、分离、吸附等过程有着重要的影响。
2. 润湿性表面张力不仅与液体分子结合力有关,还与液体与固体表面之间的作用力有关,这便涉及到了润湿性的问题。
液体在与固体交界面上,对于不同的固体表面,液体表现出不同的润湿性。
液体在固体表面上的润湿性受到界面能的影响。
液态分子与固态分子之间的界面能决定了液态分子在固体表面上的展开程度,从而影响液态分子在固体表面上的润湿性。
因此,对于不同液体和不同固体表面,界面能值的大小会影响区分润湿性的能力。
3. 分子扩散对于不同相之间的分子扩散,界面化学也有一系列的规律和实验定律。
在化学工程中,分子扩散的实验和模拟对于理解反应机制和优化反应工艺有着重要的影响。
分子扩散的速率受到许多因素的影响,包括温度、压力、分子分散的原理和空间区域等。
分子扩散速率的改变,可以通过改变环境变量来实现,在化学反应的调控过程中也有着广泛的应用。
二、界面化学在化学工程中的应用在化学工程中,界面化学有着广泛的应用,包括但不限于以下几个方面:1. 界面活性剂的应用界面活性剂是一类可以改变液体界面表面性质的化学物质。
在化学工程中,这种物质的应用得到了广泛的推广,如吸附剂、乳化剂、分散剂、增溶剂等。
界面活性剂的最大特点是分子含有亲-疏水性,可以使其在液体表面上形成稳定的分子层,从而改变固液、气液之间的相互作用,形成不同的物理和化学行为。
界面物理化学复习知识点

界面物理化学复习知识点绪论1、界面定义界面:物体与物体之间的接触面,也称两种物质之间的接触面、连接层和分界层。
复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。
界面通常包含以下几个部分:基体和增强物的部分原始接触面;基体与增强物相互作用生成的反应产物,此产物与基体及增强物的接触面;2、复合材料定义:用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元),通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
外加颗粒增强和内生颗粒增强复合材料的比较3、界面连接情况根据界面的连接紧密程度,界面连接有两种情况:物质之间无相互渗透和物质之间有相互渗透4、界面所起的作用界面的效应(1)传递效应界面能传递力,即将外力传递给增强物,起到基体和增强物之间的桥梁作用。
(2)阻断效应结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
(3)不连续效应在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象,如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
(4)散射和吸收效应光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收,如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等。
(5)诱导效应一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变,由此产生一些现象,如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等界面效应是任何一种单一材料所没有的特性,它对复合材料具有重要的作用。
界面效应既与界面结合状态、形态和物理-化学性质有关,也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。
5、物质固液气态,表现出的界面种类,举例说明气—液界面:蒸发、蒸馏、表面张力、泡沫。
蒸发——部分液相分子在一定温度下转换为气相分子;蒸馏——液体分子蒸发后,部分气相分子凝结为液相分子。
液—液界面:乳液、界面张力。
乳液——两不互溶液体相互接触时,一相的微滴分散在另一项的液体内,微滴对光线发生漫射反射;界面张力——互不相溶的两相液体接触界面上所特有的一种力。
界面化学名词解释+填空(复习必备)

名词解释表面张力:垂直通过液体表面上任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力。
表面自由能:系统增加单位面积时所需做的可逆功。
表面功:温度、压力和组成恒定时,可逆使表面积增加d A所需要对体系作的功。
毛细现象:是指在毛细力作用下,流体发生宏观流动的现象。
毛细现象的实质是液面曲率差导致内部压力差,按照流体力学的规律发生从压力高出向压力低处的流动。
(毛细管插入液体内,则管内外液面会产生高度差的现象。
若液体能润湿管壁,则管内液面升高;若液体对管壁湿不良,则管内液面会低于管外液面。
)饱和吸附量:溶液浓度很大时,吸附量不再随浓度增加而增加,趋向一个极限值,称为饱和吸附量。
表面活性剂:加入少量溶质就能显著降低液体表面张力的物质。
Krafft点:离子型表面活性剂水溶液的溶解度陡然上升时的温度。
浊点:非离子型表面活性剂水溶液对的溶解度往往随温度上升而降低。
当温度升至一定值时,溶液呈现浑浊,经分离可成两相。
此温度称为该表面活性剂的浊点。
临界胶团浓度:表面活性剂溶液开始大量形成胶团的浓度。
反胶团:反胶团指在非水溶液中两亲分子形成的以亲油基为外层,亲水基为内核的聚集体。
加溶作用:通过加入表面活性剂,使不溶和微溶于水的有机物在水中“溶解度”大大增加的作用。
铺展系数S:铺展过程的自由能降低值。
超低界面张力:数值在10-3mN/m以下的界面张力。
界面压:纯粹液液界面与有溶质吸附时界面两者界面张力之差称为界面压。
本征曲率:根据亲水基横截面积与疏水基横截面积的相对大小,液液界面吸附层将具有不同的曲率,我们称之为该界面吸附层的本征曲率。
微乳液:互不相溶的液体中加入表面活性剂,形成由表面活性剂为界面膜、含有一种或两种液体的液滴。
该体系为热力学稳定、各向同性、透明或半透明的分散体系。
润湿:固体表面上的气体( 或液体) 被液体( 或另一种液体) 取代的现象。
接触角滞后:真实固体表面与理想光滑表面不同,在一定程度上存在粗糙不平或者化学组成不均一的现象,使得实际物体表面上的接触角并非如Young 方程所预示的取值唯一,而是在相对稳定的两个角度之间变化,这种现象称为接触角滞后现象。
界面化学

Ⅰ
水中加无机酸、碱、盐等。
{σ} Ⅱ
水中加有机酸、醇、酯、醚、酮等。
Ⅲ
水中加入肥皂、合成洗涤剂等。
{c}
图10-7 溶液的表面张力与浓度的关系 通常,把能显著降低液体表面张力的物质称为该液体的表面 表面 活性剂。一般水的表面活性剂都是由亲水性的极性基团(亲水 活性剂 基)和憎水性的非极性基团(亲油基)两部分构成。
* r
* pr (毛细管中凹液面)
对液体中的气泡其饱和蒸气压与平面液体的饱和蒸气压相 对大小关系比较复杂,这里不多加论述。
(3)液体对固体的润湿作用 润湿是指:固体表面上的气体(或液体)被液体(或另一种液体) 润湿 取代的现象。 润湿类型可分为:沾附润湿 浸渍润湿 铺展润湿 沾附润湿、浸渍润湿 铺展润湿(见图9 沾附润湿 浸渍润湿、铺展润湿 -3)
(3)高度分散系统的热力学基本方程 高度分散系统具有巨大的表面积,所以具有巨大的表面能 高度分散系统 表面能。 表面能 因此从热力学角度不能不考虑它所产生的表面效应。于是,对 高度分散系统,其热力学基本方程变为: dU=TdS-pdV+σdAs+∑µBdnB dH=TdS+Vdp+σdAs+∑µBdnB dA=-SdT-pdV+σdAs+∑µBdnB dG=-SdT+Vdp+σdAs+∑µBdnB 于是有
Γ= V m ,V,m为被吸附气体的体积(吸附温度
T、p下),m为吸附剂质量。
如以θ=Γ/Γ∞表示(Γ∞为吸附剂吸满一层气体分子的吸附量), 则上式可改写为
p
Γ bΓ ∞
=
1
+
p
Γ ∞
(3)BET多分子层吸附定温式
第十章 界面化学

5、理解吉布斯等温方程式中各项的物理意义,会 用其作简单计算,会用其解释正吸附、负吸附 等界面现象。
6、什么叫表面活性物质,了解表面活性剂的大致 分类及它的几种重要作用。
7、了解液-液、液-固界面润湿性能的热力学
基础。
pg
0
pg
Vm (l)[ pl pl ] RT ln
pg
0 pg
2γ p pl pl ' R
0
Vm (l)
M
2M RT ln 0 ' pg R ——Kelvin公式 pg
pg p
pg
0
讨论:
① 凸液面
0 g
凸液面(如液滴)上方的饱和蒸气压比平液面大; 凹液面
B
dG SdT Vdp γdA BdnB
B
利用全微分性质可知
S γ A V ,T ,nB T V , A,nB
S γ A T , p,nB T A, p,nB
1 1 p γ ( ' ' ) ——杨—拉普拉斯方程 R1 R2
对于球面,
R R R
' 1 ' 2
'
水平液面:
R , p 0
'
2γ p ' R
p 0
对凸液面,曲率中心在液体内部,
曲面下液体多承受△P 力作用 对凹液面,曲率中心在液体外部, 曲面下液体少承受△P 力作用
δ WR,f Fdx
F dx
表面张力:与界面相切,垂直于边界并指向液体 收缩方向的力。
第3章-界面化学与表面活性剂基础知识

微小液滴更易于蒸发。
产生表面(界面)现象的原因
8
3.2.1 表面张力和表面能
物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以 气-液表面分子与内部分子受力情况为例,如左下图。
液体内部的任一分子,皆处于同 类分子的包围之中,平均来看,该 分子与周围分子间的吸引力是球形 对称的,各个方向上的力彼此抵消, 其合力为零。然而表面层的分子处 于不对称的环境中。
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av /(m2/m3) 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
2020/4/5
分散度与比表面
从表上可以看出,当将边长为10-2m的立方体分 割成10-9m的小立方体时,比表面增长了一千万倍。
凹面上受的总压力小于平面上的压力 ➢ 附加压力的大小与曲率半径有关 例如,在毛细管内充满液体,管端有半径为R’ 的球状液滴与之平衡。 外压为 p0 ,附加压力为 ps ,液滴所受总压为:
p0 ps
p总 p0 ps
对活塞稍加压力,将 毛细管内液体压出少许
使液滴体积增加dV
相应地其表面积增加dA 克服附加压力ps所作的
➢与接触相的性质有关 ➢温度增加,分子之间的作用力减弱,所以
大多数物质的表面张力也都将减小 ➢与溶液的组成有关
20
3.2.2 弯曲界面现象
弯曲表面上的附加压力 Young-Laplace 公式 弯曲表面上的蒸气压——Kelvin 公式
弯曲表面上的附加压力
1.在平面上
对一小面积AB,AB以 外的表面对AB面有存在表 面张力,力的方向与周界垂 直。大小相等,方向相反, 所以没有附加压力。
胶体与界面化学基础

胶体与界面化学基础胶体与界面化学是化学领域中一个重要的分支,研究物质在界面上的性质和相互作用规律。
胶体与界面化学的基础知识对于理解许多自然现象和工程应用具有重要意义。
本文将介绍胶体与界面化学的基础概念、性质和应用。
一、胶体与界面化学基础概念1. 胶体的定义胶体是一种特殊的物质状态,介于溶液和悬浊液之间。
在胶体中,微粒的直径一般在1纳米到1000纳米之间,微粒称为胶体粒子。
胶体粒子可以是固体、液体或气体,分散在另一种物质中形成胶体溶液。
2. 胶体的分类根据胶体粒子和分散相之间的相互作用力的不同,胶体可以分为溶胶、凝胶和乳胶。
溶胶是胶体中的固体颗粒与溶剂之间的相互作用力较弱,凝胶是胶体中的固体颗粒与溶剂之间的相互作用力较强,乳胶是胶体中的液体颗粒分散在另一种液体中。
3. 界面化学的定义界面化学是研究物质在界面上的性质和相互作用规律的科学。
界面是两种不同相之间的分界面,如固体与液体、液体与气体之间的交界面。
界面化学主要研究表面张力、界面活性剂、胶体稳定性等问题。
二、胶体与界面化学的性质1. 表面张力表面张力是液体表面上的分子间相互作用力导致的表面的收缩趋势。
表面张力使得液体表面呈现出尽可能小的表面积,形成球形。
表面张力的大小与液体的种类和温度有关。
2. 界面活性剂界面活性剂是一类能够降低界面张力的化合物,可以在两种不相溶的相之间形成稳定的界面。
界面活性剂的分子结构一般含有亲水性和疏水性基团,可以在水和油之间起到乳化、分散、润湿等作用。
3. 胶体稳定性胶体稳定性是指胶体溶液中胶体粒子不发生聚集和沉降的性质。
胶体稳定性受到溶质浓度、溶剂性质、温度等因素的影响。
胶体稳定性的研究对于工业生产和生物医药领域具有重要意义。
三、胶体与界面化学的应用1. 工业生产胶体与界面化学在工业生产中有着广泛的应用,如乳化液体、稳定乳液、表面活性剂的应用等。
界面活性剂在油田开发、油漆涂料、食品加工等领域发挥着重要作用。
2. 生物医药在生物医药领域,胶体与界面化学的研究应用也十分广泛,如纳米药物载体、胶体药物制剂、生物膜的研究等。
界面化学的知识点总结

界面化学的知识点总结界面化学的知识点:1. 表面活性剂的性质和应用表面活性剂是一类能够在界面上降低表面张力的化合物,它们不仅具有良好的乳化、分散、起泡和渗透等性质,还能够在溶液中形成胶束结构。
这些性质使得表面活性剂在生物科学领域具有重要的应用,比如可以用于细胞膜模拟、生物大分子的稳定和分离、生物分子的传递等方面。
2. 生物大分子的相互作用研究生物大分子是生命活动中不可缺少的重要物质,界面化学通过研究蛋白质、核酸和多糖等生物大分子的结构和功能,揭示它们之间相互作用的规律。
通过表面活性剂对生物大分子的修饰和调控,可以实现生物大分子的定向组装、控制其构象转变等目的。
3. 生物膜的模拟和研究生物膜是细胞的重要组成部分,其中包含了许多生物大分子,比如蛋白质、脂质等。
界面化学研究人员通过利用表面活性剂和模拟细胞膜的环境,研究模拟细胞膜的结构和功能,探索生物膜在生物学过程中的作用机制。
4. 生物成像技术生物成像技术是一种用于研究生物大分子在生物体内空间位置和分布的重要手段,界面化学通过开发各种生物成像技术,比如荧光显微镜、原子力显微镜、核磁共振成像等技术,来揭示生物大分子的分子层面信息,为生命科学研究提供重要的信息。
5. 生物传感器的开发与应用生物传感器是一种能够检测生物大分子的存在和浓度的重要生物技术,界面化学通过研究各种新型生物传感器材料和技术,来实现对生物大分子的高灵敏和高特异性检测,为医疗诊断和生命科学研究提供重要的信息。
总结来说,界面化学是一门具有重要理论和应用价值的交叉学科科学,它通过研究生物分子的结构和功能、生物分子与界面活性剂之间的相互作用,揭示了生物系统的基本规律,并为药物设计、生物传感器、生物成像等领域的应用提供了理论基础。
希望未来界面化学能够得到更多的研究和应用推广,为生命科学研究和生物技术的发展做出更大的贡献。
第六章 界面化学

三种液面
1
水平面
2
凸液面
3
凹液面
表面张力
合力为0
表面张力的 合力指向液体 内部。
表面张力的 合力指向液体 外部。
7.2 弯曲表面下的附加压力和蒸汽压
小结
(1)弯曲液面会产生附加压力,水平液面无附加压力;
(2)附加压力产生原因:表面张力不能相互抵消;
(3)附加压力的方向:指向弯曲液面的曲率中心。
7. 1表面吉布斯自由能和表面张力
即:
F U ) H ) G ) ( )T ,V ,n ( S ,V , nB ( S , P , nB ( T , P , nB A A A A
B
狭义的比表面自由能定义:
G A T , p ,nB
7. 1表面吉布斯自由能和表面张力
面上单位长度任意曲线两边)的表面收缩力,
叫做表面张力。
表面张力 的单位:N / m,
7. 1表面吉布斯自由能和表面张力
现象一
(a)
(b)
由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相 反,所以线圈成任意形状可在液膜上移动,见左图。 如果刺破线圈中央的液膜,线圈内侧张力消失, 外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形,见右图,清 楚的显示出表面张力的存在。
7.2 弯曲表面下的附加压力和蒸汽压
能源科学(三次采油、煤的液化、化学电源) 材料科学(超细材料、材料的表面改型) 信息科学(LB膜,微电子器件)
界面化学简介
界 面 现 象
7.1
表面吉布斯自由能和表面张力
7.2
弯曲液面下的附加压力和蒸汽压
7.3
界面吸附现象
7.4
表面活性剂及其作用
7.1 表面吉布斯自由能和表面张力
第十章 界面化学

上一内容
下一内容
回主目录
返回
(2)、表面功、表面吉布斯函数
• 由于恒温恒压下,可逆非体积功等于系统的吉 布斯函数变,即: • δW|r = dGT,p = σdAs • ∴σ = (G/As)T,p • 可见: σ又等于系统增加单位面积时所增加的 吉布斯函数,所以σ也称为表面吉布斯函数, 单位为J· m-2 • 表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表 面吉布斯函数三者虽为不同的物理量但他们的 数值和量纲是等同的。
上一内容
回主目录
返回
毛细管现象
• 由上式可见:在一定温度下,毛细管越细,液 体的密度越小,液体对管壁润湿得越好,液体 在毛细管中上升的越高。 • 当液体不能润湿管壁,θ>90度,cos θ<0时, h为负值,表示管内凸液面下降的深度。(如 玻璃管插入汞内) • 可见:表面张力的存在是弯曲液面产生附加压 力的根本原因,而毛细管现象则是弯曲液面附 加压力的必然结果。 • 应用:(如农民锄地)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
毛细管现象
r1 θ r θ h
毛细管现象
上一内容 下一内容 回主目录
返回
毛细管现象
• 由图中的几何关系可以看出: • Cosθ= r/r1 • 将此式代入(10.2.3),可得到液体在毛细管 中上升的高度: • h=
2 cos rg
下一内容
(10.2.4)
界面张力的作用方向效果
dl
L
表面张力
(a) 平液面表面张力示意图
上一内容 下一内容 回主目录
球形液面表面张力示意图
返回
(2)、表面功、表面吉布斯函数
- 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)。
界面化学1 名词解释表面张力:是垂直通过液体表面上任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力。
表面活性:溶质使溶剂表面张力降低的性质。
铺展系数S:铺展过程的自由能降低值。
起始铺展系数:两液体刚接触时,铺展过程自由能降低值。
终止铺展系数:两液体互相饱和时,铺展过程自由能的降低值。
饱和吸附量Γm:溶液浓度很大时,吸附量不再随浓度增加而增加,趋向一个极限值,称为饱和吸附量。
吸附饱和度:溶液表面吸附量Γ与饱和吸附量Γm的比值。
界面压:纯粹液液界面与有溶质吸附时界面两者界面张力之差称为界面压。
表面压:单位长度浮片所受到的合力。
无膜和有膜处底液的表面张力之差。
本征曲率:由于表面活性剂亲水、亲油链段在界面占有各自不同的面积而导致液液界面吸附层具有不同的曲率。
乳状液:互不相溶的液体中加入表面活性剂,形成由表面活性剂为界面膜、含有一种或两种液体的液滴。
该体系为热力学稳定、各向同性、透明或半透明的分散体系。
Krafft点:离子型表面活性剂的溶解度会陡然上升时的温度。
浊点:非离子型表面活性剂水溶液的溶解度则往往随温度上升而降低,在升至一定温度时出现浑浊,经放置或离心可得到两个液相。
这个温度被称为该表面活性剂的浊点。
反胶团:亲水基构成内核,疏水基构成外层的聚集体。
临界胶团浓度:表面活性剂溶液开始大量形成胶团的浓度。
2 填空题1)表面张力和表面自由能分别是用力学方法和热力学方法研究液体表面现象时采用的物理量,具有不同的物理意义,却又具有相同的量纲。
表面自由能:恒温恒压增加单位表面积时体系自由能的增量。
2)表面热力学基本公式:dU=TdS−pdV+γdA+Σμi dn idH=TdS+Vdp+γdA+Σμi dn idF=−SdT−pdV+γdA+Σμi dn idU=−SdT+Vdp+γdA+Σμi dn i3)Young-Laplace方程一般式:∆P=γ(1R1+1R2);特殊式:∆P=2γR(球面)弯曲液面对内相施以附加压力,其值取决于液体的表面张力和液面的曲率。
当液面是凸形时,R1和R2均为正值;∆P为正值,液体内部压力高于外压;当液面是凹形时,R1和R2均为负值;∆P为负值,液体内部压力小于外压;平液面时,R1和R2为无穷大;∆P为0,液体内部压力与外压相等;凸面的附加压力指向液体,凹面的附加压力指向气体,即附加压力总是指向球面的球心。
4)润湿过程可以分为三类:沾湿,浸湿和铺展。
5)三类润湿功/系数:沾湿:−∆G=γsg+γlg−γsl=W a,W a为粘附功;浸湿:−∆G=γsg−γsl=W i,W i为浸润功;铺展:−∆G=γsg−γsl−γlg=S,S为铺展系数。
杨氏方程:γsg =γsl +γlg cosθ,带入上述方程有:W a =γsg +γlg −γsl =γlg (cosθ+1)W i =γlg cosθS =γlg (cosθ−1)以三者≥0作为判据:θ≤180°,可沾湿;θ<90°,可润湿,θ>90°,不可润湿;θ=0或不存在时为铺展6) 溶质对溶液表面张力的影响溶液表面张力随溶质浓度增加呈现缓慢增加、缓慢下降以及迅速下降至最低点达到平衡。
第一类曲线:溶液表面张力随浓度增加而缓慢升高,大致成直线关系。
多数无机盐NaCl 、Na 2SO 4、NH 4Cl 、KNO 3等的水溶液及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物的水溶液。
第二类曲线:表面张力随溶质浓度增加逐步降低。
如醇、酸、醛、酮、醚、酯、胺类等。
第三类曲线:溶液表面张力在浓度很低时急剧下降,很快达到最低点,此后溶液表面张力随浓度变化很小。
高碳的羧酸盐、硫酸盐、烷基苯磺酸盐、季铵盐等。
7) Gibbs 将两相体系等效为由均匀的两个体相和一个没有厚度的界面构成的体系。
界面的位置按Gibbs 划面法确定。
对于溶液,是按体系中的一个组分(通常是溶剂)无过剩的条件来划界。
8) Guggenheim 吸附公式:Γ2(1)=Γ2−Γ1(x 2x 1),吸附量Γ2(1)的意义是单位表面相所含有的溶质量与单位表面相所含有溶剂处于溶液中时所拥有的溶质量之差。
9) 乳状液有两种基本类型,即水包油型(O/W )和油包水(W/O ),前者是油为分散相水为分散介质;后者则反过来。
微乳状液不仅有这两种即微乳(O/W )和反相微乳(W/O ),还有第三种状态——双连续相,又叫微乳中相。
10) 表面活性剂的分子结构特点是具有不对称性。
整个分子可分为两部分,一部分是亲油的非极性基团,叫做疏水基或亲油基;另一部分是极性基团,叫做亲水基。
因此,表面活性剂分子具有两亲性质,被称为两亲分子。
11) 表面活性剂分子亲水基的种类很多,包括极性和离子型的各种基团。
例如羧基、硫酸基、磺酸基,磷酸基,胺基,膦基、季铵基,吡啶基,酰胺基,亚砜基、聚氧乙烯基等。
疏水基则主要有:各种碳氢基团,碳氟基团,聚硅氧烷链、聚氧丙烯基等。
12) 表面活性剂亲水基的种类很多,按照它们的电性性质可分为两个大类,即离子型和非离子型。
离子型又分为阳离子型、阴离子型和两性型。
13) 表面活性剂水溶液通常具有四方面的特性,即表面特性、溶液特性、溶解度特性和溶油性。
14) 胶团假说:溶液中若干个溶质分子或离子会缔合成肉眼看不见的聚集体。
这些聚集体以非极性基团为内核,以极性基团为外层的分子有序组合体。
Mcbain 称之为胶团。
胶团在一定浓度以上才大量生成,这个浓度成为它的临界胶团浓度。
15) (*)表面吸附过程,熵增,焓或增或兼,吉布斯自由能降低,是一个熵驱动过程。
16) (*)表面活性剂浓度越大,达到平衡表面张力所需的时间越短,虽然它的平衡表面张力较小。
17) 目前关于胶团形成的热力学处理主要有两种方法。
一种是将胶团与溶液的平衡看作是相平衡,即胶团化可视为是新相生成的热力学过程,此模型称为相分离模型。
另一种方法是把胶团形成看作是分子或离子与胶团处于缔合—解离平衡中,即从化学平衡角度处理问题,此模型称为质量作用模型。
3 解答题1) 结合开尔文公式解释毛细凝结现象和等温蒸馏原理A.由kelvin公式:RTln(p rp0)=2γMrρ;当液面为凹液面时:r<0; ln(p rp0)<0,p rp0<1, p r<p0.即凹液面中,孔中液体的平衡蒸气压低于液体正常蒸气压,且随孔径的减小,|r|↓, r↑,1r ↓, ln(p rp0)↓, p r↓,孔越细,蒸气压越低。
B.由kelvin公式:RTln(p rp0)=2γMrρ;封闭体系内,存在曲率大的液相L1和曲率较小的液相L2;则根据以上公式有平衡蒸气压p r,1<p r,2由溶剂的化学势:μ=μ⊖+RTln(p r/p⊖)知,μ(L2,T,P)>μ(L1,T,P);故液体会自发的从大块液相,即曲率小的液相通过气相移到曲率大的凹液面处。
2)人工降雨原理OC为通常液体的饱和蒸气压曲线,O'C'为微小液滴的饱和蒸气压曲线。
若将压力为p1的蒸汽恒压降温至T1(A点),此时水蒸气的压力对通常液体已达饱和状态,但对小液滴却未达到饱和状态(饱和压力为p2),因此在A点时不能凝结出小液滴,只有继续降温至T2才可能有液滴生成。
温度为T1压力为p1~p2(AA'),或压力为p1温度为T1~T2范围(AA")都不可能有液滴形成。
按相平衡条件,该凝结而未凝结的蒸汽称为过饱和蒸汽。
当蒸汽中有灰尘或容器内表面粗糙时,这些物质可成为蒸汽的凝聚中心,加大了初始曲率半径,蒸气压相对较小,使液滴核心易于生成和长大,在蒸汽过饱和度较小的情况下,蒸汽就开始凝结。
人工降雨原理就是提供凝聚中心。
当云层中的水蒸气达到饱和或过饱和时,在云层中用飞机喷洒AgI小颗粒,此时,颗粒就成为水蒸气的凝聚中心,使新相(水滴)生成时所需的过饱和度大大降低,云层中的水蒸气就容易凝结成水滴而落下。
3)影响表面活性剂的a c和a0的因素a c:当碳氢链采取伸展的构象、近于直立在界面上时疏水基将具有的面积。
a0:亲水基倾向于占有一定面积使亲水基之间的距离满足最低能量。
影响a0的因素与亲水基的类型有关:对于非离子表面活性剂:①随亲水基变大,如增加聚氧乙烯基的聚合度,a0增大;②降低温度会加强亲水基的水合程度,使a0变大。
对于离子型表面活性剂:①降低电解质浓度或扩大围绕带电集团的双电层厚度,而增加其有效空间;②改变溶液pH如果能增加亲水基的解离度,则将增加头基间的排斥,增加其有效面积;③改换反离子,反离子所带电荷及水合能力不同而影响a0值。
使a c变大的因素有:①增加碳链数;②引进分支或不饱和结构;③增加油相分子的插入能力,如前所述,较短链的油分子具有较大的插入能力。
4)影响表面吸附的因素(*)①分子或离子的截面积:亲水基截面积大,吸附量小;憎水基支链结构使截面积增大,因此饱和吸附量降低。
②分子间相互作用:非离子型表面活性剂饱和吸附量大于离子型。
离子型表面活性剂由于存在着离子间相互排斥,使得分子平均截面积增加,而加入中性盐后,平均截面积明显降低。
③同系物表面活性剂饱和吸附量相接近:一般规律是随链长增长饱和吸附量增加,但疏水链过长往往效果相反。
④温度升高,饱和吸附量减少;不过,低浓度时非离子表面活性剂吸附量随温度升高而增加。
⑤无机电解质:无机电解质对离子型表面活性剂吸附量影响显著,对非离子表面活性剂影响不明显。
(离子型表面活性剂溶液中,电解质浓度增加会导致更多的反离子进入吸附层而削弱表面活性剂离子间的电性排斥,使吸附分子排列更紧密)。
5)吸附与界面稳定性(*)①表面张力降低,附加压力减少,减少了Plateau排液;②对离子型表面活性剂,由于吸附层带电,表面之间的电性排斥使液膜稳定;③非离子表面活性剂表面吸附层中较厚亲水层,对液膜两表面接近产生空间阻碍;④吸附层中的憎水基之间存在侧向相互作用,使得吸附层具有一定强度;⑤外力使液面的吸附量和表面压不均匀时,表面活性剂将自动带着溶液从高密度处流向低密度,对液膜变形和损伤进行修复(Marangoni effect)。
6)动表面张力影响因素(*)①当浓度相同时,分子较大的表面活性剂水溶液其表面张力的时间效应更显著;②对于同一种类的表面活性剂,浓度较大者,时间效应短;③对离子型活性剂,若有反离子存在,则可大大缩短时间效应。
7)影响胶团大小的一般规律:(*)①表面活性剂同系物中,憎水基链长增加,胶团聚集数增加。
②非离子表面活性剂疏水基固定时,聚氧乙烯链长增加,胶团聚集数下降。
③无机盐对非离子活性剂的聚集数影响不大,但可使离子型活性剂胶团聚集数上升;④升高温度对离子型活性剂聚集数影响不大,但可使非离子活性剂的聚集数明显升高。
8)影响临界胶束浓度因素(*)①表面活性剂结构影响A 疏水基相同时,离子型表面活性剂cmc比非离子型大(离子型形成胶团必须克服离子间排斥力,故胶团不易生成);B 同系物中,亲水基相同,碳原子数越多cmc越小(碳原子数增加,憎水效应增加,容易生成胶团)。