第八章-表面现象与胶体化学
表面化学和胶体化学
汇报人： 202X-01-02
contents
目录
• 表面化学基础 • 胶体化学基础 • 表面化学与胶体化学的应用 • 表面化学和胶体化学的未来发展
01
表面化学基础
表面化学的定义和重要性
定义
表面化学是研究物质表面现象的 科学，主要研究气体、液体和固 体表面上的分子或原子之间的相 互作用。
表面活性剂
01
02
03
定义
表面活性剂是一种能够显 著降低液体表面张力的物 质，通常由亲水基团和疏 水基团组成。
分类
表面活性剂可以分为离子 型和非离子型两类，离子 型又可以分为阳离子型和 阴离子型。
应用
表面活性剂在清洁、化妆 品、农药、纺织等领域都 有广泛应用。
02
胶体化学基础
胶体的定义和分类
胶体的定义
03
石油工业
表面活性剂在石油工业中用于提高采油效率和原油的流动性，同时还可
以用于油水分离和油品净化。
在环境保护中的应用
污水处理
表面活性剂和胶体物质可用于污 水处理，通过吸附、絮凝等方法 去除水中的污染物，提高水质。
空气净化
利用表面活性剂和胶体物质可以吸 附和去除空气中的颗粒物、有害气 体等污染物，起到空气净化的作用 。
新技术
随着科技的不断进步，表面化学和胶体化学将与新技术相结合，如纳米技术、 生物技术等，推动相关领域的技术创新和产业升级。
表面化学和胶体化学与其他学科的交叉研究
生物学
表面化学和胶体化学与生物学交叉研究，探讨生物膜、细 胞、蛋白质等生物分子间的相互作用机制，为生物医学领 域提供新的研究思路和方法。
环境科学
土壤修复
表面化学和胶体化学在土壤修复中 也有应用，如利用表面活性剂和胶 体物质去除土壤中的重金属和有机 污染物。
物理化学第8章 表面物理化学
如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的 表面活性剂，使接触角大于90°。
2.增溶作用
定义：非极性有机物如苯在水中溶解度很小， 加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度 大大增加，这称为增溶作用。
增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶 的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分 子形成的胶束中。
2、公式 （1）形式： ⊿p=2ϭ/r
（2）结论： ①凸液面： r >0，则 ⊿p > 0。
液滴越小，附加压力越大
②凹液面 ： r< 0，⊿p<0。
③水平液面：r为无穷大， ⊿p= 0。
④对于液泡（如肥皂泡）:
⊿p =
4ϭ r
因为肥皂泡有两个气液界面，且两个球形界面的
半径几乎相等，方向均指向液泡中心。
①液体能润湿毛细管（如水能润湿玻璃）： 呈凹形曲面，且液面上升一定高度。
p'
p ''
p0
M H2O
N Hg
r g h =⊿ p = 2 ϭ
r
曲率半径 r与毛细管半径R的关系：
R´ = R
cosq
联立以上二式，可得：
2ϭcosq
h=
r gR
②液体不能能润湿毛细管（如汞不能润湿玻璃）： 呈凹形曲面，且液面下降一定高度。
可见光的波长约在400~750 nm之间。
二、溶胶的力学性质
主要指： Brown 运动
扩散
沉降和沉降平衡
1、Brown运动(Brownian motion)
通过超显微镜，可以看到胶体粒子不断地 作不规则的“之”字形运动，这就叫布朗运 动。
产生原因：分散介质分子以不同大小和方向 的力对胶体粒子不断撞击而产生的。
表面与胶体化学表面吸附.pptx
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第Ⅳ和Ⅴ型等温线属于有毛细管凝聚作用的吸附，因此BET两常数或三常数公式均不能说明这两种类型 等温变化的规律。
BET理论没考虑到表面的不均匀和分子之间的相互作用。这就决定了它的局限性，有一定的适用范围。 许多结果表明，低压时实验吸附量较理论值偏高，而高压时又偏低。
一.物理吸附与化学吸附
按吸附作用力的不同，可将吸附区分 为物理吸附和化学吸附。
物理吸附的作用力是分子间力，如 范德华力和氢键。
化学吸附的作用力是化学键力。
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物理吸附和化学吸附的基本区别
物理吸附
吸附热 吸附力
近似液化热 （ <40kJ·mol-1）
范德华力，弱
吸附层数 单分子层或多分子层
这种发生于毛细孔中凹液面上的蒸汽凝结称为毛细凝结。
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吸附滞后
Zigmondy对吸附滞后的解释是吸附时液态吸附质润湿孔壁的过程，接触角是前进角；脱附是液体从 一润湿的表面上退出的过程，接触角是后退角。而前进角一般总是大于后退角。因而脱附时平衡相对压力 小于吸附时的。
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由Vm可算出呈单层饱和吸附时所需吸 附质的分子数，这时如果再知道每个吸附分 子的截面积，则可算出吸附剂的比表面。
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C exp( E1 EL ) RT
当n=1时，BET公式可用单分子层吸附等温式。 当n>1时，根据不同的C值BET可用来说明第Ⅱ和第Ⅲ 等温线。
C>1时，E1＞EL，即吸附剂与吸附质分子之间的 吸引力大于吸附质为液体时分子之间的引力，这时低 压下曲线是凸的，于是等温线呈S型，即第Ⅱ型。
物理化学中的表面现象与胶体化学
物理化学中的表面现象与胶体化学物理化学是一门探讨物质性质变化及相关规律的学科。
与之相关的表面现象和胶体化学则是物理化学领域中一项重要的分支。
本文将从表面现象和胶体化学两个方面入手，探讨它们的基本概念、相关应用和研究意义。
一、表面现象观察一个物体，我们会发现它的表面是与外界直接接触的部分。
因此，表面现象是物质研究中一种极其普遍和重要的现象。
表面现象是指两种或两种以上介质相接触时，有特殊性质的现象出现。
在物理化学中，表面现象主要包括表面张力、毛细现象和润湿现象。
表面张力是液体表面处由于分子间作用力而表现出来的一种现象。
表面张力较大的液体在容器中形成凸面或水滴状，这种现象称为毛细现象。
液体与固体相接触时，液体能否在固体表面上均匀分布并附着称为润湿现象。
表面现象在自然界和人类生活中都有广泛应用。
例如，水平稳定的大船只是因为水面的表面张力；高楼大厦的毛细管水系统则利用了毛细现象；润滑油、乳液、涂料等都运用了润湿性质。
二、胶体化学胶体化学是涉及无色透明的小粒子（胶体）和它所处的环境之间的相互作用的学科。
胶体是介于小分子和宏观物体之间的一种存在形式，其中粒子的平均大小在1至1000纳米之间。
胶体物理包括多种胶体类型，例如溶胶、凝胶和气溶胶等。
胶体学科研究中的主要问题是如何制备胶体，以及在胶体中所表现出的各种特殊性质。
胶体的制备方法包括溶胶法、凝胶法和胶体化合物分解法等。
在胶体中存在的各种特殊现象包括布朗运动、泡沫现象和重力分选等。
胶体的应用十分广泛，例如在涂料、油墨、胶水、陶瓷、橡胶等方面都得到了广泛的应用。
另外，人类生命活动中的一些基础物质，例如蛋白质、肌肉等，都是以胶体形式存在的。
三、物理化学中的表面现象与胶体化学的关联表面现象与胶体化学之间有着密不可分的联系。
在液态物质中，固液接触面所呈现的动态变化与胶体的形成和演化密切相关。
例如，胶体粒子表面的物理化学特征决定了胶体粒子的成长和聚集行为。
此外，表面现象和胶体化学之间也有着一些实际应用。
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。
胶体表面与化学PPT课件
动态润湿法
通过测量液体在固体表面的动态接触线移动 速度，评估表面的润湿性。
05
CATALOGUE
胶体表面化学未来展望
新材料开发
高性能材料
利用胶体表面化学技术，开发具有优异性能的新材料，如高强度 、高韧性、耐高温、耐腐蚀等。
功能材料
探索具有特殊功能的材料，如光电转换、传感、催化等，以满足不 同领域的需求。
通过红外光谱、核磁共振等技术手段鉴别 表面活性剂的类型。
表面活性剂浓度测定
表面活性剂界面行为研究
利用滴定法、分光光度法等方法测定表面 活性剂浓度。
利用显微镜、光谱等技术手段研究表面活 性剂在界面上的行为。
表面吸附研究方法
等温吸附法
在恒温条件下，研究物质在表面的吸附量与浓度之间的关系。
吸附动力学法
研究物质在表面的吸附速率和吸附机理。
03
CATALOGUE
胶体表面化学应用
石油工业
石油开采
利用胶体表面化学原理， 通过改变钻井液的流变性 、稳定性等性质，提高石 油开采效率。
油气分离
利用胶体表面化学原理， 通过改变油水乳液的稳定 性、界面张力等性质，实 现油气高效分离。
石油运输
利用胶体表面化学原理， 通过改变油品的流变性、 粘度等性质，提高石油运 输效率。
X射线光电子能谱法
利用X射线光电子能谱技术测定表面吸附物的组成和结构。
原子力显微镜法
利用原子力显微镜技术观察表面吸附物的形貌和分布。
表面润湿性研究方法
接触角法
通过测量液体在固体表面的接触角大小，评 估表面的润湿性。
滑移长度法
测量液体在固体表面滑动时的滑移长度，评 估表面的润湿性。
滴液法
物理化学表面现象及胶体化学总结
1.压缩因子任何温度下第七章表面现象1.在相界面上所发生的物理化学现象陈称为表面现象。
产生表面现象的主要原因是处在表面层中的物质分子与系统内部的分子存在着力场上的差异。
2.通常用比表面来表示物质的分散度。
其定义为：每单位体积物质所具有的表面积。
3.任意两相间的接触面，通常称为界面（界面层）。
物质与（另一相为气体）真空、与本身的饱和蒸气或与被其蒸汽饱和了的空气相接触的面，称为表面。
4.表面张力：在与液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。
5.在恒温恒压下，可逆过程的非体积功等于此过程系统的吉布斯函数变。
6.影响表面及界面张力的因素：表面张力与物质的本性有关、与接触相的性质有关（分子间作用力）、温度的影响、压力的影响。
7.润湿现象：润湿是固体（或液体）表面上的气体被液体取代的过程。
铺展：液滴在固体表面上迅速展开，形成液膜平铺在固体表面上的现象。
8.亚稳状态与新相生成：a.过饱和蒸汽：按通常相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸汽。
过热液体：按通常相平衡条件应当沸腾而仍不沸腾的液体。
过冷液体：按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体。
过饱和溶液：按相平衡条件应当有晶体析出而未能析出的溶液。
上述各种过饱和系统都不是真正的平衡系统，都是不稳定的状态，故称为亚稳（或介安）状态。
亚稳态所以能长期存在，是因为在指定条件下新相种子难以生成。
9.固体表面的吸附作用：吸附：在一定条件下一种物质的分子、原子或离子能自动地粘附在固体表面的现象。
或者说，在任意两相之间的界面层中，某种物质的浓度可自动发生变化的现象。
吸附分为物理吸附（范德华力）和化学吸附（化学键力）。
具有吸附能力的物质称为吸附剂或基质，被吸附的物质称为吸附质。
吸附的逆过程，即被吸附的物质脱离吸附层返回到介质中的过程，称为脱附（或解吸）。
10.吸附平衡：对于一个指定的吸附系统，当吸附速率等于脱附速率时所对应的状态。
当吸附达到平衡时的吸附量，称为吸附量。
气体在固体表面的吸附量与气体的平衡压力及系统的温度有关。
物理化学第八章表面
第八章 《表面现象与分散系统》一、选择题1．在一般情况下不考虑表面的存在对系统性质的影响是因为（ ）。
A. 表面状态复杂；B. 表面不重要；C. 表面分子数比内部分子少得多，表面效应不明显；D. 表面分子与内部分子状态一样。
2． 在一支水平放置的洁净的玻璃毛细管中有一可自由移动的水柱，今在水柱右端微微加热，则毛细管内的水柱将（ ）。
A. 向右移动；B. 向左移动；C. 不移动；D. 条件不足，无法判断。
3．等温等压条件下的润湿过程是：（ ）。
A. 表面吉布斯自由能降低的过程；B. 表面吉布斯自由能增加的过程；C. 表面吉布斯自由能不变的过程；D. 表面积缩小的过程。
4．若某液体在毛细管内呈凹液面，则该液体在该毛细管中将（ ）。
A. 沿毛细管上升；B. 沿毛细管下降；C. 不上升也不下降。
D. 条件不足，无法判断5．液体在能被它完全润湿的毛细管中上升的高度反比于（ ）。
A. 空气压力；B. 毛细管半径；C. 液体表面张力；D. 液体粘度。
6．当表面活性剂加入溶剂中后, 产生的效果是（ ）。
A. /0d dc σ< 正吸附；B. /0d dc σ> 正吸附；C. /0d dc σ< 负吸附； D . /0d dc σ> 负吸附。
7．在影响物质表面张力的因素中，下列说法哪个不对?（ ）。
A. 与压力有关；B. 与温度有关；C. 与共存相有关；D. 与表面积有关。
8． 空气中有一肥皂泡, 直径为2mm, 若其表面张力为0.06 N· m -1, 则泡内附加压力为（ ）。
A. 0.06×103 Pa ；B. 0.24×103 Pa ；C. 0.12 ×103 Pa ；D. 0.48×103 Pa 。
9．对于一理想的水平液面，下列各量中，何者为零？（ ）。
A. 表面张力；B. 表面能；C. 附加压力；D. 比表面能。
10．对于化学吸附的描述, 以下说法中不正确的是（ ）。
第八章表面化学及胶体化学课后习题答案
第八章 表面化学与胶体化学习 题1．在293 K 时，把半径为1×10-3m 的水滴分散成半径为1×10-6m 的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?环境至少需做功多少?已知293 K 时-1O H m mN 75.722⋅=σ。
（答案：9.15×10-4J ）解： 一滴大水滴可分散成N 个小水滴：323132313434r r r r N ==ππ小水滴的面积为： 2312244r r r N ππ=⨯，大水滴的面积为： 4π21r面积增加倍数为：9991444212121231=-=-r r r r r r πππ J 10133.9)101101101(41075.72)44(4669321231s s -----⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=∆⋅=∆πππσσr r r A G2．在298 K 时，1,2—二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液的浓度为5.9×10-3mol·L -1，计算直径为1×10-8m 的NB 微球在水中的溶解度。
已知298 K 时NB ／水的表面张力为25.7 mN·m -1，NB 的密度为1 566 kg·m -3。
（答案：2.625×10-3 mol ·dm -3）解：根据开尔文公式 ：rRT M c c 12ln0⋅=ρσ，将数值代入，得： -1338330L mol 10625.2109.54449.04449.0105.0115.298314.8156610168107.252ln ⋅⨯=⨯⨯=∴=⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----c c c3．373 K 时，水的表面张力为58.9 mN·m -1，密度为958.4 kg·m -3，在373 K 时直径为 1×10-7m 的气泡内的水蒸气压为多少?在101.325 kPa 外压下，能否从373 K 的水中蒸发出直径为1×10-7m 的气泡? （答案：99.89kPa ）解：气泡为凹面，且r = 0.5×10-7mkPa89.999858.0325.101)01427.0exp(01427.0105.01373314.84.9581018109.58212ln 0r 7330r =⨯=-⋅=∴-=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=---p p r RT M p p ρσ 因p r < p 外，故不能蒸发出直径为1×10-7m 的气泡。
《表面与胶体化学》课件
胶体在食品工业中的应用
胶体在食品工业中广泛应用于增稠、 稳定和乳化等方面。
胶体还可以作为食品的稳定剂，保持 食品的稳定性和一致性，如冰淇淋、 奶昔和饮料等。
胶体可以作为食品的增稠剂，提供更 好的口感和质地，如酸奶、果酱和调 味酱等。
胶体的稳定性
取决于胶体粒子间的相互作用力，包 括静电作用、范德华力、空间位阻等 。
聚沉现象
当胶体粒子间的相互作用力减弱或消 除时，胶体将失去稳定性，发生聚沉 ，出现沉淀或凝胶现象。
影响因素
电解质浓度、温度、pH值等对胶体 稳定性产生影响，可引发聚沉。
胶体的光学性质
总结词 丁达尔效应
瑞利散射 实验方法
物理吸附
由于范德华力引起的吸附，吸附力较弱，吸 附热较小。
表面吸附的应用
催化剂、电极材料、光电子器件等。
表面润湿性
表面润湿性定义
液体在固体表面铺展的能力称为润湿性。
润湿性的影响因素
表面张力、接触角和表面粗糙度等。
润湿性的应用
涂料、油墨、农药等。
2023
PART 03
胶体化学基础
REPORTING
2023
REPORTING
《表面与胶体化学》 PPT课件
2023
目录
• 表面与胶体化学概述 • 表面化学基础 • 胶体化学基础 • 表面与胶体化学在生活中的应用 • 表面与胶体化学的未来发展
2023
PART 01
表面与胶体化学概述
REPORTING
表面与胶体化学的定义
表面与胶体化学是一门研究物 质表面现象和胶体分散体系的 科学。
物理化学 8章表面化学与胶体化学
p大气
在液面处达力平衡
rm
ps= 2σ/r p静压=ρgh
r
cosθ=rm/r
p大气
∵2σ/r =ρgh
pS
h
∴2σcosθ/rm=ρgh
h = 2σcosθ/rmρg rm ↘, ρ↘, h↗
rm：毛细管半径 r：凹液面曲率半径
θ＜90o，h＞0； θ＞90o ，h＜0；rm→∞，h →0
2020/1/31
只有降低熔点，才能使 r,B减小，故有：
Tf（微小）＜ Tf（大块）
2020/1/31
物理化学
▲ 微小固体物质的溶解度大 溶解度：恒T﹑p下，溶质在溶剂中达到溶解
平衡时的（饱和）浓度。 将开尔文公式与亨利定律结合，推导得：
ln c2 2M ( 1 1 ) c1 RT r2 r1
和
ln cr 2M 1 c0 RT r
δW ' ∝ dAs 2ldx
δW ' dAs fdx
——表面张力
f
2l
l
σ
m1
m2
f
2020/1/31
物理化学
表面张力：垂直作用于单位长度相界面上，与表 面平行（平面）或相切（曲面）的收 缩力。
力的方向：与液面相切，与单位线段垂直。 力的类型：表面收缩力。 力的单位量纲：N·m-1 表面层分子受力不均匀 内压力 表面张力 体系的一种强度性质，受到多种因素的影响。
如何表示？
固体表面有过剩的Gibbs自由能吗？它与
液体的有何不同？
2020/1/31
物理化学
§3 弯曲表面的特性
一、弯曲液面下的附加压强
1.液面的曲率
2.弯曲液面的附加压强
考研《物理化学》考点精讲教程(第08讲 界面现象与胶体化学)
做表面功示意图
《物理化学》考点精讲教程
表面张力
定义：沿着液体表面使其表面紧缩的力，称为表面张力
液体表面层分子所受合力不为零, 而是受到一个指向液体内 部的拉力，导致液体表面有自动收缩的趋势。
作用点：液体表面
g
方 向：沿着液面，与液面相
切，垂直作用于分界
线，单位长度上的力。
大 小：F=γl
l
界面层分子与体相分 子所处力场不同
物理吸附
化学吸附
吸附力
分子间力
化学键力
吸附分子层 多分子层或单分子层 单分子层
吸附温度
低
高
吸附热 小,冷凝热数量级 大, 反应热数量级
吸附速率
快
慢
吸附选择性
无
有
物理吸附和化学吸附往往可以同时发生
《物理化学》考点精讲教程
二、等温吸附
（1）吸附量：当吸附达平衡时, 单位
质量吸附剂所吸附的气体的物质的量
）。
解：由开尔文方程
可知：对于液体中的气泡r<0，所以p凹<p平，即气泡内蒸气 压小于平液面的蒸气压，而p平=p外，因而气泡不能稳定存在， 不能长大逸出液面，即纯液体到了理论上的沸点却不 能沸腾，只有继续升高温度至p凹=p外时，小气泡才能不断长 大，直至逸出液面，达到沸腾。这种加热到沸点而不沸腾的 液体，就是过热液体。
> 90 时称为不润湿； ＝ 0 或不存在时称为完全润湿， ＝180 时称为完全不润湿。
《物理化学》考点精讲教程
例：20℃时，水和苯的表面张力分别为0.0728 N·m-1和 0.0289 N·m-1，水和苯的界面张力为0.035 0 N·m-1。通过计 算回答：（1）苯能否在水的表面上铺展？（2）水能否在 苯的表面上铺展？ 解：若铺展系数SA/B≥0，则液体A可在液体B表面上铺展。
《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
第八章 土壤胶体化学和表面反应.
第一节 土壤胶体的表面性质
二、土壤胶体的比表面
4、测定方法 1）仪器法：用电子显微镜或X射线衍射仪测定颗粒大小、形状，计算出理 论比表面积。 适用于：结晶良好，组成一定的纯矿物，不适用于土壤。 2）吸附法：用分子大小已知的指示吸附物质，在土粒表面形成单分子层， 计算出比表面，常用吸附物质有：（N2、H2O、溴化十六烷基吡啶、甘油、 乙二醇乙醚）。
第二节 土壤胶体对阳离子的吸附
三、阳离子交换作用
4、盐基饱和度（BS） 土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类致酸离子H+、Al3+，其它为盐基 离子。 盐基饱和度：指交换性盐基离子占阳离子交换量的百分数。
盐基饱和度%
交换性盐基 100% CEC 代换性H 、Ａl３＋ 盐基不饱和度% １００％ ＣＥＣ
第一节 土壤胶体的表面性质
三、土壤表面电荷和电位
5、土壤胶体的分散和凝聚 土壤胶体分散状态为溶胶，发生凝聚作用，形成凝胶。 原理：当电动电位大时，两个胶粒之间电荷斥力大，胶体处于分散状态。 当扩散层变薄，电动电位降电，两胶粒碰撞，其分子间引力大于静电斥力时， 胶体发生凝聚。电动电位减小，胶体发生凝聚。 1）补偿离子改变：土壤中Na+多，分散； 土壤中Ca2+多，结构好。 2）溶液中电解质增加，阳离子浓度大，扩散层薄，发生凝聚作用。 一价离子Na+ H+ K+引起胶体凝聚是可逆的。水分增加，阳离子浓度下 降，凝胶—溶胶。 二、三价离子产生凝聚不可逆，形成水稳性团聚体。 3）带相反电荷胶体，相遇发生凝聚作用。
第二节 土壤胶体对阳离子的吸附
三、阳离子交换作用
3、阳离子交换量（CEC） 阳离子交换量（CEC）是指pH=7时，每kg土吸附交换阳离子的厘摩尔 数。Cmol(+)/kg 影响因素： 1）胶体种类：有＞蒙＞伊＞高 2）土壤质地：细，有机质多，粘土矿物多 3） pH： pH下降，CEC降低 反映土壤的保肥能力： ＞20 Cmol(+)/kg高 20-10 Cmol(+)/kg中 ＜10 Cmol(+)/kg低
表面与胶体化学
7 容器内放有油和水，用力震荡使油和 水充分混合，但是静止后，为什么油和 水仍然自动分层？ 答 用力震荡十油和水充分混合，油和水 的分散度增高，油水界面增大，体系的 表面能也增大，处于不稳定状态。静止 后，油和水分分层的过程是一个减小油 水界面积的过程，是自由焓降低的过程
所以自动进行。 8 为什么小液滴和小气泡总是呈球状而 不会成别的几何形状？为什么液滴越小， 越更接近球形？ 答 由于表面张力的作用，或由于表面自 由焓降低是自发的，液滴总是力图缩小 其表面积。比表面记最小的几何形状就
2 1.3 0.5 r 108 米 2 7000 9.8
即当多孔透气砖的微孔半径小于0.01mm 时，就可以保证钢液柱高为2米时，钢水 就不会从小孔中漏出来。 16 图56中，用三通活塞连接的两个玻 璃管口，各吹有一个肥皂泡。并且A大于 B，若旋转活塞使A、B，内的气体连通， 则肥皂泡将会有何变化？
体系总界面的自由焓还是减少了，直到 总界面自由焓达到一个最小值时，液固 气三相的接触角就不会变化。 12 水在玻璃管中是呈凹形液面，而汞 在玻璃管中却呈凸形液面，这是为什么？ 答 因为水能润湿玻璃，其接触角小于 90度，故呈凹形液面。而汞却不能润湿
玻璃，其润湿角大于90度，故在玻璃管 中是凸面的。 13 在装有部分液体的毛细管中。在一 端加热时，Δ 代表加热，问： （1）润湿性液体向毛细管哪端移动？ （2）不润湿性液体向毛细管哪端移动？
化简得 1 2 PS （ ） R2 R1 对于球面。R1 R2 R，则上式变为 2 PS R
10 什么是接触角？怎样由它的大小来 说明润湿的程度？ 答 接触角又叫润湿角。通过液滴中心作 一法面垂直与固体表面，在法面上的固 液气三相交界处的一点，其液界面与气 界面的切线有液相的夹角，称为接触角 当液滴大小稳定时，力的作用达到平衡， 接触角取决为三个界面的张力
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一、选择题1. 在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将：(A) 向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)左右来回移动2. 如图在毛细管内装入润湿性液体，当在毛细管内左端加热时，则管内液体将：(A) 向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)因失去平衡而左右来回移动3. 对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是:4. 在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大5. 弯曲表面上附加压力的计算公式：•巾=p' - p o= 2 /R中，R'的符号：()(A) 液面为凸面时为正，凹面为负(B) 液面为凸面时为负，凹面为正(C)总为正(D) 总为负6•微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确?7. 在相同温度下，同一液体被分散成具有不同曲率半径的物系时，将具有不同饱和蒸气压。
以p平、p凹、p 凸分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸气压，则三者之间的关系是：()(A) p平＞ p凹＞ p凸(B) p凹＞ p平＞ p (C) p凸＞ p平＞ p凹(D) p凸＞ p凹＞ p平8. 在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现：()表面化学(A) (/ 汀)p> 0 (B) (/ 汀)P< 0 (C) (：7汀)p= 0 (D) 无一定变化规律(A)冰的大(B) 水的大(C) 一样大(D)无法比较(A)微小晶体的饱和蒸气压大(B)微小晶体的溶解度大(C)微小晶体的熔点较低(D) 微小晶体的溶解度较小(A)水并不进入毛细管(B)水进入毛细管并达到管内一定高度9. 往液体（1）的表面滴加一滴与其不互溶的液体（2），两种液体对空气的表面张力分别为1,3和2, 3,两种液体间的界面张力为讲,2。
则液体（2）能在液体（1）上铺展的条件为：（）（A）1,2 > 1,3 + 2, 3 （B）1,3 > 2, 3 + 1,2 （C）1,3 < 2, 3 + 1,2 （D）1,2 < 1,3 + 2, 310.把细长不渗水的两张白纸互相靠近（距离为d ），平行地浮在水面上，用玻璃棒轻轻地在两纸中间滴一滴肥皂液，两纸间的距离将：（A）增大（B）减小()（C）不变(D) (A).(B).(C)都有可能11.体温计打碎后，落在水泥地面上的水银基本呈球形，这说明：()（A）汞+ 汞一水泥地面V 水泥地面(B)汞> 水泥地面（C）汞V水泥地面(D)汞+ 汞一水泥地面> 水泥地面12. 水银完全不润湿玻璃表面，若将半径为5 X10-5 m的玻璃毛细管插入水银中后（水银的密度P = 13.6 1区3kg m-3，其表面张力V = 0.520 N m-1）,管内水银面将：（）(A)上升0.15 m(B)下降0.15 m(C)上升0.015 m(D)下降0.015 m13.水/油乳化剂的HLB值的范围是：( )(A) 2-6(B) 8-12(C) 14-18(D) 20-2414. 表面活性剂具有增溶作用，对增溶作用说法不正确的是：（）（A）增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低（B）增溶作用是一个可逆的平衡过程（C）增溶作用也就是溶解作用（D）增溶作用与乳化作用不同15. BET公式的最主要用途之一在于：（）（A）获得高压下的吸附机理（B）获得吸附等量线（C）获得吸附等压线（D）测定固体的比表面16. 在气-固相催化反应中常用载体，载体所起的主要作用，下列哪一条是不存在的？（）（A）提高催化剂的机械强度（B）增大催化剂的活性表面以节约用量（C）改善催化剂的热稳定性（D）防止催化剂中毒17. 在催化剂M0表面上吸附NH3分子进行分（C）水进入毛细管并达到管的另一端（D）水进入毛细管并从另一端滴出解反应（对产物不吸附），并且表面反应为速控步，当NH3压力很大时，该反应的半衰期公式为：（）0/2k(A) 11 = (In 2)/ k (B) t 丄=1/(kp°) 0、1/2(C) tj = k(p ) (D) ti = p二、填空题2•从表面热力学的角度看，比表面吉布斯自由能表达式是 ________________，其单位为 ___________ ，从力学平衡角度看，表面张力是 _________________________________________________；其单位为 ______________仆-1 -3-1 _1 _7 -1 -2 2 ,=0.4636 N -m + 8.32 10 N-m K T - 3.13 >10 N -m K T 在 400 K时，汞的 （£U/律）T , V = ______________________________________________________4. ____________________________ 液滴越小，饱和蒸气压越 __________________________________ ;而液体中的气泡越小，气泡内液体的饱和蒸气压越 ________________________________________________________ 。
5. 300 K 时，水的表面张力Y = 0.0728 N m -1，密度P 为0.9965 XI03 kg m -3。
在该温度下，一个球形水 滴的饱和蒸气压是相同温度平面水饱和蒸气压的2倍，这个小水滴的半径是 _____________________ m 。
6.室温时，水在一根粗细均匀的玻璃毛细管中，将上升到高度h ，如将毛细管折断至 h/2处，水将沿壁升至 _________ 处，此时管中水面的曲率半径将 _______________ 。
-1 -17.在298 K 时，正丁醇水溶液表面张力对正丁醇浓度作图，其斜率为-0.103 N -m mol kg ，正丁醇在浓度为 0.1 mol kg -1时的表面超额-为： _______________________________ 。
8. ________________________________________________________ 苯不溶于水而能较好地溶于肥皂水是由于肥皂的 ___________________________________________________________ 作用。
9.氧气在某固体表面上的吸附，温度 400 K 时进行得较慢，但在 350 K时进行得更慢，这个吸附过程主要是化学吸附还是物理吸附？ ________________________ 。
加，后降低。
是 ______________________________1.界面吉布斯自由能和界面张力的相同点是不同点3.液态汞的表面张力10.一般说来，物理吸附的吸附量随温度增高而______________ ，化学吸附的吸附量随温度增高而先增11.从吸附的角度考虑催化剂的活性取决于_______________________________ ;一个良好的催化剂应12.气—固表面反应有两种反应历程，其中Langmuir - Hinshelwood 历程是研究 ___________________ ;反应, Lan gmuir - Rideal历程是研究。
反应。
13. ____________________________________________________ 就吸附的本质来说，物理吸附的作用力是__________________________________________________________________ ;化学吸附的作用力14. ______________ 接触角9 90°，固体能被液体所润湿，9 90°,固体不能被液体所润湿（填大于或小于）。
三、计算题1.298 K 时，水-空气的表面张力¥= 0.07197 N m-1,（列刃）口A= -1.57 V0'4 N -m"1 K-1，试计算298 K, 标准压力p下，可逆地增大2X10'4 m2的表面积时，体系所做的功（假设只做表面功），体系的.：G , :H和■ S及体系所吸收的热量Qr。
1 1 32. 已知水在293 K时的表面张力=0.07275 N -m',摩尔质量M = 0.018 kg mol"，密度= 10 kg m'3。
273 K时水的饱和蒸气压为610.5 Pa,在273 -293 K温度区间内水的摩尔气化热 .沁ap H m= 40.67 kJ mol'1，求293 K水滴半径R' = 1'0m时，水的饱和蒸气压。
£3. 在正常沸点时，如果水中仅含有直径为10 m的空气泡，问这样的水开始沸腾，需过热多少度？水在373 K 时的表面张力=0.05890 N m'1，气化热gp H m = 40656 J mol'1。
2 14. 已知293 K时，乙醚在水上其间的界面张力为 1.070 X0' N m',它们的表面张力分别为（乙醚）=1.710杓'2 N m'1, （H2O）= 7.275 W2 N m'1,用计算方法说明：一滴乙醚在水面上及一滴水在乙醚面上的铺展情况。
5. 将内径为1 X10 '4m的毛细管插入水银中，问管内将下降多少？已知在该温度下水银的表面张力为0.48N.m'1，水银的密度为13.5 xi03Kg.m'3，重力加速度g = 9.8 m.s'1，设接触角近似等于180°。
6. 291 K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力与活度a的关系式可以表示为：/0= 1 +blg（a/A + 1）,花是水的表面张力（'0= 0.07286 N m '-1）,常数A因不同酸而异， b = 0.411。
试求：（1）服从上述方程的脂肪酸吸附等温式（2）在表面的一个紧密层中（a >> A）,每个酸分子所占据的面积为若干？7. 在一定温度下，N2在某催化剂上的吸附服从Langmuir方程，已知催化剂的比表面为21.77 m2 g'1, N2分子的截面积为16X10'20 m2。
当平衡压力为101325 Pa时，每克催化剂吸附N2的量为2 cm3（已换算成标准状态），问要使N2的吸附量增加一倍，则平衡压力为多大？8. 用活性炭吸附CHCl 3,符合Langmuir吸附等温式，在273 K时，饱和吸附量为0.0938 m3 kg'1°已知CHCl3的分压为13.4 kPa时的平衡吸附量为0.0825 m3 kg'1.试计算：（a） Langmuir吸附等温式中的常数a（b） CHCl 3的分压为6.67 kPa时的平衡吸附量。