界面现象溶液表面的吸附现象
溶液表面的吸附现象.
棒状
10
表面活性物质
在临界胶束浓度前后, 除表面张力外, 电导率, 渗透压, 蒸气压, 光学性质, 去污能力及增溶作用等皆有很大差异.
去污能力 电导率 增溶作用
渗透压
性质
表面张力
摩尔电导
C.M.C
浓度
• 表面活性剂溶液的性质与浓度关系示意图
11
表面活性物质
HLB法: HLB意指亲水亲油平衡(Hydrophile-Lipophile Balance). 用HLB值的大小表示每种表面活性物质的亲水性, HLB值愈大, 亲水性愈强. 该值可作为选择表面活性剂的参考.
(1)去污作用
肥皂的成份是硬脂酸钠(C17H38COONa), 是一种阴离子表 面活性剂. 肥皂能减小水与衣物的界面张力, 增大衣物与油污 之间的接触角而使衣物变为憎油. 这样, 油污经机械摩擦和水 流带动而很容易脱落, 并被肥皂液乳化而分散在水中.
水(w)
σow
σsw大 σso
油(o) 固(s)
洗涤前
β相 Vβ(实) cBβ
b
b
σ界面层 Vσ(实)
s
a
a
α相 V α(实) cBα
β相 Vβ cBβ σ界面相
Vσ= 0
α相 V α cBα
V = Vσ(实) + Vβ(实) + V α(实) V = Vσ+ Vβ • 实际溶液界面(左)与吉布斯界面模型(右)
h
h
cβ(溶剂)
cα(溶剂) cβ(溶质) cα(溶质)
质. 习惯上指溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质.
• 表面活性剂显著降低水的表面张力. (左) 将硫(密度2.1g/cm3)小心地放 到水面上, 水－硫界面张力大而难 以增大其界面积, 使硫不能浸湿. (右) 向水中滴入几滴清洁剂, 水－ 硫界面张力减小, 硫沉入水底.
界面现象
第十章 界面现象 Interface Phenomena界面(相界面/界面相)：密切接触的两相之间的过渡区(约几个分子的厚度) 界面的类型：气—液、气—固、液—液、液—固、固—固表面 surface界面现象的原因：“表里不一”分散度：比表面 s A m V s a =表面积质量或体积多孔硅胶 300~700 ，活性炭 1000~2000 m 2 . g –1§10.1 表面吉布斯自由能和表面张力一、表面功、表面吉布斯自由能、表面张力液体都有自动缩小其表面积的趋势 γ dA s = δW ΄r = dG T,P 表面功,,B s T P n G A γ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ γ 称为比表面吉布斯自由能，单位：J . m –2 ，物理意义：定温定压定组成条件下，系统增加单位表面积时所增加的吉布斯自由能，也即单位面积表面层的分子比相同数量的内部分子所多出来的那部分能量。
如：20℃的纯水，γ = 0.07275 1g (10 –6 m 3) 球形水滴 半径 1 nm 的小水滴 半径 0.62 cm 1 nm 个数 1 2.39 × 1020 表面积 4.83 × 10 – 4 m 2 3.01 × 103 m 2 ΔG = γ ΔA s = 219 J (相当于使这1g 水升温52.4 K)系统比表面越大，能量越高，越不稳定。
粉尘爆炸极限：淀粉/硫磺7mg/L 空气，面粉/糖粉10，煤粉17。
δW΄r = γ dA s = γ .2l d x F δW ΄r = F d x 2F l γ==力总长γ 称为表面张力 surface tension ，单位：N . m –1 ，物理意义：垂直作用于单位长度相界面上的表面紧缩张力。
任意形状自由移动 张开成圆(面积最大) 单位面积的表面功、比表面吉布斯自由能、表面张力：数值、量纲相同，物理意义、单位不同。
二、热力学基本方程(考虑表面功)dU = T dS – p dV + ∑ μB d n B + γ d A sdH = T dS + V dp + ∑ μB d n B + γ d A sdA = – S dT – p dV + ∑ μB d n B + γ d A sdG = – S dT + V dp + ∑ μB d n B + γ d A s,,,,,,,,B B B B s s s s S V n S p n T V n T p n U H A G A A A A γ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭三、表面张力的影响因素相互接触的两相物质的性质、温度、压力等。
溶液的表面吸附
s s A s A
G = n µ + n µ + Aγ
s s A s A s B s B
s A s A s B s B s B s B
dG = n dµ + µ dn + n dµ + µ dn + γdA + Adγ
表面热力学基本关系式: 表面热力学基本关系式
dG = − S dT + V dp + µ dn + µ dn
代入吉布斯等温吸附式 b′γ 0 a2 Γ2 = ⋅ ' RT K + a2 Ka2 Γ2 = Γ∞ ⋅ 1 + Ka2
两亲分子在气液界面上的定向排列
根据实验， 根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值 后，它在表面层中的超额为一定值，与本体浓度无 它在表面层中的超额为一定值， 关，并且和它的碳氢链的长度也无关。 并且和它的碳氢链的长度也无关。 这时， 这时，表面吸附已达到 饱和，脂肪酸分子合理的 饱和， 排列是羧基向水， 排列是羧基向水，碳氢链向 空气。 空气。
溶液的表面吸附
溶液的表面张力
H 2O
C2H5OH (aq)
NaCl (aq)
溶液的表面张力不仅与温度、压力有关， 溶液的表面张力不仅与温度、压力有关， 并且还与溶液的种类和浓度有关。 并且还与溶液的种类和浓度有关。
溶质对表面张力的影响
1.
d γ / dc > 0
非表面活性物质 无机盐、不挥发酸碱
γ
n dµ + n dµ + Adγ = 0
s A s A s B s B
溶液相, 由吉布斯-杜亥姆方程 溶液相 由吉布斯 杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation
《界面现象和吸附》课件
课件
本课件将介绍界面现象和吸附的基本概念、影响因素、公式和应用案例。了
解界面现象和吸附，我们能更深入了解科学研究和应用的意义。
什么是界面现象？
1
定义
2
分类
3
影响因素
界面现象是指液体和固
界面现象可分为表面张
影响界面现象的因素包
体或两种不同液体之间
力现象和毛细现象。
括温度、表面特性和液
3
影响因素
影响吸附等温线的因素包括吸附剂和吸附物质的性质，以及温度和压力。
应用案例
1
界面现象在工业界
的应用
2
吸附现象在生物学
上的应用
3
基于界面现象和吸吸附现象在膜分离技术、
金属腐蚀和油水分离等
酶和抗体的纯化等方面
通过研究界面现象和吸
领域发挥着重要作用。
有广泛应用。
请参阅以下文献和网站链接，以了解更多关于界面现象和吸附的内容。
附特性，开发出具有特
殊功能的新材料，如吸
附剂和催化剂等。
结论
1
界面现象和吸附对科学研究和应用的意义
了解界面现象和吸附有助于深入研究材料性质、液体流动和分离技术等领域。
2
未来发展方向和挑战
继续探索界面现象和吸附的新现象、新机制和新材料，并解决实际应用中的问题。
参考文献
1
相关的文献资料与网站链接
的大小来计算。
吸附现象
1
定义
2
种类
3
影响因素
吸附现象是指分子或原
吸附现象可分为化学吸
影响吸附现象的因素包
子从气体或溶液中被吸
附和物理吸附。
括温度、压力和固体表
第四章界面现象和吸附ppt课件
2、利用σ与温度的关系求 用于高聚物，气-固表面
液体的表面张力随温度T↑而↓。测定高聚物熔 体在不同温度下的σ，再外推到相当于固态时某 一温度下的σ，即为该T下的σ。忽略了相变对σ 的影响，只能是近似值。
1.气-液界面
空气
CuSO 4 溶液
气-液 界面
2.气-固界面
气-固界面
3.液-液界面
H 2O
Hg
液-液 界面
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H 2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
二、界面现象
1、定义
在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现 象，总称为表面现象。界面现象所讨论的是在相界面 上发生的一些行为。对于多相体系，在讨论其热力学 性质时，并未考虑其界面的特殊性质，这是因为在通 常情况下，体系中物质的表面分子占全部分子的比例 很小，可以忽略不计。但当表面分子所占比例很大时， 其界面层的性质就必须考虑。
3、表面张力 由于表面层分子始终受到一个指向液体内部的引力
作用，因此液体表面层分子总是有向液体内部移动的趋 向，力图缩小液体表面积。因此，可认为，液体表面上 存在使液面绷紧的张力，称为——表面张力。表面张力 的本质是由分子间力引起的。
1）定义 A、增加单位表面积所消耗的功。
由于表面张力的存在，所以要把液体内部的分 子搬到表面使表面积增加，就必须克服张力，对
V/r3 2.013 1.990 1.975 1.953 1.939 1.917 1.903 1.882 1.868 1.847
F 0.2651 0.2652 0.2652 0.2652 0.2652 0.2654 0.2654 0.2655 0.2655 0.2655
界面现象与胶体化学
2
*I与 成反比
4
2.动力学性质 （1）布朗运动* （2）扩散 （3）沉降与沉降平衡 3.电学性质 （1）电泳* 定义、利用其判断胶体带电性质 （2）电渗 *胶体系统能够稳定存在一段时间的原因： 胶体粒子带电、布朗运动、溶剂化作用
二、胶团结构*
1.胶粒 包括三部分：胶核（构成胶体的固体粒子的集合体） 吸附离子 紧密层 2.扩散层 例（1）在稀溶液AgNO3中缓慢滴加KI稀溶液形成AgI溶胶
ln
P
Pr<p
P 2M 2Vm ln Pr RTr RTr
(2)解释毛细管凝结现象及亚稳现象
三、固－气界面吸附现象
1.几个概念
吸附、吸附质、吸附剂、
脱附、吸附平衡、吸附量
2.物理吸附与化学吸附的区别
2.吸附理论
（1）朗缪尔吸附理论及吸附等温式* 基本假设：吸附为单分子层吸附、
杨氏方程
ls
- cos l
sl
s
五、溶液表面吸附现象
1.概念 溶液表面吸附现象 表面吸附量Γ 2.分类 正吸附：溶质浓度增大而界面张力减小，c表＞c体 负吸附：溶质浓度增大而界面张力增大， c表＜c体
3.吉布斯吸附等温方程*
c d ＝ － RT dc
.. 4.表面活性剂(定义、分类及应用）
{[ AgI ]mnAg+.(n-x)NO3-}x+.xNO3（2）在稀溶液KI中缓慢滴加AgNO3 稀溶液形成AgI溶胶
{[ AgI ]mnI-.(n-x)K+}x－.xK+
三、溶胶的稳定与聚沉* 1.破坏溶胶的稳定性的最好方法：
加入电解质 2.聚沉能力大小 （1）价数原则：反离子价数愈大，聚沉能力愈强 （2）同一价态比较：感胶离子序
第6讲 界面现象和吸附
dG = -SdT + VdP + σdA 注意：表面自由能并非表面分子总能量，
而是表面分子比内部分子自由能之增值。
一、表面张力与表面自由能
F=2×L×σ可逆条件下做功，恒温恒压条件下，此处 等于体系自由能的增量 ΔG =2L×σ×Δd 其中2L×Δd为此过程中体系表面积的改变值，所以
G 2 L d
第六讲
界面现象和吸附
§1
液体表面
液体表面具有自动收缩表面的趋势。当无外力 影响时，一滴液体总是自发地趋向于球形。而体积 一定的几何形体中球体的面积最小。故一定量的液
体由其它形状变为球形时总伴随着面积的缩小。
§1
液体表面
液体表面
一、表面张力与
表面自由能
二、弯曲液面
一、表面张力与表面自由能
1. 表面张力
2 a hR' ( 1 2 ) g
2
毛细常数是研究表面现象时常用的参数。
二、弯曲液面
3. 液体蒸汽压，曲率与Kelvin公式 当液体表面由平表面变为曲率半径为 r 的液面时，小液 滴蒸汽压 Pr 与平液面蒸汽压关系为：
Pr VL 2 ln P0 RT r
…………………Kelvin公式
二、弯曲液面
上式虽是正确的（热力学推导），但欲以实验证明 却很不容易，原因是在易于做实验的半径范围内蒸汽压
的改变不很多。
例如液球半径为10-6m时，蒸汽压力仅改变千分之一， 而蒸汽压又与温度有很大关系；温度相差0.1℃，蒸汽压 可改变1%，温度相差0.01℃，蒸汽压改变1‰ 。因此这类 实验的温度的控制须非常严格，而使温度长时间稳定在 0.001℃更好并非一件容易做到的事。
定义：如右图用金属丝或细玻璃捧 弯成一个方框，使其一边可以自由移动 让液体在此框上形成液膜ABCD，其中
电极溶液界面的吸附现象
电极溶液界面的吸附现象
电极溶液界面的吸附现象是电化学研究中的重要现象之一，它是描述电化学过程中离子、分子在电极表面的吸附现象。
在电化学反应过程中，电极表面的离子、分子与电极之间存在一种相互作用，称为电化学吸附，它极大地影响着电化学反应的速率和机理。
1. 离子吸附
离子与电极表面间的吸附作用可以是物理吸附或化学吸附。
物理吸附是指离子与电极表面通过静电相互作用而产生的吸附作用；化学吸附是指离子与电极表面形成化学键而产生的吸附作用。
离子吸附是电极表面电荷的来源，对电极的反应速率和反应路径有影响。
3. 水合物吸附
许多离子在溶解于水中时与水分子形成水合物，而这些水合物和离子可吸附在电极表面。
水合物吸附对电解质电导度的测量、离子交换、膜生长等过程有着重要的影响。
在电化学研究中，吸附现象对电极的反应活性有着重要的影响。
通过研究电极表面的吸附现象，可以揭示反应过程中离子或分子吸附的量、类型和质量分布等信息，从而促进电化学反应的研究和探索。
界面现象题目--答案参考
界⾯现象题⽬--答案参考界⾯现象习题集1、为什么⾃由液滴必成球形？答：纯液体表⾯上的分⼦⽐内部分⼦具有更⾼的能量，⽽能量降级为⼀⾃发过程，所以它必然导致表⾯⾯积为最⼩状态。
2、为什么有云未必有⾬？如何使云变成⾬答：空⽓的上升运动，造成⽓温下降，形成过饱和⽔⽓；加上吸湿性较强的凝结核的作⽤，⽔⽓凝结成云，来⾃云中的云滴，冰晶体积太⼩，不能克服空⽓的阻⼒和上升⽓流的顶托，从⽽悬浮在空中。
当云继续上升冷却，或者云外不断有⽔⽓输⼊云中，使云滴不断地增⼤，以致於上升⽓流再也顶不住时候，才能从云中降落下来，形成⾬。
3、分⼦间⼒与什么有关，其与表⾯张⼒的关系何在？答：分⼦间⼒与温度、电荷分布、偶极矩、分⼦相对质量、外加电场有关表⾯张⼒实质为每增加单位表⾯积所增加的⾃由焓1）表⾯张⼒的物理意义需⽤分⼦间作⽤⼒解释：在液体表⾯，表⾯分⼦的两侧受⼒不等。
⽓相分⼦对它的引⼒远远⼩于液相。
必然受到向下的拉⼒。
所以，要将液体内部的分⼦拉⾄表⾯，必须克服分⼦间⼒对其做功。
该功主要⽤来增加其表⾯能。
即：Γ为增加单位表⾯积所做的功。
对纯液体⽽⾔，热⼒学诸函数关系为：通常以等温等压和定组成条件下，每增加单位表⾯积引起⾃由焓的变化，即⽐表⾯⾃由焓。
⽐表⾯⾃由焓即为表⾯张⼒。
2）表⾯张⼒是液体分⼦间引⼒⼤⼩的度量指标之⼀，凡是影响分⼦间⼒的因素必将影响表⾯张⼒。
4、20℃时汞的表⾯张⼒Γ=4.85×10-1N/m ，求在此温度及101.325kPa 的压⼒下，将半径r1=1.0mm 的汞滴分散成r2=10-5mm 的微⼩汞滴⾄少需要消耗多少的功？答： dA=8dr = -w Γ=4.85×10-1N/m w=6.091x J5、分⼦间⼒的认识过程说明了什么?你有哪些体会？答：我们对于分⼦间⼒的认识是⼀个不断深化的过程。
由于看到了各物质之间的异同⽽提出了分⼦间⼒这样⼀个概念来解释。
随着解释的不断深⼊，认识也在不断地提⾼，从⽽对其进⾏更多的修正。
界面现象问答题
1液滴会自动成球形，固体表面有吸附作用，溶液的表面也会有吸附现象，请给予热力学解释。
答：在一定的T、p下，系统的吉布斯函数越低越稳定。
G =σ A 液滴自动呈球形是因为相同体积时，液滴的表面积最小。
固体表面和液体表面有吸附作用是因为可通过吸附作用来降低表面的不对称性，降低表面张力，使吉布斯函数降低。
2工业上常用喷雾干燥法处理物料。
答：根据开尔文公式可知，微小液滴的饱和蒸气压比普通平液面的饱和蒸气压的大，因此在同样温度下更易挥发，使物料达到干燥的目的。
3用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体，水、硫酸水溶液、丁醇水溶液，则它们的滴数最多的是哪一个，最少的是哪一个？答：把水的表面张力看为定值，加入硫酸后硫酸水溶液的表面张力增大，加入丁醇后丁醇水溶液的表面张力减小，表面张力越大越易形成球状。
所以硫酸的滴数最少，丁醇滴数最多。
4、解释下列各种现象及其产生原因（1）均匀混合的油水系统经静止后会自动分层；（2）自由液滴或气泡通常呈球型；（3）粉尘大的工厂或矿山容易发生爆炸事故。
答：（1）均匀混合的油水系统静止后分层是液体自动缩小界面积的现象。
均匀混合的油水系统是多相分散体系，相与相之间的界面积很大，界面能很高，处于不稳定状态，因而会自动缩小界面积而使系统趋于稳定。
2）自由液滴或气泡也是液体自动缩小界面积的现象。
一方面由于体积一定时，球型液滴表面积最小，另一方面若形成凸凹不平的不规则表面，在凸凹处分别受到相反方向附加压力的作用，在这些不平衡力的作用下，必然会形成球型表面，各处压力均衡，系统才处于稳定状态。
3）粉尘是细小的固体颗粒分散在空气中形成的分散系统，颗粒越小，表面积越大，表面能越高，因处于极不稳定的状态。
当遇到明火、撞击等不安全因素时，就会导致系统的燃烧甚至爆炸。
5、纯水和矿泉水注满玻璃杯时，哪一个的液面会更高于杯口？答：矿泉水中含有无机盐离子，可使水的表面张力增大，进而增大了水于玻璃杯壁的接触角，所以矿泉水的液面会更高于杯口6、气、固相反应CaCO3（s）——CaO（s）+ CO2（g）已达平衡。
溶液的表面张力和界面吸附
如脂肪酸阴离子，可用于分离提纯蛋白质； 消化过程：脂肪在肠胃的消化 依赖于胆盐胶束的增溶作用
34
4. 洗涤：去污。
去污过程：
在水 (W) 中，粘附于固体衣
物 S 表面的污垢 D，在洗涤 剂的作用下，降低了D与S的 粘附功 Wa，而使 D 脱落。
消耗的表面功增大。
体相浓度>表面浓度
非表面活性物质
4
水溶液表面张力随浓度的变化 B） 随浓度 c 增加而下降，开 始下降快一些，逐渐减慢。
这类溶质有：非离子型极性有机物， 如：（可溶于水的）醇、酸、醛、酮、 醚、酯类等。一般含有一个极性基 （如 OH 基或 COOH 基）和一个非极性碳氢基团。这类分子倾 向于聚集在表面层， 表面取向：极性部分指向体相溶液，非极性部分朝向气相。源自 32 1020
m 32 (A )
2
o 2
Am 20.5 (A )
o 2
(其它方式)
这个值比用其它方法求得的数值偏大 ：
这可能是由于水分子进入表面层的缘故（表面烃基 链之间有空隙）
19
饱和吸附量的经验规律
Γ与分子截面积大小及分子间作用力有关，而截面
积大多取决于亲水基之大小，当亲水基截面积大，
效率 ↗ ↘ ↘
有效值 ↘ ↗ ↗
结论：脂肪长链、亲水基团在末端的表面活性剂效 率高，但相同 CH 链长下，有效值较低。如图：
29
三. 胶束
对于（常用的）离子型活性剂，当浓度增大到一定值 时，溶液内的活性分子可以以憎水基的相互靠拢而聚
集成 “胶束 ”。
溶液的表面吸附
溶液的表面吸附——Gibbs 吸附公式 *Gibbs 吸附等温式的推导
Gibbs吸附公式
Γ2
a2 RT
d
da2
式中G2是溶剂超量为零时溶质2
在表面的超额。
它的物理意义是：在单位面积的表面层中，所含溶质
的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中所含溶
质的物质的量之差值。即：
Γ2
n2
n1 (n20 A
/
n10 )
a2是溶质2的活度，d/da2是在等温下，表面张力 随
溶质活度的变化率。
溶液表面吸附——Gibbs吸附公式
溶液貌似均匀，实际上表面相的浓度与本体不同 把物质在表面上富集的现象称为表面吸附
表面浓度与本体浓度的差别，称为表面过剩， 或表面超量
溶液降低表面自由能的方法除了尽可能地缩小 表面积外，还可调节不同组分在表面层中的数量
正值，是正吸附。表面层中溶质浓度大于本体浓度。
表面活性物质属于这种情况。
2.d/dc2>0，增加溶质2的浓度使表面张力升高，G2为
负值，是负吸附。表面层中溶质浓度低于本体浓度。
非表面活性物质属于这种情况。
*Gibbs吸附等温式的推导 表面相的定义
A
cB
'
“ ”
B'
cB
*Gibbs吸附等温式的推导
表面相SS‘面位置的选定
S1 S2
a与b面积相等
浓度
与界面的距离
若加入的溶质能降低表面张力，则溶质力图 浓集在表面层上；当溶质使表面张力升高时，则 它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低。
Gibbs吸附公式
Gibbs用热力学方法求得定温下溶液的浓度、
表面张力和吸附量之间的定量关系式
溶液表面的吸附现象
脂肪酸吸附量大小顺序为： 甲酸<乙酸<丙酸<丁酸<……
表面活性物质
能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。
这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环(或称亲油 基团)有机化合物。简称两亲分子。
溶于水中时，亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在 界面定向排列。
表面活性剂的效率与有效值在数值上常常是相反的。例如，当憎水基团的 链长增加时，效率提高而有效值降低。
两亲分子在气液界面上的定向排列
两表面活性剂分子在低浓度时，主 要分布在水面上。当浓度达到一定数值 后，它在表面层中的超额为一定值，与 本体浓度无关，并且和它的碳氢链的长 度也无关。这时，表面吸附已达到饱和， 分子合理的排列是亲水基基向水，碳氢 链向空气。
R2N-(C2H4O)nH
聚氧乙烯烷基胺
R-CONH(C2H4O)nH
聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H
多元醇型
表面活性剂效率和有效值
表面活性剂效率 使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂的浓度。显然，所需浓度愈 低，表面活性剂的性能愈好。
表面活性剂有效值 能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表面张力降得愈低， 该表面活性剂愈有效。
2质.浓度( 低c>于0)，本T 增体加浓溶度质。2表的面浓惰度性使物表质面属张于力这升种高情，况G。为负值，是负吸附。表面层中溶
表面活性物质
有研究表明，一些短链的表面活性物质表面张力几 乎相等，但是，当将他们溶于水中后，使水表面张力降 低的能力却不相同，相应地，其吸附量也有所不同。
天津大学胶体与表面化学第四章界面现象和吸附 ppt课件
04.09.2020
18
GrRlTnp p0 r
lnpr p0
2液气M RTr
Kelvin公式
举例分析：
04.09.2020
19
第三节 润湿和铺展（wetting and spreading）
一、接触角（Contact）和杨氏方式（Young T） 接触角（Contact angle)：在气、液、
w rFd 2 lx d xdsA
所以： w r
dA s
- 表面张力， 表示液体增加单位表面 积时，环境所做的可逆功，单位 J. m-2。
04.09.2020
3
由于恒T、P下，可逆非体积功等于系统的Gibbs函数变
w r dG T.P dA
所以：
(
G As
)T
.P
所以也称为增加单位表面积时增加的Gibbs函数， 单位 J.m-2。
固 气液
气Байду номын сангаас
固 液
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
04.09.2020
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
（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。
04.09.2020
化学表面化学练习题表面吸附和界面现象
化学表面化学练习题表面吸附和界面现象化学表面化学练习题：表面吸附和界面现象表面吸附和界面现象是化学中重要的概念，对于理解材料的特性及其应用具有重要意义。
本文将围绕表面吸附和界面现象展开论述，探讨相关练习题，旨在帮助读者进一步理解和应用相关知识。
1. 吸附现象是指气体、液体或固体在与表面接触的情况下，被物质的表面吸附或附着的现象。
根据吸附力的强弱，可以将吸附分为物理吸附和化学吸附。
2. 物理吸附主要由范德华力引起，其吸附速度快，吸附热较低；化学吸附则需要化学键的形成和断裂，吸附速度较慢，吸附热较高。
3. 表面活性剂是一类能够降低液体表面或液-固界面的表面张力的物质。
常见的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。
4. 表面活性剂具有乳化、分散、润湿等特性，被广泛应用于液体洗涤剂、乳化剂、润滑剂等领域。
5. 分散系统中，存在两种无序排列的结构，即胶束结构和微乳液结构。
胶束结构是表面活性剂在溶液中形成的球形结构，其中疏水基团聚集在内，疏水基团聚集在外；微乳液结构是指表面活性剂和一定量的溶剂形成的连续的液滴结构。
6. 界面张力是液体与气体或液体与液体交界面上的单位长度所受的力，常用符号为γ。
根据界面上的液体种类不同，可以将界面张力分为气液界面张力和液液界面张力。
7. 洗涤剂对界面张力有明显影响，能够降低液体表面的张力，使表面张力减小，达到润湿和乳化的效果。
8. 表面活性剂的胶束结构对其性能具有重要影响。
胶束的大小与表面活性剂的浓度有关，随着浓度的增加，胶束的大小逐渐增大，直至形成连续的液滴。
9. 色散系统中的分散相通常是固体微粒，而分散介质可以是气体、液体或固体。
颗粒的大小和分散体系的粘度都会影响分散体系的流变性质。
10. 界面活性剂的添加对分散系统的流变性质有重要影响，可以改变其黏度、流变曲线的形状和流动特性。
总结起来，表面吸附和界面现象是化学中不可忽视的重要现象。
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例3：用同一个滴管分别滴下1cm3 NaOH 水溶液、水、乙 醇水溶液，各自的滴数为（ ）C A NaOH 水溶液18滴，水15滴，乙醇水溶液25滴 B NaOH 水溶液25滴，水18滴，乙醇水溶液15滴 C NaOH 水溶液15滴，水18滴，乙醇水溶液25滴 D 都是18滴
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表面活性物质的分类
表面活性 物质分类
离子型表 面活性剂
阴离子表面活性剂 如肥皂 RCOONa
阳离子表面活性剂 如胺盐 C18H37NH3+Cl－
两性表面活性剂 如氨基酸型R-NH-H2COOH
非离子型 如聚乙二醇类 表面活性剂 HOCOH2[CH2OCH2]nCH2OH
阴离子型和阳离子型表面活性剂不可混用.
化合物种类
X
Am /nm2
脂肪酸Leabharlann －COOH0.205
二元酯类 酰胺类 甲基酮类 甘油三酸脂类(每链面积) 饱和酸的酯类
－COOC2H5 －CONH2 －COCH3 －COOCH2 －COOR
0.205 0.205 0.205 0.205 0.220
醇类
－CH2OH
0.216
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表面活性物质在吸附层的定向排列
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表面活性物质在吸附层的定向排列
请大家思考几个问题： （1）为什么泉水，井水都有比较大的表面张力？将泉水 小心注入干燥的杯子，泉水会高出杯面，这时加一滴肥皂 液将会发生什么现象？ （2）既然表面吸附达到饱和，活性剂在溶液表面排列满 了以后，就不再吸附到表面，那么多余的表面活性剂都到 哪里去了呢？它们呈什么形式排列呢？ （3）洗衣粉、洗洁精的基本工作原理是什么呢？结合表 面活性剂在溶液表面排列的方式来考虑。 （4）为什么说洗衣粉和洗洁精等不能放太多,否则对身体 有害？
CH3(CH2)7=CH(CH2)7
表面活性物质的亲 COO－ H+ 水基团X受到极性很强的
• 油酸分子模型图
固定的 障片
可移动的 障片
水分子的吸引而有竭力 钻入水面的趋势, 同时非 极性的碳链倾向于翘出 水面或钻入非极性的有
机溶剂或油类的另一相
中, 从而在界面上形成单
• 油酸单分子膜示意图
分子膜.
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溶液表面的吸附现象
能使水的表面张力 明显升高的溶质称为表 面惰性物质。如无机盐 和不挥发的酸、碱等。
这些物质的离子有 水合作用，趋向于把水 分子拖入水中，非表面 活性物质在表面的浓度 低于在本体的浓度。
γ
I 无机酸, 碱,
盐等.
γ0 Ⅱ 有机酸, 醇, 酯, 醚, 酮等.
Ⅲ 肥皂, 合成 洗涤剂等.
不同的长碳链有机化合物在水溶液表面饱和吸附时占据 几乎相同的面积, 该面积实际上是碳氢链的横截面积, 可见这 些活性剂分子是定向紧密在排列在表面层中的.
当吸附量达到最大，这时，表面吸附已达到饱和，脂肪酸 分子合理的排列是羧基向水，碳氢链向空气。
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表面活性物质在吸附层的定向排列
一般表面活性剂分子都是由亲水性的极性基团和憎水 (亲油) 性的非极性基团两部分所构成 (见图示).
溶液表面的吸附现象
表面活性剂被称为“工业味精”。它的作用原理就是溶 液的表面吸附。生产生活中处处用到表面活性剂，例如皂、 洗衣粉、洗洁精、洗手液、衣物柔顺剂、金属表面处理和润 滑、洗车剂、皮革处理、医药、化妆品等等。
溶液表面的吸附: 溶质在溶液表面层(表面相)中的浓度与在 溶液本体(体相)中浓度不同的现象。
吉布斯吸附等温式——对稀溶液，表面过程T可以这样表示：
c d
RT dc
C是溶液中表面 活性剂的浓度
以实测的γ对c 作图, 求出指定浓度下的斜率( / c ) ， 即
可由吉布斯吸附等温式求得该浓度 时溶质吸附量 .
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吉布斯吸附等温式
Γ c d
γ
RT dc
I 无机酸, 碱, 盐等.
1.dγ/dc <0，增加溶质的浓度使表 γ0
面张力下降，Г为正值，是正吸附。
Ⅱ 有机酸, 醇, 酯
表面层中溶质浓度大于本体浓度。
表面活性物质属于这种情况。( Ⅲ 型曲线 )
Ⅲ 肥皂, 合
c
成洗涤剂 等.
2.dγ/dc >0，增加溶质 的浓度使表面张力升高，Г为负值，是
负吸附。表面层中溶质浓度低于本体浓度。非表面活性物质
属于这种情况。(Ⅰ型曲线 )
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溶液表面的吸附现象
• 表面活性剂显著降低水的表面张力.
(左) 将硫(密度2.1g/cm3)小心地放到水面上, 水－硫界
面张力大而难以增大其界面积, 使硫不能浸湿.
(右) 向水中滴入几滴清洁剂, 水－硫界面张力减小, 硫
沉入水底.
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吉布斯吸附等温式
在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与同量溶 剂在溶液本体中所含物质的量的差值，称为溶质的表面过 剩或表面吸附量——表面过剩Γ
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表面活性物质在吸附层的定向排列
一般情况下, 表面活性物质的 - c 曲线如下图所示. 类
似于朗谬尔单分子层吸附, 有
mkc /(1 kc)
式中Γm为单分子层饱和吸附量. 由Γm的实 测值可算出每个表面活性分子所占面积Am,
Am = 1 /Γm L
c • 溶液吸附等温线
• CnH2n+1X化合物在单分子膜中每个分子所占面积
表面相和体相中的分布.
正吸附: 若溶质的加入使溶液 γ0 表面张力降低, 则溶质自动地 从体相富集至表面, 增大其表
Ⅱ 有机酸, 醇, 酯, 醚, 酮等.
面浓度.
负吸附: 若溶质的加入使溶液 表面张力升高, 则溶质表面浓 度自动低于体相浓度.
Ⅲ 肥皂, 合成 洗涤剂等.
c
• 水溶液表面张力与溶质浓度的关系
c • 水溶液表面张力与溶质浓度的关系
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溶液表面的吸附现象
能使水的表面张 力明显降低的溶质称 为表面活性物质。即： Ⅲ 型物质。
这种物质通常含 有亲水的极性基团和 憎水的非极性碳链或 碳环有机化合物。种 类繁多，应用广泛。
γ
I 无机酸,
碱, 盐等.
γ0 Ⅱ 有机酸, 醇, 酯, 醚, 酮等.
Ⅲ 肥皂, 合成 洗涤剂等.
同固体一样，液体表面也可以发生吸附，由于溶液表面 吸附了其本体中的溶质后，可以降低表面张力，即降低其 吉布斯函数，因而吸附可以自动发生。
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溶液表面的吸附现象
溶液的表面张力与溶质的浓度有关 (见图示 3 种情况).
溶液表面吸附产生的原因
是系统为尽可能降低表面吉 γ 布斯函数而自动调整溶质在
I 无机酸, 碱, 盐等.