界面现象练习题PPT教学课件
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最新物理化学10-2界面现象ppt精品课件
θ
Va Vma
再联系（10.3.3）式 可得：
bp V a θ 1 b p Vma
10.3.4
第十四页，共22页。
因此，朗缪尔吸附等温式还可写成以下形式：
Va
Vma
bp 1 bp
1 Va
1 Vma
1 Vma
b
1 p
10.3.5a 10.3.5b
由10.3.5b
可知,若以
1 Va
对
1 p
作图,应得一条直线,由其斜率
1 Vma /dm 3
kg1
kPa 0.01868 kPa
( 计算机求得: b = 0.01839 kPa )
由定义，饱和(bǎohé)吸附量是 1 kg 活性炭吸附的气体在标 准状态下的体积。所以在 m kg 活性炭上吸附的 CO 分子数为：
N m pVma L RT
（ 这里 p、T 指标准态压力与温度）
数）N。因为吸附速率与A的压力 p 及固体表面上的空位数
( 1- )N 成正比。
v吸附 k1 p (1 θ)N
第十二页，共22页。
解吸速率与固体表面上被复盖的吸附位置数，即被吸附
的分子数成正比。 v解吸 k1θ N
动态平衡时吸附速率与解吸速率相等：v 吸附= v 解吸
k1 p1 θ N k1θ N
及截距,可求得 Vma 和 b
第十五页，共22页。
朗缪尔公式的性状：
a. 压力很低时，b p << 1, 式（10.3.5a)简化为：V a Vma b p
吸附量与压力成正比，这反映了，吸附等温线的起始段， 几乎是直线的情况。
b. 压力很高时，b p >> 1， 则有： V a Vma
《界面现象》PPT课件
δW' dAs
式中γ为比例系数，它在数值上等于当T，p及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系 做的可逆非膨胀功。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表
面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自
由能，或简称表面自由能或表面能，用符号
表示，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 布斯函数的数值和量纲是等同的。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
物理吸附与化学吸附
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
式中γ为比例系数，它在数值上等于当T，p及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系 做的可逆非膨胀功。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表
面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自
由能，或简称表面自由能或表面能，用符号
表示，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 布斯函数的数值和量纲是等同的。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
物理吸附与化学吸附
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
物理化学第10章界面现象ppt课件
他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化 的普遍关系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年， 开尔文（Kelvin）将界面扩展时伴随的热效应与界 面张力随温度的变化联系起来。后来，他又导出蒸 汽压随界面曲率的变化的方程即著名的开尔文方程。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
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物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
《物理化学教学课件》第十章界面现象
界面现象的基本原理
表面张力
表面张力是物质表面分子或离子间的吸引力，使得物质表 面尽可能收缩。表面张力的大小与物质种类和温度有关。
润湿
润湿是指液体在固体表面铺展或被固体表面吸附的现象。 润湿与固体的表面能、液体的表面张力以及固体与液体之 间的相互作用力有关。
吸附
吸附是指物质在界面上的富集现象。吸附可以分为物理吸 附和化学吸附，物理吸附主要与物质在界面上的范德华力 有关，化学吸附则涉及到化学键的形成。
润湿是指液体在固体表面铺展并覆盖住表面的现象，而不润湿则是指液体不能在固体表面 铺展的现象。
润湿与不润湿产生的原因
润湿与不润湿现象的产生与液体和固体表面的分子间相互作用有关，当液体分子与固体表 面分子间的相互作用力大于液体分子间的内聚力时，就会产生润湿现象；反之则产生不润 湿现象。
润湿与不润湿的应用
能源
能源的储存与转化过程中涉及大量界面现象，如电池、燃料电池等，深入研究 界面现象有助于提高能源利用效率和降低环境污染。
环保
污水处理、大气污染控制等领域涉及大量界面现象，通过优化界面现象可实现 更高效的环保技术。
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毛细现象
毛细现象定义
毛细现象是指由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中上 升或下降的现象。
毛细现象产生的原因
由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中产生向上的附加压 力，从而使液体在细管中上升。
毛细现象的应用
毛细现象在自然界和日常生活中广泛存在，如植物的吸水、毛细血 管等。
润湿与不润湿
润湿与不润湿定义
04
界面现象的实验研究方法
表面张力测量方法
表面张力是液体表面所受到的垂 直于表面方向的力与表面每单位
09界面现象-文档资料88页
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。 把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高， 比表面也越大。
例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3 ，逐渐分 割成边长为1nm的小立方体时，总表面积将增加 一千分倍散。程度越高，比表面越大，表面能也越高
可见达到nm级的超细微粒，具有巨大的比表面 积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和 多相催化方面的研究热点。
As
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。
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
Γ2
a2 RT
d
da2
Γ2
c2 RT
d
dc2
1.d/dc2<0，增加溶质2的浓度使表面张力下降，G2为
正值，是正吸附。表面层中溶质浓度大于本体浓度。
例题 水蒸气迅速冷却至 25℃ 时会发生过饱和现 象。已知 25℃ 时水的表面张力为 0.0725N·m－1 ， 当过饱和蒸汽压为水的平衡蒸汽压的4 倍时试求算最 先形成的的水滴半径为多少？此种水滴中含有多少个 水分子？
解： 根据开尔文公式求在此饱和蒸汽压时液滴半径：
rRT2 ln(M pr/p)(1002 0 0 8..0 37 11 55 2 1 9 8 8 .1 1 5 0 3 ln4)m
型与 非离子型的。溶于水后能电离生成离子的， 称为离子型表面活性物质；凡在水中不能电离的， 就称为非离子型表面活性物质。离子型的按在水 溶液中的电性，可进一步分类。具体分类见下图：
阴离子型：如肥皂 ，RCOONa
离子型：
R
－+
界面现象习题课37页PPT
卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
界面现象习题课
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
界面现象习题课
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
物理化学及实验褚莹第十章界面现象精品PPT课件
[练习题] 对分散相为球形的物质，证明其体
积比表面为
AV
3 r
9 1
10.1.2 表面自由能和表面张力
对于凝聚相而言，表面层分子与内部分子的受力 情况不同。
图10-1 液体分子的受力情况
在无其它作用的情况下，所有表面层分子都 有力图进入内部的趋势，若扩展液体的表面积， 即把一部分内部分子移至表面，则需要克服拉力 作功，此功将转化为表面分子的势能。可见，表 面分子比内部分子具有更高的能量。
金 属 键 离 子 键 极 性 共 价 键 非 极 性 共 价 键
温度： 压力：
01TTCn
p ,
T ,
10.1.3 界面热力学性质
对于组成不变的均相封闭体系，当有表面功存在时， 热力学基本方程为
d U T d Sp d V γd A d H T d S V d pγd A d F S d T p d V γd A d G S d T V d p γd A
解：设小水滴的数目为N，则
34r13 N 34r23
N
r1 r2
3
1018
Байду номын сангаас
GA A 12dAA2A1
N 4 r 2 2 4 r 1 2 0 .9J14
[思考题] 由此计算结果说明为什么处理固体粉尘
的工厂要防止粉尘爆炸。
10.2 弯曲表面的附加压力和蒸气压
10.2.1 弯曲表面的附加压力
多相分散体系的分散程度用比表面表示：
体积比表面
AV
def
A V
质量比表面
Am def
A m
比表面随着物质分散程度的增大而增大。
例如，边长为立方体，A 6c 2 m 6 1 4 0 m 2 ， AV 600m1 。分散成 10 21 个边长为 1nm3立方 体，A613 0m2，AV 6109m1。
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(A) 降低
(B) 增加
(C) 不改变
答：A
题4
人工降雨是将AgI 微细晶粒喷撒在积雨云层中，目的是为降 雨提供 ( )
(A) 冷量 (B) 湿度 (C) 晶核
答案：C
题5
溶液界面定温吸附的结果，溶质在界面层的组成标度 ( ) 它在体相的组成标度。
(A) 一定大于 (B) 一定小于 (C) 可能大于也可能小于
答案：C
题8
化学吸附的吸附力是 ( ) (A) 化学键力 (B) 范德华力 (C) 库仑力
、
答案：A
题9
若一种液体在固体表面能润湿，则下列几种描述中正确的 是( )
(A) θ＞90º (B) θ＝180º (C) θ＜90º
答案：C
题10
同种液体相同温度下，弯曲液面的蒸气压与平液面的蒸气压 的关系是 ( )
题1
今有4种物质：①金属铜，②NaCl(s)，③H2O(l)，④C6H6(l)， 则这4种物质的表面张力由小到大的排列顺序是 ( )
(A) ④＜③＜②＜① (B) ①＜②＜③＜④ (C) ③＜④＜①＜②
答：AΒιβλιοθήκη 题2由两种不互溶的纯液体A和B相互接触形成两液相时，下面 说法中最符合实际情况的是 ( )
答案：C
题6
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
答案：A
题7
在潮湿的空气中，放有3只粗细不等的毛细管，其半径大小 顺序为 r1 ＞ r2 ＞ r3，则毛细管内水蒸气易于凝结的顺序是 ()
(A) 1，2，3 (B) 2，3，1 (C) 3，2，1
(C) 液面下的附加压力
(D) 表面张力
答案：D
题12
水不能润湿荷叶表面，接触角大于90º，当水中加入皂素以
后，接触角将 ( )
(A) 变大
(B) 变小
(C) 不变
(D) 无法判断
答案：B
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(A) 界面层是一个无厚度、无体积、界限分明的几何平面 (B) 界面层有几个分子层的厚度，在界面层内，A和B两种 物质的浓度沿垂直于界面方向连续递变 (C) 界面层厚度可达几个分子层，在界面层中，A和B两种 物质的浓度处处都是均匀的
答：B
题3
高分散度固体表面吸附气体后，可使固体表面的吉布斯函数
(
)
(A) p（平）＞ p（毛细管中，凹） ＞ p（凸） (B) p（凸）＞ p（毛细管中，凹） ＞ p（平） (C) p（凸）＞ p（平）＞ p（毛细管中，凹）
答案：C
题11
在相同的温度及压力，把一定体积的水分散成许多小水滴， 经这一变化过程以下性质保持不变的是 ( )
(A) 总表面能
(B) 比表面