第八章表面化学及胶体化学课后习题答案
第八章 土壤胶体化学和表面反应
（三）土壤胶体双电层结构和表面电位
胶体微粒
胶核 双电层
决定电位离子层（内） 非活性离子层
补偿离子层（外） 扩散层
当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表 面与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和 一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布 的空间结构，称为双电层***(图8-2)。
们都称为盐基离子。
（2）盐基饱和度(base saturation percentage)BSP
在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数量
占所有吸附的阳离子的百分比，叫盐基饱和度***。
盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应； 而盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤；
盐基饱和交阳度换离性子盐交基换总量当量量（/量1/1（ 0毫 0克0克0毫克土土克当））100%
中
高
***影响土壤阳离子交换量的因素有：
（1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。
质地
砂土 砂壤土 壤土
粘土
CEC
1~5
7~8
（2）有机质 OM % CEC
15~18
25~30
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石
（4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤 的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
表8-3 不同类型土壤胶体的阳离子交换量
土壤胶体
CEC[cmol(+).kg-1]
腐殖质 蛭石 蒙脱石 伊利石 高岭石 倍半氧化物
200 100-150 70-95 10-40
3-15 2-4
4．影响阳离子交换能力的因素**
（1）电荷的影响；
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。
物理化学课后习题解答
第8章 表面和胶体化学习题解答1. 若一球形液膜的直径为2×10-3m ，比表面自由能为0.7 J ·m -2，则其所受的附加压力是多少？ 解：球形液膜 3440.7 kPa 2.8 kPa 210/2p r γ-⨯∆===⨯ 2. 若水在293 K 时的表面力为72.75×10-3N ·m -1，则当把水分散成半径为10-5m 的小液滴时，曲面下的附加压力为多少？解：3452272.7510 Pa 1.4510 Pa 10p r γ--⨯⨯∆===⨯ 3. 在293 K 时把半径1 mm 的水滴分散成半径为1 µm 的小水滴，问比表面增加了多少倍？表面吉布斯函数增加了多少？完成该变化时，环境至少需做多少功？已知水的表面力为72.75×10-3 N ·m -1。
解：设半径1 mm 水滴的表面积为A 1，体积为：V 1，半径为：R 1；半径1 µm 水滴的表面积为A 2，体积为：V 2，半径为：R 2；N 为小水滴的个数。
33121244 , 33V NV R N R ππ== 33912 1 mm 101 μm R N R ⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 229222114 1 μm 1010004 1 mm A N R A R ππ⨯⎛⎫=== ⎪⎝⎭ 12221440.07288 N m 4()=9.14510 N m 9.14510 JA G dA NR R γπ---∆==⋅⨯-⨯⋅=⨯49.14510 J A W G -=-∆=-⨯4. 在298 K ，101.325 kPa 下，将直径为1 µm 的毛细管插入水中，问管需加多大压力才能防止水面上升？若不加额外压力，让水面上升达平衡后，管液面上升多高？已知：该温度下水的表面力为0.072 N ·m -1，水的密度为1000 kg ·m -3，设接触角为0o ，重力加速度为9.8 m ·s -2。
胶体与界面化学习题
1.对于胶团[(AgBr)m•n Ag+•(n-x)NO3-]x+•xNO3-,下列说法中不正确的是（ B ）
A. 胶核是(AgBr)m
B. m＝n＋x
C. 胶粒是[(AgBr)m•nAg+•(n-x)NO3-]x+ D. 在电场中胶粒向负极移动
2.对于As2S3（负溶胶），聚沉能力最大的是( C )
3.试解释毛细凝结现象发生的原因。（6分） 2007-2008A 答：根据Kelvin公式(2分)，凹面上的蒸汽压比平面上小(2分)，所以在小于
饱和蒸汽压时，气体凹面上已达饱和而发生凝聚，这就是毛细凝聚现象(2分)， 即蒸汽变成液体在毛细管中凝聚，吸附量迅速增加。
4. 试解释过饱和蒸汽产生的原因。（6分） 答：过饱和蒸汽现象的产生是由于如果蒸汽凝结成为液滴，那么需要先形成
2. 表面张力又称为表面（吉布斯）自由能 ，液体的表面张力的方向是垂直于表 面的边界指向液体方向并与表面相切。
3. 水能润湿洁净玻璃，而水银则不能。现将一根毛细玻璃管插入水中，管内液面 将 上升 ；如在管内液面处加热，则液面将 下降 ；当毛细管插入水银 时，管内液面将 下降 ；若在管内液面处加热，则液面将 上升 。
答：当泡沫表面由于扩展而变薄，从而产生新的表面时(2分)，由于在新的 表面上溶质的吸附尚未达到平衡(2分)，使其表面张力增加，产生了表面张力梯 度(2分)，这种表面张力的梯度就会引起液体从低表面张力的周围向高表面张力 区域流动，直到此张力差消失为止(1分)。
7. 根据DLVO理论，试解释外加电解质对带电溶胶稳定性的影响。（7分） 答：根据DLVO理论，在胶团之间, 既存在着斥力势能, 又存在着吸力势能(1
答：硅胶自四氯化碳中吸附苯甲酸的量大于在水中吸附的量(3分)，因为硅 胶是极性吸附剂(1分)，水的极性比苯甲酸强(1分)，硅胶对水有强烈的吸引力， 所以减少了硅胶对苯甲酸的吸附(1分)，而硅胶对四氯化碳的吸引力弱，所以硅 胶易于吸附苯甲酸(1分)。
《胶体与界面化学》复习资料答案
《胶体与表面化学》复习思考题一、凝胶1.什么是凝胶？有何特征（两个不同）？外界条件(如温度、外力、电解质或化学反应)的变化使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态，即凝胶。
（又称冻胶）其一，凝胶与溶胶(或溶液)有很大的不同。
溶胶或溶液中的胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由行动，因而溶胶具有良好的流动性。
凝胶则不然，分散相质点互相连接，在整个体系内形成结构，液体包在其中，随着凝胶的形成，体系不仅失去流动性，而且显示出固体的力学性质，如具有一定的弹性、强度、屈服值等。
其二，凝胶和真正的固体又不完全一样，它由固液两相组成，属于胶体分散体系，共结构强度往往有限，易于遭受变化。
改变条件，如改变温度、介质成分或外加作用力等，往往能使结构破坏，发生不可逆变形，结果产生流动。
由此可见，凝胶是分散体系的一种特殊形式，共性质介于固体和液体之间。
2.举例说明什么是弹性和非弹性凝胶？由柔性的线性大分子物质，如洋菜吸附水蒸气先为单分子层吸附，然后转变为多分子层吸附，硫化橡胶在苯蒸气中的吸附则是从一开始即为多分子层吸附。
这类凝胶的干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。
如明胶、纤维素等，在水或水蒸气中都发生吸附。
不同的吸附体系，其吸附等温线的形状不同，弹性凝胶的吸附与解析通常会形成较窄的滞后圈。
由刚性质点（如SiO2、TiO2，V2O5、Fe2O3等）溶胶所形成的凝胶属于非弹性凝胶，亦称刚性凝胶。
大多数的无机凝胶，因质点本身和骨架具有刚性，活动性很小，故凝胶吸收或释出液体时自身体积变化很小，属于非膨胀型。
通常此类凝胶具有多孔性结构，液体只要能润湿，均能被其吸收，即吸收作用无选择。
这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。
3.试述凝胶形成的基本推荐？①降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。
②析出的质点即不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形成连续的网状结构。
工科化学总结和课后答案强亮生版
第八章表面化学思考题与习题解答1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。
（1）表面张力是指存在于液体表面的粘附力。
答：错，表面张力是垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力。
[ 弯曲液面表面张力的合力（附加压力）的方向是指向其曲率圆的中心]。
（2）物质的表面张力只与其温度、压力和组成有关。
答：不确切，还与其第二相组成等因素有关。
（3）因表面活性剂分子为“双亲分子”，故表面活性剂分子有一半是亲水基，一半是亲油基。
答：不确切，其双亲性是指一侧有极性,另一侧没有极性（或两侧极性不同），并非“一半”。
（4）液体对固体的润湿程度可用接触角来衡量，接触角θ> 90。
时称为润湿，接触角θ< 90。
时称为不润湿。
答：错，与所述相反。
接触角θ>90。
时称为不润湿，接触角θ< 90。
时称为部分润湿。
（5）一般说来，摩擦总是有害的。
答：不对，行走等需要摩擦，否则不能实现。
2．填充题（1）无焊药焊接时，熔化的焊锡在焊件表面呈球状的原因（是接触角偏大，需要用焊药降低接触角。
）（2）物理吸附和化学吸附的区别(3) 表面吉布斯函数与表面张力的区别和联系分别是（ΔG = σ•ΔA）(4)悬浊液、乳浊液和溶胶的定义分别是（5）表面现象产生的实质（是其表面分子的能量较高或有剩余价力）。
（6）实验室常用硅胶吸收空气中水分的原因是（极性吸附剂容易吸附极性的吸附质。
硅胶属于极性吸附剂，活性炭属于非极性（弱极性）吸附剂，水是极性吸附质。
）3．25℃时把半径为1mm的水滴分散成半径为1μm的小液滴，比表面增加了多少倍？表面吉布斯函数增加了多少？完成该变化时，环境至少要做多少功？（已知25℃时水的表面张力为72.53J/m2）?解：水滴的体积V1 = (4/3)πR3 = (4/3)×3.14×0.53 = 5.23×1.0– 1(mm)3小水滴的体积V 1=(4/3)πr 3=(4/3)×3.14×(5.0×1.0–4)3=5.23×10– 10(mm)3 该水滴分裂为5.23×1.0– 1/ 5.23×10– 10 = 109个小水滴水滴的表面积A 1 = 4πR 2 = 4×3.14×0.52 = 3.14(mm)2小水滴的总表面nA 1 =109×4πr 2=109×4×3.14×(5.0×1.0–4)2=3.14×103 (mm)2 表面扩大了3.14×1.03/ 3.14 = 103(倍) W = ΔG = σ•ΔA = 72.53(3.14×103 – 3.14)×10– 6 = 2.28×10– 1 J •m 24．有实用价值的表面活性剂，其烃链中的碳原子数在什么范围，过大或过小对表面活性有什么影响？答：碳链不同时其作用不同，碳原子数在12–18的直链烃表面活性剂的润湿、或去污效果比较好。
物理化学表面及胶体习题
界面与胶体化学习题课（一）界面与胶体化学主要公式1. 表面张力（表面自由能）= （：G）TPn B（单位N/mJ/m2）:A2. 弯曲表面下的附加压力（Young-Laplace）R = ~^ = gh（R为曲率半径，为弯曲表面两边的物质密度差）（肥皂泡Ps =—）R毛细管中h —— = 2 8® , （R毛细管半径，7接触角）R仏P g R込P g3. 弯曲表面下的蒸气压（Kelvin）RT ln - = -_ （—1）（小液滴，大液滴，土壤中的R P R2 R1毛细管吸附水，不同粒度物质的溶解度）4. 吸附等温式Langmuir, BET等（注意使用条件）：a d?5. 吉布斯表面吸附等温式：-—（讨论正、负吸附）RT da6. 接触角：0<x90°固体被液体润湿；日>90°固体不为液体润湿。
7. 胶体中沉降平衡时粒子随高度分布公式：RTl门严八牛r3（'粒子一'介质）g N°（X2 —X i）N138 Rayleigh散射公式：散射光强度与入射光波长的四次方成反比例。
胶团构造：（AgI）[（Agl）m • n「,（n-x）K+]x-• xK +胶核，胶粒，胶团，双电层，电泳，电渗，流动电势，沉降电势。
（二）习题1.293K时，把半径为1.0mm的水滴分散成半径为1.0m的小液滴，试计算（已知293K时水的表面Gibbs自由能为0.07288J/m2）:（1）表面积是原来的多少倍？⑵表面Gibbs自由能增加多少？（3）完成该变化时环境至少需做多少功？答：（1）1000; （2）. G = A =9.145 X 10-4J-4（3）Wf=9.145 X 104J6. 在298K和101.325kPa压力下，将直径为1.05 的毛细管插入水中，问需在管内加多大压力才能防止水上升？若不加压力，水面上升，平衡时管内液面上升多高？（已知298K时水的表面张力为0.072N/m, 水密度为1000kg/m3,设接触角为0度，重力加速度g为9.8m/s2）答: P s gh，Ps=288kPa h=29.39mR8. 已知在298K，平面水的饱和蒸汽压为3168PQ求在相同温度下，半径为3nm的小液滴的饱和蒸汽压，已知298K时水的表面张力为30.072N/m，水密度为1000kg/m，水的摩尔质量为18g/mol）答；RTln巴二乙卫（--）主要密度，摩尔质量单位R P R2 R得到P2=4489.7pa10.水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，使气温骤降至293K，水汽的过饱和度（P/Ps）达4。
第八章土壤胶体表面化学
B. 土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土壤， 它们所带的电荷数量可以完全不同。这是有胶体 类型不同所致。 C. pH值 主要影响可变电荷的数量。
三、土壤胶体表面电位
当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面 与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和一层 溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间 结构，称为双电层。
双电层模型
胶核 胶体微粒
胶粒
决定电位离子层（内） 双电层 非活性离子层 补偿离子层（外） 扩散层
Boltzmann方程
Cx=Coexp( )
Gouy（1910）和Chapman（1913）提出的双电层模型
x=o exp(-Kx)
式中o为表面电位，k是与离子浓度、价数、 介电常数和温度有关的常数。在室温下：k ＝3×107 Z Co 1/K称为扩散双电层的厚度 。 离子价数越高，离子浓度越大，K值越大，双电层 的厚度越小，因此，增加离子的价数和浓度，可使 双电层压缩 。
***影响土壤阳离子交换量的因素有：
（1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。
质地 CEC 砂土 1~5 砂壤土 7~8 壤土 15~18 粘土 25~30
（2）有机质 OM % CEC
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石
（4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤 的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
（三）土壤电荷数量
土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离 子的厘摩尔数表示。CEC即为pH7时土壤净负电 荷的数量。
土壤电荷主要集中在胶体部分。
胶体和表面化学必会的题目及解答
胶体化学研究胶体体系的科学。
是重要的化学学科分支之一。
表面活性剂使表面张力在稀溶液范围内随浓度的增加而急剧下降，表面张力降至一定程度后（此时溶液浓度仍很稀）便下降很慢，或基本不再下降，这种物质被称为表面活性剂。
3固体表面吸附是固体表面对其他物质的捕获，任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面难于收缩，所以只能靠降低界面张力的办法来降低表面能，这就是固体表面产生吸附作用的根本原因。
润湿是用一种流体取代固体表面上存在的另一种流体的过程。
固体表面改性通过物理或化学的方法，使固体表面性质发生改变的过程。
吸附剂能够通过物理的或化学的作用，吸附其它物质的物质。
乳状液的变型乳状液的变型也叫反相，是指O/W型（W/O型）乳状液变成W/O型（O/W型）乳状液的现象。
触变作用凝胶振动时，网状结构受到破坏，线状粒子互相离散，系统出现流动性；静置时，线状粒子又重新交联形成网状结构。
净吸力在气液界面，液体表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小，所以表面分子受到一个垂直于液体表面、指向液体内部的合吸力，称为"净吸力"。
Krafft 点离子型表面活性剂在水中的溶解度随着温度的变化而变化。
当温度升高至某一点时，表面活性剂的溶解度急剧升高，该温度称为krafft点。
浊点加热非离子型表面活性剂的透明水溶液，其在水溶液中的溶解度随温度上升而降低，在升至一定温度值时出现浑浊，这个温度被称之为该表面活性剂的浊点。
表面张力表面张力是为增加单位面积所消耗的功。
临界胶束浓度：在表面活性剂溶液中，开始大量形成胶束的表面活性剂浓度。
起泡剂在气液分散体系中，使泡沫稳定的表面活性剂，称为起泡剂。
凝胶一定浓度的溶胶体系，在一定的条件下失去流动性而形成的半固体物质。
高分子溶液分散相是高分子物质的分散体系。
比表面积对于粉末或多孔性物质，1g固体所占有的总表面积为该物质的比表面。
增溶作用指难溶和不溶有机物在表面活性剂胶束水溶液中溶解度增大的现象离浆作用水凝胶在基本上不改变原来形状的情况下，分离出所包含的一部分液体，使构成凝胶网络的颗粒相互收缩靠近，排列得更加有序。
《物理化学》习题答案
＊※习题23
P25
试求算2mol 100℃、4×104pa的水蒸气变成100℃及pθ的水时，此过程 的ΔU和ΔH。设水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计。已知水的 摩尔汽化热为40．67kJ· mol-1。
解：上述过程可分为下面两个过程
C2H5OH（l）+3O2(g)=2 CO2(g)+3 H2O（l）
ΔcHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△fHθm(C2H5OH，l ) ΔfHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△cHθm(C2H5OH，l)
解：∵ 所求方程 =（2）－（1） ∴ΔtrsHmθ=ΔrHmθ（2）－ΔrHmθ（1） =－393.5－(－395.4) = 1.9 kJ· mol－1
※ 习题43 P40 利用标准mol生成焓数据，计算下列反应的△rHθ
(1)Cl2(g)+2KI(s)=2KCl(s)+I2(s) (2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
《物 理 化 学》习题答案
（水121~4）
P17
第一章 热力学第一定律
习题9 计算lmol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积 为25dm3，终态体积为lOOdm3，始态及终态温度均为100℃。
(1)向真空膨胀； (2)在外压力恒定为气体终态的压力下膨胀；
(3)先在外压力恒定为体积等于50dm3时的气体的平衡压力下膨胀，当膨胀 到50dm3(此时温度仍为100℃)以后，再在外压力等于lOOdm3时气体的平衡 压力下膨胀； (4)等温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功，比较的结果说明了什么问题? 解：（1）由于p(外）= 0，W = 0；
第八章__土壤胶体化学和表面反应
氮气、水蒸气、甘油、乙二醇乙醚(EGME)
比表面=单个分子面积×土壤颗粒表面吸附单分子层所需分子数
三、土壤表面电荷和电位
Electric Charge and potential in soil particle surface
电荷数量：决定土壤吸附离子的多少
土 电荷密度：决定离子吸附的牢固程度 壤 电 影响土壤中离子移动和扩散，有机—无机复合 荷 体形成，土壤分散、絮凝和膨胀、收缩等性质
可变电荷 Variable or pH-dependent charge
来源: 土壤固相表面从介质中吸附离子或向介质中释
放离子。
Dissociation of exposed hydroxyl groups.
Alkaline medium: -M-OH + OHAcid medium: -M-OH + H+ -M-O- + H2O -M-OH2+
水合氧化物型表面
Oxy-hydroxide surface
M—OH
无定形的氧化铁、 铝等胶体表面
有机物表面 Organic material surface
腐殖物质为主的表面，表面羧基(—COOH)、酚羟基(— OH)、氨基(—NH2)等活性基团。离解H+ 或缔合H+ 产生表面 电荷。
R—COOH· 2O H
净电荷：土壤的正电荷和负电荷的代数和； 大多数土壤带净负电荷。
土壤电荷种类和来源
Type and origin of charge in soils
永久电荷 Permanent charge
来源: 粘土矿物晶层中核心离子的同晶替代 特点：不受介质pH值和电解质浓度的影响
工科化学第八章总结和课后答案~强亮生版
第八章 表面化学教学内容1．表面吉布斯函数与表面张力； 2．吸附作用； 3．表面活性物质 ；4．溶胶的稳定性与聚沉；5．摩擦与润滑教学要求了解物质表面状态与表面分子的特性；理解表面吉布斯函数变和表面张力的概念并用来解释润湿、增溶、乳化、起泡等现象；了解物理吸附与化学吸附的概念及其作用本质；了解影响吸附作用的因素及吸附剂的应用；了解表面活性剂的概念、分类、性质及作用；了解溶胶相对稳定的原因及溶胶的主要特性；了解润滑与摩擦的作用。
知识点与考核点1． 表面吉布斯函数变（G ∆）表面吉布斯函数增量，ΔA σΔG ⋅=，数值等于形成新表面时环境对体系所做的功（J·m –2），2．比表面吉布斯函数（σ）指定温度和压力条件下，形成单位．．新表面时环境对体系所做的功（J·m –2） 3．表面张力（σ）垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力（单位 N·m –1）。
表面张力的影响因素：①组成，②温度，③压力，④第二相组成。
4．表面现象表面自发缩小(↓ΔA )；表面（界面）张力自发降低(↓σ)的现象。
液体可以通过缩小表面积或降低表面张力两种途径来降低表面吉布斯函数；而固体只能通过吸附的方式来降低表面吉布斯函数。
5．吸附物质的界面吸引周围物质的质点，而使其暂时停留的现象。
6．表面活性剂能显著降低液体表面（界面）张力的物质。
7．表面活性剂的结构特点两端分别由极性基（如–OH 、 –COOH 、 –NH 2）和非极性基（烃基）组成的结构不对称的有机化合物，结构特点是具有既亲水又亲“油”的“双亲性”。
8．表面活性剂的性质① 表面吸附：由于表面活性剂的“双亲性”的结构特点和相似相容原理，表面活性基的极性基团留在水中，而非极性部分伸出水面，形成吸附层。
该吸附层使溶液的表面张力大大降低。
由于在表面上的表面活性剂比溶液本体的浓度大，所以是正吸附。
②形成胶束：当溶液的表面被表面活性剂占满后，为减少与极性的水分子之间的斥力，表面活性剂分子只能在溶液中形成胶团，表面活性剂在溶液中形成胶团时的最低浓度称为临界胶团浓度（CMC ）。
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
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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？
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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
第八章土壤胶体表面化学
***影响土壤阳离子交换量的因素有：
（1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。
质地
砂土 砂壤土 壤土
粘土
CEC
1~5
7~8
（2）有机质 OM % CEC
15~18
25~30
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石
（4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤 的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
土壤胶体的大小、形状、表面积、表面 电荷密度以及表面电荷变化等是理解土壤中 离子和分子的吸附与解吸、养分离子和污染 物质活性与生物有效性。絮凝、分散、传输 过程及产生的土壤水力特征和化学迁移的基 础。
根据表面结构，分 为3种类型：
一、硅氧烷型表面
土壤无机胶体（矿质胶体） 1、层状硅酸盐粘土矿物（2：1型和1：1型 等粘土矿物） 2、氧化物及其水合物
（一）阳离子专性吸附的机理
➢能够产生专性吸附的土壤胶体是铁、铝、锰等的氧化物及其水 合物。土壤中氧化物属于配位化合物，在氧化物-水体系中，处 于表面的中心离子（Fe、Al、Mn、和Si等）因为配位数未能满 足，而从水中缔合质子或羟基构成氧化物配位壳的一部分，导 致表面羟基化。中心离子周围的氧原子的较强的亲核性，决定 其对质子和金属离子（M2+）都有较强的亲合力，并与之形成羟 桥键合和环状结构。水合氧化物的这些特点就为专性吸附提供 了可能。
强
Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
三、阳离子交换
在土壤中，被胶体静电吸附的阳离子，一般都可以 被溶液中另一种阳离子交换而从胶体表面解吸。对这种
能相互交换的阳离子叫做交换性阳离子，而把发生在 土壤胶体表面的阳离子交换反应称之为阳离子交换作 用***。
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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。
4．水蒸气骤冷会发生过饱和现象。
在夏天的乌云中，用干冰微粒撒于乌云中使气温骤降至293 K ，此时水气的过饱和度(p ／p ｓ)达4， 已知293 K 时-1O H m mN 75.722⋅=σ，ρ(H 2O)＝997 kg ·m -3。
求算：(1)开始形成雨滴的半径；(2)每一滴雨中所含的水分子数。
（答案：7.8×10-10m ，66个）解：（1） 据开尔文公式rRT M p p 12ln0r ⋅=ρσ得： m 107787.74ln 10181075.722293314.8997ln 21013310r -----⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=p p MRT r σρ(2) 设雨滴为球形，则一个雨滴的体积为：3273103m 10972.1)107787.1(3434--⨯=⨯⨯==ππr V 雨滴中的水分子数为：6675.6510181002.699710972.132327≈=⨯⨯⨯⨯⨯==--M L V N ρ（个）5．已知293 K 时，-1O H m mN 75.722⋅=σ，-1O H -Hg m mN 3752⋅=σ，-1Hg m mN 483⋅=σ。
试判断水能否在汞表面上铺展开来?解：148.11075.7210)375483(cos 33O H O H -Hg Hg 22>=⨯⨯-=-=--σσσθ 说明水完全能在汞表面上铺展开。
6．在298 K 、101.325 kPa 下，将直径1 μｍ的毛细管插入水中，在管内需加多大压强才能防止水面上升?若不加额外压强，则管内液面能升多高?已知该温度下-1O H m mN 75.722⋅=σ，-3O H m kg 10002⋅=ρ，接触角θ＝0，重力加速度ｇ＝9.8 m ·s -2。
（答案：p S =291kPa ，h =29.69m ） 解： Pa 102911051075.7222373s ⨯=⨯⨯⨯==--r p σ σπ⋅⋅=r mg 2 而ρπ⋅⋅⋅=h r m 2则m 69.298.9100010291223=⨯⨯=⋅⋅=⇒⋅⋅=r g h h g r ρσρσ7．氧化铝陶瓷上需要涂银，当加热到1273 K 时，液体银能否润湿陶瓷表面? 已知该温度下σ(Al 2O 3)＝1.0 N ·ｍ-1，液态银σ(Ag)＝0.88 N ·m -1，σ(Al 2O 3-Ag)＝1.77 N ·m -1。
（答案：150°，不能润湿）解：解法一、o AgAg/OAl O Al 900875.088.077.10.1cos 3232><-=-=-=θσσσθ∴ 液体银不能润湿陶瓷表面解法二、（1）065.188.077.10.1Ag Ag /O Al O Al 3232<-=--=--=σσσϕ铺展系数φ < 0，∴ 液体银肯定不能在陶瓷表面铺展（2）077.00.177.13232O Al Ag /O Al >=-=-=∆σσ浸G∴ 液体银也肯定不能对陶瓷表面发生浸湿故，液体银不能润湿陶瓷表面！8． 273.15 K 和293.15 K 时，水的饱和蒸气压分别为610.2 Pa 和2 333.1 Pa 。
在吸附一定量水的糖炭上，在上述温度下吸附平衡时水的蒸气压分别为104.0 Pa 和380.0 Pa 。
计算：(1)糖炭吸附1 mol 水蒸气， (2)糖炭吸附1 mol 液体水的吸附热(设吸附热与温度和吸附量无关)。
（答案：–43095.2，1464.4 J ·mol -1）解：两个吸附热间的关系如右图所示。
ΔＨ吸，gΔＨ吸，l液体水（中间）水蒸气（始）糖碳吸附水（末）Δvap Ｈ∴ ΔＨ吸，l =ΔＨ吸，g +Δvap Ｈ（１） 据克－克公式，气体吸附热的计算用：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=12g ,1211ln T T RH p p 吸∴-1122121g ,mol J 43132104380ln 15.29315.27315.29315.273314.8ln ⋅-=-⨯⨯=-=∆p p T T T RT H 吸（2）据克－克公式，水的蒸发热的计算为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆-=12vap 1211''ln T T R H p p ∴-1121221vap mol J 446432.6101.2333ln 15.27315.29315.29315.273314.8''ln ⋅=-⨯⨯=-=∆p p T T T RT H∴ ΔＨ吸，l =ΔＨ吸，g +Δvap Ｈ = (-43132 ) + 44643 = 1511 J·mol -19．在液氮温度下，N 2在ZrSiO 4上的吸附符合BET 公式，今取1.752×10-2 kg 样品进行吸附，p ｓ＝101.325 kPa ，所有吸附气体体积已换成标准状态。
数据如下： p ／kPa 1.39 2.77 10.13 14.93 21.01 25.37 34.13 52.16 62.82Γ×103／L 8.16 8.96 11.04 12.16 13.09 13.73 15.10 18.02 20.32(1) 计算单分子层吸附所需N 2气的体积；(2) 求样品的比表面积。
(已知N 2分子的截面积为1.62×10-19m 2)（答案：8.248×10-3dm 3，2.05m 2·g -2）解：根据BET 二常数公式的直线式sm m s 11)(p pC ΓC C Γp p Γp ⋅-+=-和题给数据得：sp p 0.0137 0.0273 0.1000 0.1473 0.2074 0.2504 0.3368 0.5148 0.6200)(s p p Γp- 1.7053.137 10.06 14.25 19.98 24.32 33.64 58.87 80.30作)(s p p Γp -~sp p图如下图：截距 ＝CΓm 1= -3.3324 斜率 =CΓC m 1-= 124.57 ∴-13m kg dm 008248.03324.357.1241⋅=-=Γ-122023N m kg m 9228.35102.164.22008248.010022.62=⨯⨯⨯⨯==-a L ΓA或-12g m 05.252.179228.35==A10．1 g 活性炭吸附CO 2气体，在303 K 吸附平衡压强为79.99 kPa ，在273 K 时吸附平衡压强为23.06 kPa ，求1 g 活性炭吸附0.04 L 标准状态的CO 2气体的吸附热(设吸附热为常数)。
（答案：–50.92J ）解：把吸附当相平衡看待，应用克－克公式有：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=121211lnT T R H p p 吸 ∴ -1122121mol J 2851306.2399.79ln 303273303273314.8ln ⋅-=-⨯⨯=-=∆p p T T T RT H 吸故，吸附0.04mol 的吸附热 = J 514.2204.0)28513(2CO -=⨯-=⨯∆n H 吸-20020406080100p /p sp /Γ(p s -p )11．在292 K 时，丁酸水溶液的表面张力)1ln(0Θ+-=c cβασσ。
式中σ0为纯水的表面张力，α、β为常数。
(1) 求丁酸的表面吸附量与浓度的关系式。
(2) 当α＝13.1×10-3N ·m -1，β＝19.62，而浓度ｃ＝0.2 mol ·L -1时的吸附量。
(3) 当Θc cβ＞＞１时，吸附量为多少?此时丁酸在表面上可认为构成单分子层紧密排列，则丁酸分子的截面积为多少?（答案：4.30×10-6 mol ·m -2，5.39×10-6 mol ·m -2，3.08×10-19 mol ·m -2）解： （1）cc cc c c βαββασ+-=+-=ΘΘΘd )]d[ln(1d∴ cc c c βαβσ+-=ΘΘd d ，代入吉布斯吸附等温式得： ∴ cc RT c c c RT c c RT c Γβαββαβσ+⋅===========+⋅=⋅-=ΘΘ11d d(2) 2-63m mol 1030.42.06.1912.06.19101.13292314.81⋅⨯=⨯+⨯⨯⨯⋅⨯=--Γ (3) 当Θccβ＞＞1时 2-63mm mol 1040.5292314.8101.1311⋅⨯=⨯⨯==+⋅=--RT c c RT Γαβαβ a 丁酸 = 219236m m 1008.310022.6104.511--⨯=⨯⨯⨯=LΓ12．在碱性溶液中用HCHO 还原HAuCl 4制备金胶体，反应如下：HAuCl 4＋ 5NaOH ===== NaAuO 2 ＋ 4NaCl ＋3H 2ONaAuO 2＋3HCHO ＋NaOH ==== 2Au ＋3HCOONa ＋ 2H 2O 此处-2AuO 是稳定剂，写出胶体结构式。