表面与胶体化学复习

表面活性剂形成胶束的最低浓度。 表面活性剂形成胶束的最低浓度。
⑷表面活性剂的分类及应用。 表面活性剂的分类及应用。
【考试热点 考试热点】 考试热点 1.表面张力的单位、作用方向。 2.影响表面张力的因素。 3.用弯曲液面产生的附加压力分析和解释一些表面现象。 4.用弯曲液面饱和蒸气压与曲率半径的关系，解释和分 析一些表面现象。 5.润湿的类型，应用杨方程计算润湿角，判断润湿程度。 6.表面活性剂的结构特征及其应用。 7.物理吸附与化学吸附的比较。 8.单分子层吸附理论的基本假设。
θ = bp (1+ bp)
v = V bp (1 + bp )
a a m
四、液-固界面 固界面
（1）杨氏方程： ）杨氏方程：
γ s = γ ls + γ l cos θ
杨氏方程使用条件：0 ≤ θ
γ s −γ l-s c sθ = o γl
≤ 180 0
或 1≥ cos ≥ −1 。 θ
（2）润湿：固体表面上的气体被液体取代的过程。 ）润湿： 固和气-液界面消失 形成液-固界面的过程 ①沾湿:气-固和气 液界面消失 形成液 固界面的过程。 沾湿 气 固和气 液界面消失,形成液 固界面的过程。
选择题 选择正确答案的编号，填在各题后的括号内： ），液体表面张
1．液体表面分子所受合力的方向总是（ 力的方向总是（ ）。
（A）沿液体表面的法线方向，指向液体内部 （B）沿液体表面的法线方向，指向气相 （C）沿液体的切线方向 （D）无确定的方向 1. 答：A C
2．温度与表面张力的关系是： （ （A）温度升高表面张力降低 （B）温度升高表面张力增加 （C）温度对表面张力没有影响 （D）不能确定 2. 答： A
8．某水溶液发生负吸附后，在干净的毛吸管中的上升高度比 纯水在该毛吸管中上升的高度低。 （ ） 8. 答： × ）
9．通常物理吸附的速率较小，而化学吸附的速率较大。（ 9. 答： ×
10．兰缪尔定温吸附理论只适用于单分子层吸附。（ ） 10. 答： √
表面化学与胶体
一、分散系统的分类 1、分散系统,分散相 分散介质 、分散系统 分散相 分散相,分散介质 2、分散系统的分类 、 按分散相粒子 的大小分类： 按分散相和介质的 聚集状态分类： 分子分散体系 d<1nm 胶体分散体系1nm<d<1000nm 1nm<d<1000nm 粗分散体系 d>1000nm 液溶胶 固溶胶 气溶胶
是非题 下列各题的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”， 错误的画“×” 1．液体的表面张力总是力图缩小液体的表面积。（ ） 1. 答： √ 2．液体表面张力的方向总是与液面垂直。（ 2. 答： × 3．分子间力越大的液体，其表面张力越大。（ ） 3. 答： √ 4．垂直插入水槽中一支干净的玻璃毛细管，当在管中上升平 衡液面处加热时，水柱会上升。（ ） 4. 答：× ）
5.在水平放置的玻璃毛细管中注入少许水（水润湿玻璃）， 在毛细管中水平水柱的两端呈凹液面，当在右端水凹面处加热， 毛细管中的水向何端移动？（ ） （A）向左移动 （B）向右移动 （C）不动 5．答： A 6.今有一球形肥皂泡，半径为r，肥皂水溶液的表面张力为σ， 则肥皂泡内附加压力是（ ）。 （D）难以确定
吉布斯吸附等温式
cB ΓB = − RT
∂γ ∂c B T
在单位面积的表面层中， 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 液本体中所含溶质物质的量的差值， 液本体中所含溶质物质的量的差值，称为溶质的表面过剩或表 面吸附量。 面吸附量。
表面活性剂
Γ
=
Γ
m
γ s = γ ls + γ l cos θ
ls l s l 沾湿过程： 沾湿过程：∆Ga = γ − γ − γ = −γ (cos θ + 1)
（10.4.7）
∆G 沾湿条件： a < 0
θ < 180
0
ls s l 浸湿过程： 浸湿过程 ∆Gi = γ − γ = −γ cos θ
（10.4.8）
4、亚稳状态及新相的生成 、 过饱和蒸汽、过饱和溶液、过冷液体、 过饱和蒸汽、过饱和溶液、过冷液体、过热 液体所处的状态均属亚稳状态。是热力学不完全稳 液体所处的状态均属亚稳状态。 定的状态.一旦新相生成 亚稳状态则失去稳定,而最 一旦新相生成,亚稳状态则失去稳定 定的状态 一旦新相生成 亚稳状态则失去稳定 而最 终达到稳定的相态. 终达到稳定的相态 亚稳状态能存在的原因是新相难以形成. 亚稳状态能存在的原因是新相难以形成
②、表面张力作用于单位长度线段上的表面紧缩力作 用的结果使液体表面缩小，其方向对于平液面是沿着 液面并与液面平行，对于弯曲液面表面张力的作用点 在周界线上，方向垂直于周界线并与液面相切。 2、界面张力的影响因素
⑴界面张力与物质的本性有关
离子键） 极性共价键） 非极性共价键） （金属键）＞ γ 金属键）＞ γ（离子键） ＞ γ（极性共价键） ＞ γ（非极性共价键）
表面化学与胶体
一、基本概念
单位面积的表面功
பைடு நூலகம்
γ 物理意义
γ
γ
= ′ δ w r dA
=
s
单位是J.m-2 单位是N·m-1
表面张力γ 表面张力
F 2 l
单位面积表面吉布斯函数
∂G γ = ∂ A s T ,P
单位是J.m-2
注意：①、表面张力、单位面积的表面功、单位面积 注意 的表面吉布斯函数虽为不同的物理量但它们的数值和 量纲却是等同的。
θ 注意：液体对固体的润湿，人们习惯上的应用是： < 90 液体对固体的润湿，人们习惯上的应用是： 液体对固体的润湿
0
,润湿； 润湿； 润湿
θ > 900 ,不润湿； θ = 00或不存在 完全润湿；θ > 180, 0 完全 不润湿； 或不存在,完全润湿 完全润湿； 不润湿 不润湿。 不润湿。
以上的公式通常不能直接计算，常用杨氏方程解决 .将 γ ls , γ s换掉
kc 1 + kc
(1)表面活性剂的结构特征 由亲水基、亲油基构成。 表面活性剂的结构特征:由亲水基 亲油基构成。 表面活性剂的结构特征 由亲水基、 表面活性物质的基本性质： (2)表面活性物质的基本性质： 界面吸附、单分子层的定向排列、形成胶束。 界面吸附、单分子层的定向排列、形成胶束。 (3)临界胶束浓度简称CMC 临界胶束浓度简称CMC
RTln (Pr P ) = 2 γM ρ r = 2 γVm RTln(P Pr ) = 2γM ρ r = 2γVm r
r
即：Pr（凸液面）>P(平液面 （凸液面） 平液面)>Pr(凹液面 。 凹液面)。 平液面 凹液面 凸液面曲率半径越小，蒸汽压越大。越易蒸发. 曲率半径越小，蒸汽压越大。越易蒸发. 曲率半径越小
∆p总是正值，总是指向球面的球心（或曲面的曲心)。 总是正值， 2、毛细现象
h = 2γ cos θ ρgr
原因， 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具有附加压力的必然结果 。
3、微小液滴的饱和蒸汽压---开尔文公式 、微小液滴的饱和蒸汽压 开尔文公式
凸液面 凹液面
2σ （A）∆p = r
6．答： C
（B） ∆p =
σ
2r
（C）
4σ ∆p = r
7. 在定温下，同成分的两个大小不同的液球的饱和蒸气压 pr,1*(大球)和pr,2* (小球)存在（ ）的关系。 （A） pr,1* > pr,2* （B） pr,1*= pr,2* （C） pr,1* < pr,2* （D）不能确定 7．答： C 8.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）降低 8．答： A （B）增加 （C）不改变
S = −∆Gs = γ s − γ ls − γ l
铺展的必要条件是：铺展系数 ≥ 。 越大铺展性能越好 越大铺展性能越好。 铺展的必要条件是：铺展系数S≥0。S越大铺展性能越好。 总结：当 总结： 900 〈θ＜1800 只沾湿 ＜ 00〈θ＜ 900 不仅沾湿且浸湿 ＜ θ=00 或不存在 沾湿，浸湿，且铺展 沾湿，浸湿，
2.物理吸附和化学吸附的区别 2.物理吸附和化学吸附的区别
性质. 性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附温度 吸附速率 吸附平衡 物理吸附 分子间力 单层或多层 小（近于液化热） 近于液化热） 无 可逆 低 快 易达到 化学吸附 化学键力 单层 大（近于反应热） 近于反应热） 有 不可逆 高 慢 不易达到. 不易达到
）。
3. 在定温定压下影响物质的表面吉布斯函数的因素是（）。 (A) 仅有表面积As （B）仅有表面张力σ （C）表面积As 和表面张力σ （D）没有确定的函数关系 3. 答：C 4．附加压力产生的原因是（ ）。 （A）由于存在表面 （B）由于在表面上存在表面张力σ （C）由于表面张力σ 的存在，在弯曲表面两边压力不同 （D）难于确定 4．答： C
表面化学与胶体
三、吸附
1、吸附:在相界面上某种物质的浓度不同于体相浓 吸附: 度的现象称为吸附 吸附质—被吸附的物质。 吸附剂—起吸附作用的固体 起吸附作用的固体。 吸附质 被吸附的物质。 吸附剂 起吸附作用的固体。 被吸附的物质 吸附的分类： 吸附的分类： 按吸附作用力性质不同。可将吸附分为物理吸附 按吸附作用力性质不同。可将吸附分为物理吸附 和化学吸附。 化学吸附。 物理吸附：吸附质与吸附剂之间的作用力为范德华力。 物理吸附：吸附质与吸附剂之间的作用力为范德华力。 化学吸附：吸附质与吸附剂之间的作用力为化学键力。 化学吸附：吸附质与吸附剂之间的作用力为化学键力。
铺展过程： 铺展过程：∆Gs = γ ls + γ l − γ s = −γ l (cos θ − 1) 铺展条件： ∆GS ≤ 0
浸湿条件： ∆Gi < 0
θ < 900
（10.4.9）
θ = 0
0
或不存在。
五、溶液表面的吸附 、
溶质在界面层中比体相中相对浓集或贫乏的现象称为溶液界 面上的吸附，前者叫正吸附 正吸附，后者叫负吸附 负吸附。 面上的吸附 正吸附 负吸附 表面活性剂：把能显著降低液体表面张力的物质称为该液体的表 表面活性剂 把能显著降低液体表面张力的物质称为该液体的表 面活性剂。 面活性剂
5．水在干净的玻璃毛细管中呈凹液面，因附加压力 ∆p >0， 所以表面张力σ< 0 是不可能的。（ ） 5. 答： √ 6．在相同温度下，纯汞在玻璃毛吸管中呈凸液面，所以与之 平衡的饱和蒸气压必大于其平液面的蒸气压。（ ） 6. 答： √
7．溶液表面张力总是随溶液浓度的增大而减小。 （ ） 7. 答： ×
⑵一般温度↑，液体的
γ ↓，
当温度趋于临界温度时,液体的表面张力为零. 当温度趋于临界温度时,液体的表面张力为零. ⑶表面张力一般随压力的增加而下降
二、表面张力的应用： 表面张力的应用：
1、弯曲液面的附加压力——拉普拉斯方程 弯曲液面的附加压力 拉普拉斯方程
∆P = P内 − P外 = 2 γ r
9 兰谬尔吸附定温式适用于( ) (A)化学吸附 (B)物理吸附 (C)单分子吸附 (D)多分子吸附 9．答： A C 10.接触角是指： （A）ｇ／ｌ界面经过液体至ｌ／ｓ界面间的夹角 （B）ｌ／ｇ界面经过气相至ｇ／ｓ界面间的夹角 （C）ｇ／ｓ界面经过固相至ｓ／ｌ界面间的夹角 （D）ｌ／ｇ界面经过气相和固相至ｓ／ｌ界面间的夹角 10．答： A
∆Ga = γ ls − γ l − γ s
固界面完全被液-固界 ②浸湿：将固体浸入液体，气-固界面完全被液 固界 浸湿：将固体浸入液体， 固界面完全被液 面 取代的过程。 取代的过程γ s ∆Gi = γ ls −
③铺展：少量液体在固体表面上自动展开,形成一层 铺展： 薄膜的过程。
∆ G s = γ ls + γ l − γ s
3.吸附经验式——弗罗因德利希公式
V
a
= kP n
（中压范围）
k:单位压力的吸附量。随温度的升高而降低。 单位压力的吸附量。随温度的升高而降低。 单位压力的吸附量 4.兰缪尔单分子层吸附理论基本假设如下： 兰缪尔单分子层吸附理论基本假设如下： 兰缪尔单分子层吸附理论基本假设如下
①、固体表面对气体的吸附是单分子层的； 固体表面对气体的吸附是单分子层的； ②、固体表面是均匀的； 固体表面是均匀的； ③、被吸附的气体分子间无相互作用力； 被吸附的气体分子间无相互作用力； ④、吸附平衡是动态平衡。 吸附平衡是动态平衡。 兰缪尔吸附等温式为