固体表面与界面复习题

1.表面力：表面力无处不在，也是各种表面与界面现象的根源。主要包括分子引力、静电

力和化学力等。

分子引力：也称范德华力，一般是指固体表面与被吸附质点之间相互作用力，包括色散力、诱导力和取向力等。

色散力：存在于一切分子之间，是分子相互靠拢时，瞬时偶极矩之间会产生的很弱吸引力。色散力与分子的变形性有关，变形性越强越易被极化，色散力也越强。色散力不仅存在于非极性分子间，也存在于极性分子间以及极性与非极性分子间。

取向力：当两个极性分子充分靠近时，固有偶极就会发生同极相斥、异极相吸的取向（或有序）排列。这种极性分子与极性分子之间的固有偶极之间的静电引力称为取向力，又叫定向力。

诱导力：在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子可产生诱导偶极，诱导偶极与固有偶极之间的电性引力称为诱导力。在极性分子和非极性分子之间以及极性分子和极性分子之间都存在诱导力。

2理想表面：

从理论上看，它是结构完整的二维点阵平面。忽略了外界对表面的物理化学作用等。清洁表面：

清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。

表面重构：重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间距则与体内相同

表面偏析：不论表面进行多么严格的清洁处理，总有一些粒子由体内偏析到表面上来，从而使固体表面组成与体内不同，称为表面偏析。根源是表面力的不均衡。

5单位质量的某种液体变成气体时所吸收的热量，叫做这种气体的蒸发热。

6物理吸附

当吸附质分子与固体表面间的作用较弱时，吸附需要较低的表面温度和较长停留时间。弱相互作用主要是指分子与表面原子间的偶极—偶极、诱导偶极之间的范德华力以及其他短程作用力。由这些弱相互作用所产生的吸附叫做物理吸附。

化学吸附：如果被吸附分子与固体表面原子之间有部分的或完全的电子转移，那么吸附分子就被较强的静电力束缚在表面原子上。二者之间的作用能跟它们之间距离的一次方成反比，这种吸附叫做化学吸附。

7吸附等温线：吸附等温线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。

吸附等量线：保持吸附量不变，压力与温度之间的关系曲线称为吸附等量线。等量线不是用实验直接测量的，而是在等温线的基础上画出来的。

吸附等压线：保持压力不变，吸附量与温度之间的关系曲线称为吸附等压线。吸附等压线不是用实验直接测量的，而是在实验测定等温线的基础上画出来的

8. 毛细现象

由于附加压力而引起的毛细管内外液面的高度差的现象。

液体润湿毛细管壁（接触角<90o）呈凹液面。附加压力指向气相，凹液面液体所受压力< 管外平液面压力，管内液体上升，直到静压力与附加压力相等时，处于力的平衡。

毛细管越细，液体密度越小，润湿越好

(接触角越小），毛细现象越显著。如果液体不能润湿管壁，接触角>90o，cos<0,

液面呈凸液面，h <0,代表液面下降高度。如玻璃毛细管插入汞中。

润湿：固体表面的气体被液体取代的过程。

定温定压下，润湿过程的推动力用表面吉布斯函数的改变量△G衡量。△G 减少越多，越易润湿。

沾湿：是将气-液界面与气-固界面转变为液-固界面的过程。

9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。

10．1多个组分在吸附剂表面进行吸附时所发生的相互竞争现象。

这样的吸附过程可能是不同组分分别吸附在不同类型的活性中心上，也可能是都吸附在相同类型的活性中心上。对于后者，各个组分吸附量的多少，取决于各个组分与活性中心作用力的强弱，强者的吸附量大，这种现象就是竞争吸附。

10.2同系物的吸附——Traube规则：“吸附量随碳链的增加而有规律的增加”。

11. Langmuir吸附等温式在推导该公式的过程引入了几个重要假设：(1)吸附是单分子层;

(2)固体表面是均匀的；

(3)被吸附分子之间无相互作用；

(4)吸附是动态平衡。

BET基本假设：

(1) 吸附可以是多分子的

(2) 只有第一层吸附质分子与固体表面直接接触

(3) 固体表面是均匀的

12. 表面重构原因：表面弛豫作用——表面弛豫作用较强时，特别是带有起皱机制的表面弛豫现象，会导致表面重构。

表面相转变——四方结构向六方结构转变

表面化学组成变化——如将TiO2样品在真空中加热，因氧丢失会导致表面周期性变化引

起的重构，这是由于表面化学组成变化所引起的。

15：离子晶体选择性吸附规律

(1)选择与吸附剂类似的溶质

固体自电解质溶液中的吸附，可看作是晶体的扩充，所以与晶体中离子相同或结构相近的溶质离子都易被吸附，这样需要的能量少。

(2)选择与吸附剂表面上能生成难溶或不溶化合物的离子。法扬斯-潘尼斯规则：固体总

是强烈的从电解质溶液中吸附能与固体表面上某种离子形成难溶或不溶化合物的反离子。例如AgI固体吸附剂对溶液中Br-、Cl-等能形成卤化银沉淀的反离子要首先选择吸附。该法则在选矿中同样适用。

(3)选择与吸附剂晶格大小相近的离子。

当离子大小与吸附剂晶格相差25%以下，一般较容易被吸附。这是因为此时离子可钻入晶体间隙或置换出别的离子。

(4)选择吸附难以水化的离子

一般半径小的离子易于水化形成半径大，外壳厚的水化离子，减弱了和固体表面吸附剂之间的吸引力，因而难以吸附在固体表面上。反之，半径大而难以水化的离子则易被吸附。

总之，固体在溶液中的吸附是个复杂过程，受到溶液中溶质、溶剂的行为、界面、环境等复杂因素的影响

16：影响离子交换选择性的因素：

水合离子半径：半径越小，亲和力越大；

离子化合价：高价离子易于被吸附；

溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；

离子强度：越低越好；

有机溶剂：不利于吸附；

交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；

树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；

18. (Ⅰ)在2.5 nm 以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。属单分子层吸附

(Ⅱ) 常称为S型等温线。吸附剂孔径大小不一，发生多分子层吸附。低压单分子层，高压多分子层吸附。

Ⅲ) 这种类型较少见。当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温线。一开始就是多分子层吸附。在比压接近1时，颗粒间产生吸附质的凝聚。

(Ⅳ) 多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。Ⅴ)发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。