第七章 表面化学思考题(答案)

第七章 表面化学

思考题

1. 什么是表面Gibbs 能？什么是表面张力？他们之间有什么异同和联系？ 【答】表面Gibbs 是表面积增加时，单位面积Gibbs 能的增加量，可表示为

p

T A G ,???

????=σ。表面张力是单位长度上表面紧缩力，可表示为l F 2=σ。对于液体

而言，采用适当的单位时，两者数值相同。

2. 分别从力和能量角度解释为什么气泡和小液滴总是呈球形？ 【答】力：球形时达到力的平衡。

能量：球形面积最小。

3. 两根水平放置的毛细管，管径粗细不同。管中装有少量液体，a 管中为润湿性的液体，b 管内为不润湿性液体。问：两管内液体最后平衡位置在何处？为什么？

【答】对于a 情形，设左侧细管的半径和弯液面的曲率半径分别为r 1、R 1，右侧的分别r 2、R 2，液体和玻璃间的接触角为θ1、θ2，则左、右侧压力差分别为

11

1cos 22θσσr R p ==

?左、22

2cos 22θσσr R p ==

?右，21r r <，21θθ=， 所以右左p p ?>?，故液体将向左侧移动，

越过粗细管的联结处后，直至完全移动到细管处，此时右侧的管径/

21r r =，

/

右左p p ?=?，此时达到平衡。

对于b 情形，同样分析，液体将完全移动到粗管处。

4. 在装有部分液体的毛细管中，将其一端小心加热时，问：a 润湿性液体，b 不润湿性液体各向毛细管哪一端移动？为什

么？

【答】对a 情形，

θσ

σcos 2211r R p ==?左，

θσ

σcos 2222r R p ==?右，

加热使得12σσ<，右左p p ?>?，

液体向左移动。

对于b 情形，压力方向相反，右左p p ?

5. 有一杀虫剂粉末，欲分散在一适当的液体中以制成混悬喷洒剂。今有三种液体（1，2，3），测得它们与药粉及虫体表面之间的界面张力关系如下：

粉粉->1σσ 11σσσ+<-表皮表皮

粉粉->2σσ 22σσσ+>-表皮表皮 粉粉-<3σσ 33σσσ+>-表皮表皮

试从润湿原理考虑何种液体最适宜？为什么？ 【答】合适的液体应符合二个条件：

（1）液体能浸湿药粉，按浸湿条件液体粉粉->σσ，液体（1）、（3）符合浸湿条件。

（2）液体能在虫体表皮上铺展，按铺展条件0>---液体表皮液体表皮σσσ，液体（2）、（3）

符合铺展条件。

综合二个条件，选择液体（3）是合适的。

6. 什么是接触角？哪些因素决定接触角的大小？如何用接触角来判断固体表面的润湿状况？ 【答】当液体在固体表面处于平衡状态，从固-液界面经过液体到气-液界面的最小角度称为接触角。影响接触角的因素主要有两方面：（1）接触角滞后；（2）表面不洁。用接触角判断固体表面润湿状况方法是：以90°为界，小于90°润湿，大于90°不润湿。

7. 纯液体和溶液各采用什么方法来降低表面能使体系稳定？

【答】纯液体的主要方法是尽量使表面积最小，因此液体一般是球形。溶液除了改变表面积外，还可以调整气-液表面的组成，直接降低界面张力。

8. 表面活性剂分子的结构有什么特点？他的结构特征和其降低表面张力的特性之间有什么联系？

【答】表面活性剂分子具有双亲结构。双亲结构的表面活性剂分子排列在气-液界面上，以低界面张力σ表面活性剂-气体和σ表面活性剂-溶液界面取代高界面张力σ气-液的界面，达到降低体系能量的目的，这就是表面活性剂降低表面张力的原理。 9. 表面活性剂有很多重要作用。你用过哪些表面活性剂？用表面物理化学的原理解释他们所起的作用。

【答】比如洗涤剂就是常用的表面活性剂。洗涤剂的洗涤作用很复杂，不是简单的几句话可以解释清楚的，但至少和润湿、增溶、起泡、乳化等有关。 10. 固体表面的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附，他们之间有何异同？ 【答】关键在于相互作用时力的性质有关，当发生电子的转移或共有时一般认为是化学吸附，否则就是物理吸附。 11. 使用BET 公式测定固体比表面时，被测气体的相对压力要控制在0.05 ~ 0.30 之间，这是为什么？

【答】

05.00

时，V m 的实验值大于计算值，这是表面不均匀性引起的；35.00

>p p

时，由于吸附层数有限，计算值比实验值大。