第八章表面化學(xué)課件

第八章表面化學(xué)

surfacechemistry

第八章表面化學(xué)

surfacechemistry有許多現(xiàn)象與物質(zhì)的表面性質(zhì)有關(guān)，如液滴在不同固體表面有不同的形狀，活性炭能去除冰箱中的異味，藥物微粒化可增加其溶解度，選擇合適的溶劑可增加皮膚吸收等。表面是兩相的分界面，有液－氣固－氣液－液固－液界面（廣義表面）表面性質(zhì)有時(shí)當(dāng)表面積很大（物質(zhì)分散度很大）時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)，分散度可用比表面來(lái)表示?；虮砻嬗性S多現(xiàn)象與物質(zhì)的表面性質(zhì)有關(guān)，如液滴在不同固體表面有不同的例體積為V的液體分散為半徑為r

的液滴時(shí)比表面積多少？A=液滴數(shù)

4

r2

或例體積為V的液體分散為半徑為r的液滴時(shí)比表面積第一節(jié)表面能、表面張力、表面熱力學(xué)第一節(jié)表面能、表面張力、表面熱力學(xué)一.表面能以l-g表面為例，液體表面分子與內(nèi)部分子受力情況不同內(nèi)部：分子作用力合力＝0，移動(dòng)時(shí)能量沒(méi)有變化

表面：分子作用力合力指向液體內(nèi)部，環(huán)境作功

轉(zhuǎn)化為表面能表面積增加當(dāng)把體相分子拉向表面時(shí)（T,p,n不變）一.表面能以l-g表面為例，液體表面分子與內(nèi)部分子受力情一.表面能環(huán)境作功

轉(zhuǎn)化為表面能表面積增加當(dāng)把體相分子拉向表面時(shí)（T,p,n不變）表面能=Wr'=

G（

G的物理意義）

A

為比表面能，簡(jiǎn)稱(chēng)Gibbs表面能

G=

A

物理意義：?jiǎn)挝幻娣e上，表面分子增加的Gibbs自由能（表面分子多于體相分子的能），是體相分子變成表面分子時(shí)環(huán)境作的功。一.表面能環(huán)境作功轉(zhuǎn)化為表面能當(dāng)把體相分子拉向表面dxF二．表面張力l在l-g表面上，可以觀察到處處有使液面拉緊的力––––表面張力。如鐵環(huán)上有皂膜刺破若使金屬框用F

力拉動(dòng)dx距離

Wr'=F

dx

dG=

2dA=

2

l

dx

單位：N

m–1

演示dxF二．表面張力l在l-g表面上，可以觀察到處處有使液面拉(a)(b)表面張力存在(a)(b)表面張力存在二．表面張力σ物理意義：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度中，使液面拉緊的力。表面張力的方向：垂直于作用線，相切于液面。表面張力和表面能物理意義不同，但只是同一事物不同方式描述的結(jié)果。兩者數(shù)值相同，量綱也一致。J

m–2=N

m

m–2=N

m–1

在不同場(chǎng)合，按理解方便原則應(yīng)用。dxFl若使金屬框用F

力拉動(dòng)dx

距離

Wr'=F

dx

dG=

2dA=

2

l

dx

單位：N

m–1

二．表面張力σ物理意義：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度中，使液面拉緊的力。表面張三．表面熱力學(xué)1．熱力學(xué)基本關(guān)系式對(duì)高度分散具有較大比表面積的多組分系統(tǒng)，熱力學(xué)函數(shù)應(yīng)包括4種變量。如：dG=–SdT+Vdp+

BdnB+

dA

還有其它函數(shù)dU，dH，dF也是。T，p，n不變時(shí) dG=

dA

2.表面張力溫度系數(shù)考慮溫度T

的影響 dG=–SdT+

dA

交叉偏導(dǎo) 稱(chēng)之為表面張力溫度系數(shù)三．表面熱力學(xué)1．熱力學(xué)基本關(guān)系式對(duì)高度分散具有較大比表面三．表面熱力學(xué)交叉偏導(dǎo) 3.表面積變化時(shí)，熱力學(xué)函數(shù)的計(jì)算(1)

S：上式積分(2)可逆過(guò)程的熱Qr

Qr=T

S

(3)

G與可逆功Wr'

G=

A=Wr'(4)

H

H=

G+T

S

(Wr')(Qr)環(huán)境作功Wr'環(huán)境傳遞的熱Qr

可見(jiàn)表面積可逆擴(kuò)大時(shí)，系統(tǒng)能量變化來(lái)自三．表面熱力學(xué)交叉偏導(dǎo) 3.表面積變化時(shí)，熱力學(xué)函數(shù)的計(jì)四．影響

的因素表面張力（表面能）是分子間作用力在表面上的體現(xiàn)，影響作用力的因素有(1)物質(zhì)本性：如液體

極性>

非極性，固體

金屬>

有機(jī)物

(2)相界面構(gòu)成：相界面是兩相分子交融區(qū)，界面

在兩相

之間。如

水<

水－汞<

汞

(3)溫度：一般情況，T

，

(4)壓力：影響很小，可忽略

(5)溶液中溶質(zhì)的種類(lèi)和濃度四．影響的因素表面張力（表面能）是分子間作用力在表面上的第二節(jié)彎曲表面的性質(zhì)第二節(jié)彎曲表面的性質(zhì)凸面

一．曲面附加壓力平面

1．附加壓力概念

曲面和平面比較，表面受力情況不一樣p內(nèi)=p外任意區(qū)域表面張力合力=0p內(nèi)=p外+p曲p內(nèi)p外p曲表面張力合力p曲指向液體內(nèi)部p外p內(nèi)凸面一．曲面附加壓力平面1．附加壓力概念曲面和平面比較任意區(qū)域表面張力合力=0平面

p內(nèi)=p外p外p內(nèi)表面張力合力p曲指向液體外部凹面

p內(nèi)=p外-p曲表面張力合力p曲指向液體內(nèi)部凸面

p內(nèi)=p外+p曲p內(nèi)p外p曲p內(nèi)p曲p外附加壓力

p曲=Dp=p內(nèi)–p外

任意區(qū)域平面p內(nèi)=p外p外p內(nèi)表面張力合力p曲凹面p內(nèi)一．曲面附加壓力2．球形曲面附加壓力設(shè)半徑為r的球狀液滴在等溫等壓可逆條件下，使體積增大dV，表面積增大dA，此時(shí)環(huán)境作體積功=體系表面能增加p曲

dV=

dA

r>0 凸面 p曲>0r<0 凹面 p曲<0r=

平面 p曲=0rp演示一．曲面附加壓力2．球形曲面附加壓力設(shè)半徑為r的球狀液滴在一．曲面附加壓力2．任意曲面附加壓力任意曲面可近似用二個(gè)曲率半徑描述

Laplace公式當(dāng)r1=r2

時(shí)，得球面r1r2當(dāng)r=

時(shí)，得柱面通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得一．曲面附加壓力2．任意曲面附加壓力任意曲面可近似用二個(gè)曲一．曲面附加壓力3．毛細(xì)現(xiàn)象當(dāng)毛細(xì)管插入液體后，有兩種情況浸潤(rùn)性液體，凹液面，p曲向上，使液面

不浸潤(rùn)性液體，凸液面，p曲向下，使液面

定量計(jì)算式:

平衡時(shí)，附加壓力=液柱靜壓力設(shè)為球面，r>0 h

r<0 h

h一．曲面附加壓力3．毛細(xì)現(xiàn)象當(dāng)毛細(xì)管插入液體后，有兩種情況一．曲面附加壓力3．毛細(xì)現(xiàn)象當(dāng)毛細(xì)管插入液體后，有兩種情況定量計(jì)算式:

r>0 h

r<0 h

h曲率半徑r與毛細(xì)管半徑R、接觸角

有關(guān)：rR

R=

rcos

=0時(shí)，r=

R

一．曲面附加壓力3．毛細(xì)現(xiàn)象當(dāng)毛細(xì)管插入液體后，有兩種情況一．曲面附加壓力請(qǐng)思考(1)為什么自由液滴自動(dòng)呈球狀，畫(huà)出圖中4點(diǎn)p曲方向及相對(duì)大小。(2)為什么松散土壤雨后會(huì)下沉？（水在土中是浸潤(rùn)的。）(3)為什么催化劑過(guò)熱熔結(jié)會(huì)失活?一．曲面附加壓力請(qǐng)思考(1)為什么自由液滴自動(dòng)呈球狀，畫(huà)二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響現(xiàn)象：液滴越小，蒸氣壓越大原因：液滴越小，受到的附加壓力越大（內(nèi)壓越大），越易蒸發(fā)

推導(dǎo)：p–r定量關(guān)系式g-l平衡時(shí):

l=

g形成液滴平衡后的變化： d

l=d

g變化是由壓力引起的：pl：pl

pl+p曲pg：p*

p*rdGm=–SmdT+Vmdp液體：Vm=M/

氣體：Vm=RT/p二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響現(xiàn)象：液滴越小，蒸氣壓越大g-l平二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響推導(dǎo)：p–r定量關(guān)系式pl：pl

pl+p曲pg：p*

p*rdGm=–SmdT+Vmdp液體：Vm=M/

氣體：Vm=RT/p積分二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響推導(dǎo)：p–r定量關(guān)系式pl：pl二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響Kelven公式式中所有物理量用SI制單位理解公式：(1)對(duì)于凸曲面，r為正，，粒徑r越小，Pr*越大。（液滴小，蒸氣壓高）(2)對(duì)于凹曲面，r為負(fù)， ，即曲面上蒸氣壓

解釋?zhuān)好?xì)管凝結(jié)現(xiàn)象——硅膠干燥原理硅膠，具毛細(xì)空隙，對(duì)水潤(rùn)濕成凹面，蒸氣壓

，易凝結(jié)。二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響Kelven公式式中所有物理量用S二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響思考：靜置一段時(shí)間何種狀態(tài)？二．液滴大小對(duì)蒸氣的影響思考：靜置一段時(shí)間何種狀態(tài)？三.粒子大小對(duì)溶解度的影響推導(dǎo)：Kelven公式應(yīng)用于固體表面時(shí)根據(jù)Henry定律，p=Kc，代入得理解公式：r越小，cr越大，即粒徑越小，其溶解度越大。解釋?zhuān)宏惢F(xiàn)象

沉淀經(jīng)一段時(shí)間，小粒消失，大粒長(zhǎng)大。大粒；溶解度小，已飽和

結(jié)晶小粒；未飽和

溶解初沉淀三.粒子大小對(duì)溶解度的影響推導(dǎo)：Kelven公式應(yīng)用于固體四．新相生成和亞穩(wěn)狀態(tài)新相剛生成時(shí)，粒徑非常小，其蒸氣壓或溶解度較大，因此會(huì)出現(xiàn)一些“過(guò)頭”現(xiàn)象，體系處于亞穩(wěn)狀態(tài)，包括：新相生成產(chǎn)生現(xiàn)象1蒸氣冷凝過(guò)飽和蒸氣2液體蒸發(fā)過(guò)熱液體3液體凝固過(guò)冷液體4溶質(zhì)結(jié)晶過(guò)飽和溶液四．新相生成和亞穩(wěn)狀態(tài)新相剛生成時(shí)，粒徑非常小，其蒸氣壓或溶人工降雨：撒入固體，形成凝聚中心(冰晶）四．新相生成和亞穩(wěn)狀態(tài)1．過(guò)飽和蒸氣

現(xiàn)象：蒸氣超過(guò)飽和蒸氣壓而未凝結(jié)成液體原因：微小液滴，具較大蒸氣壓，在正常的飽和蒸氣壓下難以生成，形成過(guò)飽和蒸氣。一旦液滴形成，蒸氣壓

，迅速液化。天空中常有過(guò)飽和蒸氣。演示人工降雨：撒入固體，形成凝聚中心(冰晶）四．新相生成和亞穩(wěn)四．新相生成和亞穩(wěn)狀態(tài)2．過(guò)熱液體現(xiàn)象：液體達(dá)到正常沸點(diǎn)不沸騰，溫度繼續(xù)上升(1)剛形成小泡內(nèi)（凹面）蒸氣壓低于正常大氣壓 例按kelven公式計(jì)算，r=5

10–7m的小泡內(nèi)蒸氣壓為0.998patm

原因：(2)剛形成的小泡受到極大的附加壓力（主要原因） 按Laplace公式計(jì)算，5

10–7m的小泡，p曲=2.33patm

因此需升高溫度，產(chǎn)生更大蒸氣壓以對(duì)抗p曲

爆沸與防止：過(guò)熱液體一旦沸騰，p曲

，形成爆沸。加沸石防止。(3)液體靜壓力（較小，可忽略）四．新相生成和亞穩(wěn)狀態(tài)2．過(guò)熱液體現(xiàn)象：液體達(dá)到正常沸點(diǎn)不四．新相生成和亞穩(wěn)狀態(tài)3．過(guò)冷液體現(xiàn)象：液體熔點(diǎn)以下仍不凝固。如純水可冷至–40

C原因：極細(xì)微的晶粒有較大的蒸氣壓（或較大化學(xué)勢(shì)），不能與液相化學(xué)勢(shì)平衡，因而不易形成。

非晶狀固體：過(guò)冷液體突然結(jié)晶（玻璃體狀態(tài)）4．過(guò)飽和溶液現(xiàn)象：濃度達(dá)到飽和溶解度而未結(jié)晶

原因：微小晶粒有較大的溶解度防止：加入晶種四．新相生成和亞穩(wěn)狀態(tài)3．過(guò)冷液體現(xiàn)象：液體熔點(diǎn)以下仍不凝第三節(jié)鋪展與潤(rùn)濕第三節(jié)鋪展與潤(rùn)濕一．液體的鋪展1．在固體表面鋪展單位面積上

G變化：=

l+

s-l–

s

定義鋪展系數(shù):=

s–(

l+

s-l)<0 鋪展>0 不鋪展>0 鋪展<0 不鋪展

s終態(tài)

l

s-l鋪展：液體在固體或不相溶液體上鋪開(kāi)的現(xiàn)象始態(tài)一．液體的鋪展1．在固體表面鋪展單位面積上G變化：=一．液體的鋪展2．在不相溶液體上鋪展如：油

水>0 鋪展<0 不鋪展S=

水–(

油+

油－水)例汽油

水油酸

水S>0鋪展S=

水–(

油酸+

油酸－水)=(73–32–12)

10–3>0 鋪展

部分互溶S

=

水–(

油酸+

油酸－水) =(40–32–12)

10–3<0現(xiàn)象：先鋪展，后回縮一．液體的鋪展2．在不相溶液體上鋪展如：油水>0 鋪二．固體表面的潤(rùn)濕

l

玻璃荷葉

l接觸角

0~90

潤(rùn)濕90~180

不潤(rùn)濕接觸角取決于平衡的三個(gè)表面張力：

s=

s-l+

lcos

Young公式

s>

s-l cos

>0

：0~90

潤(rùn)濕

s<

s-l cos

<0

：90~180

不潤(rùn)濕

s-l若不能鋪展，可形成一定形狀

s

s-l

s二．固體表面的潤(rùn)濕l玻璃荷葉l接觸角0~90第四節(jié)溶液表面的吸附第四節(jié)溶液表面的吸附一．溶液表面吸附現(xiàn)象1.表面張力等溫線：一定溫度下，溶液

~c關(guān)系圖一定溫度下，溶劑的

一定；加入溶質(zhì)

改變表面分子間作用力

改變表面張力

，與溶質(zhì)的種類(lèi)和濃度有關(guān)。有三種類(lèi)型ⅠⅡⅠ型：c

，

如無(wú)機(jī)離子（酸、堿、鹽、多羥基化合物）分子間作用力

Ⅱ型：c

，

如低分子醇、醛、羧酸、酯、胺等有機(jī)物分子之間作用力

c

一．溶液表面吸附現(xiàn)象1.表面張力等溫線：一定溫度下，溶液一．溶液表面吸附現(xiàn)象有三種類(lèi)型ⅠⅡⅠ型：c

，

如無(wú)機(jī)離子（酸、堿、鹽、多羥基化合物）分子間作用力

Ⅱ型：c

，

如低分子醇、醛、羧酸、酯、胺等有機(jī)物分子之間作用力

c

ⅢⅢ型：c

，

，然后

保持不變?nèi)缰辨溨舅幔▔A）的鹽，長(zhǎng)鏈磺酸鹽等，稱(chēng)表面活性劑一．溶液表面吸附現(xiàn)象有三種類(lèi)型ⅠⅡⅠ型：c，如無(wú)機(jī)一．溶液表面吸附現(xiàn)象2．表面張力等溫式：

~c數(shù)學(xué)表示式多為經(jīng)驗(yàn)式，如直線式

=ac+

0

(4)用吸附平衡方法，也可導(dǎo)出

0：溶劑a，b：經(jīng)驗(yàn)參數(shù)(2)二次三項(xiàng)式

=ac2+bc+

0

(3)Szyszkowski式一．溶液表面吸附現(xiàn)象2．表面張力等溫式：~c數(shù)學(xué)表示式一．溶液表面吸附現(xiàn)象3．溶液的表面吸附：溶質(zhì)在表面相濃度與體相濃度不相同的現(xiàn)象正吸附：c表>c體

加入溶質(zhì)，

，溶質(zhì)自發(fā)向表面濃集，降低體系能量，直至濃集

擴(kuò)散平衡，如Ⅱ，Ⅲ型曲線負(fù)吸附：c表<c體

加入溶質(zhì)，

，溶質(zhì)自發(fā)向體相轉(zhuǎn)移，降低體系能量，直至轉(zhuǎn)移

擴(kuò)散平衡，如Ⅰ型曲線一．溶液表面吸附現(xiàn)象3．溶液的表面吸附：溶質(zhì)在表面相濃度與體二.Gibbs吸附等溫式吸附等溫式：一定溫度下，溶液表面吸附量與溶質(zhì)濃度的關(guān)系式Gibbs用熱力學(xué)方法導(dǎo)出的吸附等溫式為：二.Gibbs吸附等溫式吸附等溫式：一定溫度下，溶液表面吸二.Gibbs附等溫式1．吸附量

概念（表面超量，表面過(guò)剩）概念設(shè)有一杯溶液

相與其蒸氣

相平衡表面

相： 幾個(gè)分子厚度幾何分界面：S-S，面積為A忽略氣相

由于表面吸附的存在，表面濃度與體相濃度不相等定義表面吸附量：

n

是指界面S-S以下按體相濃度計(jì)算的mol數(shù)。單位：mol

m–2

相

相

相SS二.Gibbs附等溫式1．吸附量概念（表面超量，表面A4二.Gibbs附等溫式2.Gibbs分解面

的值與S-S面劃定有關(guān)，將S-S面位置放在

溶劑=0的地方，這樣

溶質(zhì)才能有唯一的定值SSSSA1劃定S-S，使A1=A2

，

溶劑=0c溶質(zhì)A5SSn

：A3

溶質(zhì)>0，正吸附n

：A4–A5

溶質(zhì)<0，負(fù)吸附A2c溶劑SSSSA3SSc溶質(zhì)A4二.Gibbs附等溫式2.Gibbs分解面的值與二.Gibbs附等溫式3．Gibbs吸附等溫式推導(dǎo)多組分熱力學(xué)關(guān)系式dG=–SdT+Vdp+

dA+

BdnB

p，T一定，二組分表面相dG=

dA+

l

dn1

+

2

dn2

，

不變時(shí)，積分：G=

A+

l

n1

+

2

n2

全微分：dG=

dA+Ad

+

l

dn1

+n1

d

l

+

2

dn2

+n2

d

2

二式比較得 Ad

+n1

d

l

+n2

d

2

=0

1=0

2

2=

2

(T)+RTlna2二.Gibbs附等溫式3．Gibbs吸附等溫式推導(dǎo)多組分二.Gibbs附等溫式3．Gibbs吸附等溫式推導(dǎo)

1=0

2

2

=

2

(T)+RTlna2當(dāng)濃度不大時(shí)，a

c/c

>0，c

，

，負(fù)吸附，Ⅰ型曲線<0，c

，

，正吸附，Ⅱ，Ⅲ型曲線二.Gibbs附等溫式3．Gibbs吸附等溫式推導(dǎo)1=二.Gibbs附等溫式4．吸附量的計(jì)算一般方法：(1)由

–c數(shù)據(jù)，作表面張力等溫線或擬合表面張力等溫式對(duì)于等溫線，作切線求斜率對(duì)于等溫式，求導(dǎo)(3)代入Gibbs吸附等溫式求

(2)求二.Gibbs附等溫式4．吸附量的計(jì)算一般方法：(1)二.Gibbs附等溫式例測(cè)得苯基丙酸25

時(shí)

–c數(shù)據(jù)如下，求c=4.0g

kg–1時(shí)吸附量

c/g

kg–13.54.04.5

/N

m–10.0560.0540.052解從數(shù)據(jù)特點(diǎn)看

–c為直線關(guān)系，線性回歸得：

=–0.0040c+0.070=6.46

10–6mol

m–2（實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值為6.43

10–6mol

m–2，兩者相符）二.Gibbs附等溫式例測(cè)得苯基丙酸25時(shí)–c數(shù)二.Gibbs附等溫式例丁酸水溶液19

C時(shí)

–c關(guān)系為

=

0–aln(1+bc)(1)求

~c關(guān)系式(2)討論c很大和很小時(shí)的

(3)求c=0.2mol

L–1時(shí)

0=72.75

10–3 N

m–1a=13.1

10–3 N

m–1b=19.62

10–3 m3

mol–1

解(1)(2)當(dāng)c

很小時(shí)，1>>bc，=Kc，圖中①當(dāng)c

很大時(shí)，1<<bc，=常數(shù)，圖中③

c①③②二.Gibbs附等溫式例丁酸水溶液19C時(shí)–c關(guān)系為二.Gibbs吸附等溫式(1)求

~c關(guān)系式(2)討論c很大和很小時(shí)的

(3)求c=0.2mol

L–1時(shí)

0=72.75

10–3 N

m–1a=13.1

10–3 N

m–1b=19.62

10–3 m3

mol–1

(2)當(dāng)c

很小時(shí)，1>>bc，=Kc，圖中①當(dāng)c

很大時(shí)，1<<bc，=常數(shù)，圖中③

c①③②(3)c=0.2mol

L–1=200mol

m3時(shí)，=4.30

10–6mol

m–2

二.Gibbs吸附等溫式(1)求~c關(guān)系式0=7第五節(jié)表面膜第五節(jié)表面膜表面活性物質(zhì)在低濃度時(shí)有較大正吸附可形成表面膜，不溶性物質(zhì)也可形成表面膜第五節(jié)表面膜表面活性物質(zhì)在低濃度時(shí)有較大正吸附可形成表面膜，不溶性物質(zhì)也一.表面壓概念定義：表面壓

=

0–

現(xiàn)象：

線環(huán)演示小木棍

水

油演示油油表面能：油面取代水面，體系

G

表面張力：張力不平衡，引起移動(dòng)解釋?zhuān)?/p>

油<

水

一.表面壓概念定義：表面壓=0–現(xiàn)象：二．表面壓測(cè)定和狀態(tài)方程測(cè)定： Langmuir膜天平狀態(tài)方程：

A=n

RT

二度空間狀態(tài)方程二．表面壓測(cè)定和狀態(tài)方程測(cè)定： Langmuir膜天平狀態(tài)三．表面層結(jié)構(gòu)少量：?jiǎn)畏肿訉幼懔浚河蛜水二相（狀態(tài)方程不適用）油性物質(zhì)

表面活性物質(zhì)

少量：?jiǎn)畏肿訉?，直到排滿，極性基向水，非極性向空氣大量：進(jìn)入體相（狀態(tài)方程不適用）三．表面層結(jié)構(gòu)少量：?jiǎn)畏肿訉佑托晕镔|(zhì)表面活性物質(zhì)少量：四.應(yīng)用

分子結(jié)構(gòu)推測(cè)

分子截面積測(cè)定或摩爾質(zhì)量測(cè)定當(dāng)

0時(shí)，

A

定值，由求M當(dāng)分子排滿表面時(shí)，A=膜物質(zhì)面積

抑制液體蒸發(fā)膜的化學(xué)反應(yīng)其它表面膜：大分子膜、多分子膜（LB膜） 雙分子膜（BLM）、脂質(zhì)體

A=n

RT

四.應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)推測(cè)分子截面積測(cè)定或摩爾質(zhì)量測(cè)定第六節(jié)表面活性劑第六節(jié)表面活性劑一．種類(lèi)離子型陰離子 R

O–

陽(yáng)離子 R

N+

兩性型聚氧乙烯類(lèi) R–O–(CH2CHO)nH多元醇類(lèi)ROHOHOH如SpanTweenN+RO–非離子型

一．種類(lèi)離子型陰離子 RO–聚氧乙烯類(lèi) R–O–(CH二.結(jié)構(gòu)與性能極性向水相非極性向油相（或空氣）

極性太強(qiáng)，分子易進(jìn)入水相非極性太強(qiáng)，分子易進(jìn)入油相極性～非極性相當(dāng)時(shí)，能穩(wěn)定排列多種表面活性劑混合液HBL值

按質(zhì)量加權(quán)平均例A，B混合石臘=0聚乙二醇=20十二烷基硫酸納=401．分子定向排列分子親水親油能力的定量表示

HLB值規(guī)定(Hydrophile-Lipophile-Balance)演示二.結(jié)構(gòu)與性能極性向水相極性太強(qiáng)，分子易進(jìn)入水相多二.結(jié)構(gòu)與性能2.膠團(tuán)形成

原因：表面活性劑濃度較大時(shí)，表面排滿，不得不在體相中排列，聚集成團(tuán)，極性基向外，非極性基向內(nèi)，使能量

臨界膠團(tuán)濃度CMC：能形成膠團(tuán)的最低濃度（一般0.02~0.5%）(CriticalMicellConcentration)膠團(tuán)結(jié)構(gòu)：球狀，腸狀，層狀性質(zhì)突變：膠團(tuán)在CMC前后物理性質(zhì)發(fā)生突變，如表面張力，電導(dǎo)率，滲透壓，去污作用，增溶，濁度等。反之，從性質(zhì)的突變也可確定CMC。二.結(jié)構(gòu)與性能2.膠團(tuán)形成原因：表面活性劑濃度較大時(shí)，三.表面活性劑獨(dú)特作用1.潤(rùn)濕與去潤(rùn)濕

親油表面如皮膚藥物親水表面如安瓿潤(rùn)濕：軟膏劑去潤(rùn)濕2.乳化和破乳

乳化：穩(wěn)定乳液破乳：破壞乳化劑，如用于牛奶提奶油，污水處理O/W型

W/O型

三.表面活性劑獨(dú)特作用1.潤(rùn)濕與去潤(rùn)濕親油表面如皮膚三.表面活性劑獨(dú)特作用3．發(fā)泡和消沫

消沫：如中草藥提取4．增溶：成膠團(tuán)后，溶質(zhì)可分散到膠團(tuán)內(nèi)部或界面上5．去污

演示污物氣體高度分散在液相中，類(lèi)似O/W，表面活性劑穩(wěn)定泡沫。應(yīng)用，如泡沫法濃縮，提純，選礦，X透視（胃充氣）等。發(fā)泡：三.表面活性劑獨(dú)特作用3．發(fā)泡和消沫消沫：如中草藥提取第六節(jié)表面活性劑第六節(jié)表面活性劑一．種類(lèi)離子型陰離子 R

O–

陽(yáng)離子 R

N+

兩性型聚氧乙烯類(lèi) R–O–(CH2CHO)nH多元醇類(lèi)ROHOHOH如SpanTweenN+RO–非離子型

一．種類(lèi)離子型陰離子 RO–聚氧乙烯類(lèi) R–O–(CH二.結(jié)構(gòu)與性能極性向水相非極性向油相（或空氣）

極性太強(qiáng)，分子易進(jìn)入水相非極性太強(qiáng)，分子易進(jìn)入油相極性～非極性相當(dāng)時(shí)，能穩(wěn)定排列多種表面活性劑混合液HBL值

按質(zhì)量加權(quán)平均例A，B混合石臘=0聚乙二醇=20十二烷基硫酸納=401．分子定向排列分子親水親油能力的定量表示

HLB值規(guī)定(Hydrophile-Lipophile-Balance)演示二.結(jié)構(gòu)與性能極性向水相極性太強(qiáng)，分子易進(jìn)入水相多二.結(jié)構(gòu)與性能2.膠團(tuán)形成

原因：表面活性劑濃度較大時(shí)，表面排滿，不得不在體相中排列，聚集成團(tuán)，極性基向外，非極性基向內(nèi)，使能量

臨界膠團(tuán)濃度CMC：能形成膠團(tuán)的最低濃度（一般0.02~0.5%）(CriticalMicellConcentration)膠團(tuán)結(jié)構(gòu)：球狀，腸狀，層狀性質(zhì)突變：膠團(tuán)在CMC前后物理性質(zhì)發(fā)生突變，如表面張力，電導(dǎo)率，滲透壓，去污作用，增溶，濁度等。反之，從性質(zhì)的突變也可確定CMC。二.結(jié)構(gòu)與性能2.膠團(tuán)形成原因：表面活性劑濃度較大時(shí)，三.表面活性劑獨(dú)特作用1.潤(rùn)濕與去潤(rùn)濕

親油表面如皮膚藥物親水表面如安瓿潤(rùn)濕：軟膏劑去潤(rùn)濕2.乳化和破乳

乳化：穩(wěn)定乳液破乳：破壞乳化劑，如用于牛奶提奶油，污水處理O/W型

W/O型

三.表面活性劑獨(dú)特作用1.潤(rùn)濕與去潤(rùn)濕親油表面如皮膚三.表面活性劑獨(dú)特作用3．發(fā)泡和消沫

消沫：如中草藥提取4．增溶：成膠團(tuán)后，溶質(zhì)可分散到膠團(tuán)內(nèi)部或界面上5．去污

演示污物氣體高度分散在液相中，類(lèi)似O/W，表面活性劑穩(wěn)定泡沫。應(yīng)用，如泡沫法濃縮，提純，選礦，X透視（胃充氣）等。發(fā)泡：三.表面活性劑獨(dú)特作用3．發(fā)泡和消沫消沫：如中草藥提取第七節(jié)固體表面對(duì)氣體的吸附第七節(jié)固體表面對(duì)氣體的吸附一.固體表面對(duì)氣體的吸附現(xiàn)象吸附：氣體分子（吸附質(zhì)）自動(dòng)地富集，停留在固體（吸附劑）表面的現(xiàn)象機(jī)制：物理吸附，化學(xué)吸附，或兩者兼有單層單層或多層吸附層慢快吸附速度有無(wú)選擇性反應(yīng)熱相當(dāng)于相變熱吸附熱化學(xué)鍵力Wanderwalls力吸附力化學(xué)吸附物理吸附吸附量：

不易解吸

易解吸

吸附穩(wěn)定性

一.固體表面對(duì)氣體的吸附現(xiàn)象吸附：氣體分子（吸附質(zhì)）自動(dòng)地二.吸附等溫線一定溫度下，吸附量

與吸附質(zhì)壓力關(guān)系

p/p*I型

p/p*II型

p/p*Ⅲ型

p/p*Ⅳ型

p/p*V型I型：?jiǎn)畏肿訉游絀I—V型：多分子層吸附，較復(fù)雜二.吸附等溫線一定溫度下，吸附量與吸附質(zhì)壓力關(guān)系p/三.吸附等溫式主要有三種1．Freundlish經(jīng)驗(yàn)式，描述I型曲線

k，(n>1)為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)線性式：三.吸附等溫式主要有三種1．Freundlish經(jīng)驗(yàn)式，三.吸附等溫式2.Langmuir等溫式

單分子吸附模型

假設(shè)：

吸附為單分子層

氣體只在固體空白處吸附(2)固體表面均勻

吸附時(shí)釋放熱相同(3)被吸附分子之間無(wú)作用力

分子離開(kāi)固體幾率相等模型：吸附k0解吸k1推導(dǎo)：

為復(fù)蓋百分率吸附速度=k0(1–

)p

解吸速度=k1

三.吸附等溫式2.Langmuir等溫式單分子吸附模三.吸附等溫式推導(dǎo)：

為復(fù)蓋百分率吸附速度=k0(1–

)p

解吸速度=k1

平衡時(shí)k0(1–

)p=k1

k0p=(k0p+k1)

設(shè)

m為飽和吸附量，Langmuir式

代入上式則三.吸附等溫式推導(dǎo)：為復(fù)蓋百分率吸附速度=k0(1–三.吸附等溫式Langmuir式

p很小時(shí)，1>>bp，

=

mbp=Kp

pp

很小p

很大線性關(guān)系式：

特點(diǎn)：p很大時(shí)，1<<bp，

=

m

(1)(2)三.吸附等溫式Langmuir式p很小時(shí)，1>>bp，三.吸附等溫式例

0

C，活性炭3.002g吸附CO，數(shù)據(jù)如下，求Freundlish和Langmuir的擬合公式。p

10–4/Pa1.332.674.005.336.678.009.33V

106/m310.218.625.531.436.941.646.1lnp9.5010.1910.6010.8811.1111.2911.44lnV-11.49-10.89-10.58-10.37-10.21-10.09-9.98Freundlish式：lnV=0.7718lnp–18.79（r=0.9987） 即V=6.942

10–9p0.7718三.吸附等溫式例0C，活性炭3.002g吸附CO，數(shù)三.吸附等溫式例

0

C，活性炭3.002g吸附CO，數(shù)據(jù)如下，求Freundlish和Langmuir的擬合公式。p

10–4/Pa1.332.674.005.336.678.009.33V

106/m310.218.625.531.436.941.646.1lnp9.5010.1910.6010.8811.1111.2911.44lnV-11.49-10.89-10.58-10.37-10.21-10.09-9.98p/V10–9/Pam31.301.441.571.701.811.922.02Langmuir式：（r=0.9988）三.吸附等溫式例0C，活性炭3.002g吸附CO，數(shù)三.吸附等溫式3.BET吸附等溫式

多分子層吸附模型

由B.E.T三位科學(xué)家提出，可解釋II~V型曲線，該理論在Langmuir基礎(chǔ)上，結(jié)合多分子層吸附進(jìn)行推導(dǎo)，最后結(jié)果p/p*：相