1、第七章 界面現(xiàn)象（interfacial phenomenon）2009編輯第七章 界面現(xiàn)象界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的2 混沌未分天地亂，茫茫渺渺無人見。 自從盤古破鴻蒙，開辟從茲清濁辨。所有界面第一日，上帝說：“要有光！” 光與暗分開，稱光為晝，稱暗為夜。第二日，上帝說：“諸水之向要有空氣隔開?！鄙系郾阍炝丝諝?，稱它為天。第三日，上帝說：“普天之下的水要聚在一處，使旱地露出來?！?水和旱地便分開。稱旱地為大陸，眾水聚積之處為海洋。時間界面液-氣界面液-固界面第七章 界面現(xiàn)象界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的3第七章 界面現(xiàn)象界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的4玻璃冰

2、花室內(nèi)灰塵-115倍掃描電子顯微鏡人類血細(xì)胞SEM照片放大30倍碳納米管雙噻吩蒽分子有機(jī)薄膜電晶體梵高的向日葵第七章 界面現(xiàn)象界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的5 界面(表面)現(xiàn)象隨處可見多孔硅膠金滴-水滴-皂泡活性碳膜第七章 界面現(xiàn)象界面無處不在，沒有界面的世界是無法想象的6分散度-比表面：單位質(zhì)量(或體積)物質(zhì)的表面積。多孔硅膠活性炭表面（界面）現(xiàn)象的形成： 處于表面(界面)的分子具有比其內(nèi)部分子過剩的能量。系統(tǒng)分散度愈大過剩能量愈大。應(yīng)用：日化、造紙、涂料、催化化工、採油、冶金、生物醫(yī)藥、環(huán)境治理等。第七章 界面現(xiàn)象77-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)目錄7-2 彎曲液面的附加壓力7

3、-3 分散度對物質(zhì)性質(zhì)的影響與亞穩(wěn)狀態(tài)7-4 潤濕現(xiàn)象7-5 吸附現(xiàn)象第七章 界面現(xiàn)象8學(xué)習(xí)要求及重點理解表面張力和表面吉布斯能概念，以及其影響因素，理解界面變化自發(fā)方向的判斷；理解彎曲液面附加壓力的概念，掌握Laplace方程；掌握Kelvin方程，會分析幾種亞穩(wěn)狀態(tài)；了解潤濕現(xiàn)象，掌握楊氏方程；理解固體及溶液吸附概念及區(qū)別，掌握Langmuri和Gibbs吸附等溫式；了解表面活性劑結(jié)構(gòu)特征及定向排列作用；7-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)9知識點理解表面張力和表面吉布斯函數(shù)概念了解影響表面(界面)張力的因素理解界面變化熱力學(xué)F0F=07-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)二、表面(界面)張力10d

4、xFlm單位： N m-1表面功物理意義：沿著與表面相切方向，垂直作用在表面任意單位長度線段上的緊縮力。能量量綱單位面積之能量7-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)11定溫定壓、可逆條件下：F0F=0一、表面吉布斯函數(shù)物理意義：定溫定壓、定組成下，增加dAS表面積所引起系統(tǒng)G的增量。 單位：J m-2單位表面積上的分子比同量內(nèi)部分子過剩的Gibbs能7-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)三、影響界面張力的因素12 隨分子間作用力的增強而增大。一般有：(金屬鍵) (離子鍵) (極性鍵) (非極性鍵) 如： (液態(tài)金屬) (熔融鹽) (水) (有機(jī)溶劑) 物質(zhì)本質(zhì)分子間作用力的影響7-1 表面張力和表面吉布斯

5、函數(shù)三、影響界面張力的因素13溫度的影響定p下，一般 T，液體，分子間力，如H2O壓力的影響定T下， p，氣體，吸附及溶解 ， 界面介質(zhì)一定溫度下，同一物質(zhì)： (s-g) (l-g) 。溶入溶質(zhì)時，界面張力隨溶質(zhì)濃度的變化不定7-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)三、影響界面張力的因素14常壓下一些液體、固體的表面張力和液-液界面張力物質(zhì) /10-3Nm-1T/K物質(zhì) /10-3Nm-1T/KHe (液)N2 (液)丙酮(液)正辛酮(液)正己烷(液)正辛烷(液)乙醇(液)苯(液)正辛烷(液/水)正己烷(液/水)0.3086.623.727.518.421.822.7528.8850.851.52.5

6、90293293293293293293293293水(液)水(液/汽)水(液/苯)Hg (液)Hg (液/水)NaCl (固)MgO (固)Cu(液)Fe (固)Fe (液)W (固)72.7572.8835.04854159012001268215018802900293293293293293117329812031673180820007-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)四、 界面現(xiàn)象熱力學(xué)15 以Gibbs函數(shù)為判據(jù)，對多組分且組成可變、含一個確定相界面的封閉系：定溫定壓恒組成時：dG(體相)=0面積及界面張力均改變時：7-1 表面張力和表面吉布斯函數(shù)四、 界面現(xiàn)象熱力學(xué)16討論：一定時

7、： dAS0 時為自發(fā)。 如小液滴的自發(fā)合并長大；As一定時：Asd 0 時為自發(fā)。 如吸附現(xiàn)象； 、 AS皆可變時： dAS+ ASd 0，p凸 p*類推：氣泡或凹液面，r凹 0，p凹 p* G(微液滴)G(大液滴)毛細(xì)管凝結(jié)： pr (凹面) p* G(凹面液) p* G(微晶粒)G(普晶粒)910面心立方 -Fe-+C2 固溶體奧氏體過飽和-Fe+C2固溶體-馬氏體硬脆T s-l，90為潤濕；s-g 90為不潤濕；楊氏方程H2OHg7-4 潤濕現(xiàn)象30三、潤濕的第二種分類 沾濕、浸濕、鋪展?jié)櫇癯潭忍岣?、沾濕(s-l)Wa(Ga愈負(fù)) 界面結(jié)合力 沾濕程度 。沾濕分離s-gl-gs-l時

8、，可沾濕7-4 潤濕現(xiàn)象31三、潤濕的第二種分類 沾濕、浸濕、鋪展?jié)櫇癯潭忍岣?、沾濕(l-l)沾濕分離l1-gl2-gl1-l2且有內(nèi)聚功：若為同一液體時：與分子間作用力有關(guān)7-4 潤濕現(xiàn)象32三、潤濕的第二種分類 沾濕、浸濕、鋪展?jié)櫇癯潭忍岣?、浸濕s-gl-gs-lWi愈大(Gi 愈負(fù)) 浸濕程度愈高。且發(fā)生浸濕時，有907-4 潤濕現(xiàn)象33三、潤濕的第二種分類 沾濕、浸濕、鋪展?jié)櫇癯潭忍岣?、鋪展x(l-g)(x1)s-gl-gs-l7-4 潤濕現(xiàn)象34三、潤濕的第二種分類 沾濕、浸濕、鋪展沾濕Ga浸濕Gi鋪展Gss-l -s-g-l-gs-l - s-gs-l+l-g-s-g -l-

9、g(cos+1) -l-gcos _180 W i S l/s 潤濕愈難，程度愈高比較幾種潤濕，并將楊氏方程代入7-5 吸附現(xiàn)象35知識點理解固-氣吸附概念，了解吸附等溫線；理解Langmuir吸附等溫式理解溶液吸附概念和Gibss吸附等溫式了解表面活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征7-5 吸附現(xiàn)象36固體及溶液表面常有自動吸附使G的能力。固體表面吸附定義：溶液表面吸附定義：B吸附質(zhì)A吸附劑c表c體 吸附量單位：molkg-1 或 m3kg-1AS一定，dG=ASd 0，即為自發(fā)。7-5 吸附現(xiàn)象37一、固體表面吸附吸附等溫線吸附過程常為放熱，隨TVa。 T升高時，要達(dá)到相同的吸附量，需更高壓力。 吸附量一定時

10、：NH3在C上的吸附等溫線另有四種等溫線，當(dāng)發(fā)生毛細(xì)凝結(jié)、多層吸附等情況時。V a /cm3(STP) g -1p(NH3)/kPa15010050020406080-33.5030801517-5 吸附現(xiàn)象38一、固體表面吸附物理吸附與 化學(xué)吸附比較性質(zhì)物理吸附化學(xué)吸附吸附作用力范德華力化學(xué)鍵力吸附熱 液化熱 反應(yīng)熱選擇性無有吸附層多或單層單層吸附速率低溫快低溫慢大于某T后發(fā)生T影響先后t/物理吸附化學(xué)吸附過渡狀態(tài)0-200200V aCO在Pd表面的吸附等壓線7-5 吸附現(xiàn)象39一、固體表面吸附朗格繆爾(Langmuir)吸附等溫式 單層吸附，常為化學(xué)吸附表面均勻，吸附能力相同，吸附質(zhì)間無

11、作用力；單分子層吸附，吸滿后達(dá)飽和；存在吸附與脫附動態(tài)平衡?；炯僭O(shè)：吸附劑A+吸附質(zhì)B吸附劑吸附質(zhì)(A-B)k1k2平衡：1-p其中：表面覆蓋率7-5 吸附現(xiàn)象40一、固體表面吸附朗格繆爾(Langmuir)吸附等溫式朗格繆爾吸附等溫式重要應(yīng)用：固體催化劑催化氣相反應(yīng)，見反應(yīng)動力學(xué)7-5 吸附現(xiàn)象41一、固體表面吸附 P170例10.3.1：CO在活性碳上的吸附。的討論：1/2 飽和吸附量時壓力的倒數(shù)7-5 吸附現(xiàn)象42二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì)(1) 減小，則B趨向于在溶液表面分布即：c表c體，B發(fā)生正吸附(如、)(2) 增大，B則趨向于在溶液內(nèi)部分布即：c表c體，B發(fā)生負(fù)吸附(如)；

12、定溫定壓定組成條件下，溶質(zhì)B溶入溶劑A后：surface tension molar concentration Bccmc無機(jī)酸堿鹽及多羥基化合物醇、醛、羧酸、酯皂類、8個碳以上的直鏈有機(jī)酸的堿金屬鹽、高碳直鏈烷基磺酸鹽或苯磺酸鹽表面活性劑7-5 吸附現(xiàn)象43二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì)Gibbs吸附等溫式定義溶液表面吸附量(表面超量)為：的單位為：moldm-2Gibbs 由熱力學(xué)推導(dǎo)得到B與 、cB(或aB)間的關(guān)系：surface tension molar concentration B:0表面活性劑7-5 吸附現(xiàn)象44二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì)surface tension

13、molar concentration Bccmc表面活性劑及其作用加入后使溶液表面張力顯著降低的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征雙親結(jié)構(gòu)培樂多泥形成膠束表面定向排列表面活性劑在培樂多泥表面的潤滑作用臨界膠束濃度7-5 吸附現(xiàn)象45二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì)表面活性劑及其作用膠棒層狀膠束膠束隨cB，樣態(tài)發(fā)展為：小膠束球狀膠束棒狀膠束層狀膠束，進(jìn)而還可形成超微液滴。臨界膠束濃度surface tension molar concentration Bccmc7-5 吸附現(xiàn)象46二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì)表面活性劑及其作用表面活性劑種類離子型非離子型陽離子型陰離子型兩性型R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型H+OH- CH3 |R-N+-CH2COO- | CH3甜菜堿型R-O-(CH2-CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚R-COOCH2-(CHOH)3H多元醇型R-CONH-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-NH2HCl伯胺鹽仲胺鹽叔胺鹽季胺鹽偏酸性RCOONa羧酸鹽R-OSO3Na硫酸酯鹽R-SO3Na磺酸鹽中及堿性7-5 吸附現(xiàn)象47二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì)表面活性劑及其作用鯨蠟醇十六烷基醇，CH3(CH3)15OH是常用試劑。減少水庫中水的蒸發(fā)速率。 形成膠束后，使不易溶解物質(zhì)，因進(jìn)入膠束溶解度。進(jìn)而形成 膠體范疇的(1000nm以內(nèi))乳狀液、