1、第四章 表面現(xiàn)象,本章重點(diǎn)：曲界面兩側(cè)的壓力差；潤(rùn)濕性表征與決 定因素；毛細(xì)管上升或下降現(xiàn)象。 本章難點(diǎn)：各種界面吸附規(guī)律與特點(diǎn)；賈敏效應(yīng)。,本章要點(diǎn),第一節(jié) 表面張力和表面自由能,第四章 表面現(xiàn)象,一、界面和表面,界面是指兩相接觸的約幾個(gè)分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。,常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。,嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體或固體與其飽和蒸氣之間的界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。,2020/10/5,各類界面與表面,2020/10/5,各類界面與表面,2020/10/5,二、界面現(xiàn)象及本質(zhì),1、界面

2、現(xiàn)象：發(fā)生在界面上的一切物理現(xiàn)象（如吸附、潤(rùn)濕）和化學(xué)現(xiàn)象（如在固體表面上發(fā)生的催化反應(yīng)）。,2020/10/5,二、界面現(xiàn)象及本質(zhì),對(duì)于單組分體系，這種特性主要來自于同一物質(zhì)在不同相中的密度不同；對(duì)于多組分體系，則特性來自于界面層的組成與任一相的組成均不相同。,2、界面現(xiàn)象的本質(zhì): 表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同。,體相內(nèi)部分子：所受四周鄰近分子的作用力是對(duì)稱的。,界面層的分子：一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其作用力不能相互抵消，因此，界面層會(huì)顯示出一些獨(dú)特的性質(zhì)。,2020/10/5,二、界面現(xiàn)象及本質(zhì),例：液體及其蒸氣組成

3、的表面,液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵消，但表面分子受到體相分子的引力大，受到氣相分子的引力小（因?yàn)闅庀嗝芏鹊停?，所以表面分子受到被拉入體相的作用力。,這種作用力使表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)，并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。,2020/10/5,三、比表面,比表面： 單位質(zhì)量（或單位體積）的固體所具有的表面積。,式中，m和V分別為固體的質(zhì)量和體積，A為其表面積。,比表面通常用來表示物質(zhì)分散的程度。,2020/10/5,三、比表面,把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。,例如，把邊長(zhǎng)為1cm的立方

4、體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比表面增長(zhǎng)情況列于下表：,2020/10/5,四、表面功,由于表面層分子的受力情況與本體中不同，因此如果要把分子從內(nèi)部移到界面，或可逆的增加表面積，就必須克服體系內(nèi)部分子之間的作用力，對(duì)體系做功。,表面功: 溫度、壓力和組成恒定時(shí)，可逆使表面積增加dA所需要對(duì)體系作的功。用公式表示為：,式中為比例系數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)T，P及組成恒定的條件下，增加單位表面積時(shí)所必須對(duì)體系做的可逆非膨脹功。,2020/10/5,五、比表面能,定義：保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位 表面積時(shí)，所引起體系自由能的增加值。,用符號(hào)表示，單位為Jm-2。,Jm-2 = Nmm-2 =

5、 Nm-1,2020/10/5,六、表面張力,例1：如果在活動(dòng)邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力F（F=（W1+W2）g）與總的表面張力大小相等、方向相反，則金屬絲不再滑動(dòng)。,F = 2l,l是滑動(dòng)邊的長(zhǎng)度，因膜有兩個(gè)面，所以邊界總長(zhǎng)度為2l， 就是作用于單位長(zhǎng)度上的表面張力。,1、定義：作用于單位長(zhǎng)度表面上的力。,2l,2020/10/5,六、表面張力,例2：如果在金屬線框中間系一線圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。,(a),(b),由于以線圈為邊界的兩邊表面張力大小相等、方向相反，所以線圈可成任意形狀在液膜上移動(dòng)，見(a)圖。,如果刺破線圈中央的液膜，線

6、圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張力立即將線圈繃成一個(gè)圓形，見(b)圖，清楚地顯示出表面張力的存在。,2020/10/5,2、表面張力的作用方向與效果,2020/10/5,由圖可見，表面張力是垂直作用于表面上單位長(zhǎng)度的收縮力，其作用的結(jié)果使液體表面縮小，其方向?qū)τ谄揭好媸茄刂好娌⑴c液面平行，對(duì)于彎曲液面則與液面相切。,2020/10/5,3、影響表面張力的因素,（1）相界面的性質(zhì),2020/10/5,（2）分子間相互作用力的影響,對(duì)純液體或純固體，表面張力決定于分子間作用力的大小，一般分子間作用力越強(qiáng)，表面張力越大。,（金屬鍵）（離子鍵）（極性共價(jià)鍵）（非極性共價(jià)鍵）,兩種液體間的界面張力，界于兩種

7、液體表面張力之間。,2020/10/5,某些液體、固體的表面張力和液液界面張力,2020/10/5,溫度升高，表面張力下降；當(dāng)接近臨界溫度Tc時(shí)，表面張力趨向于零。溫度升高液體的體積膨脹，分子間的距離增加，分子間吸引力減小，因此表面分子所受到的凈吸引力減小。,（3）溫度的影響,2020/10/5,（4）壓力的影響,表面張力一般隨壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾樱瑲庀嗝芏仍黾?，從而使氣體分子對(duì)液體表面分子的吸引力增加，表面分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)，導(dǎo)致表面張力下降。,2020/10/5,七、表面能自動(dòng)趨于減少的規(guī)律,在凈吸引力作用下，表面有自動(dòng)收縮的傾向。根據(jù)能量最小化原理，表面能有自動(dòng)減少的傾向

8、。在等溫下，表面能自動(dòng)趨于減少，這是一切表面現(xiàn)象所遵循的普遍規(guī)律。各種表面現(xiàn)象（曲界面兩側(cè)壓力差的存在，吸附、潤(rùn)濕和毛細(xì)管現(xiàn)象）都在這條規(guī)律的支配下發(fā)生和變化。,第二節(jié) 曲界面兩側(cè)的壓力差,第四章 表面現(xiàn)象,2020/10/5,Young-Laplace公式,液面的曲率,賈敏效應(yīng),本節(jié)主要內(nèi)容,2020/10/5,一、液面的曲率,曲線的曲率（Curvature）就是針對(duì)曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對(duì)弧長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)率。d/dS,曲線的曲率等于與該點(diǎn)相切之圓的半徑R的倒數(shù)。1/R,2020/10/5,凸液面的曲率為正值，凹液面的曲率為負(fù)值，平面的曲率為零。,曲面的曲率： 曲面上某處的正交法平面截口的曲率半

9、徑和叫做曲面在此點(diǎn)的主半徑。,2020/10/5,曲界面兩側(cè)壓力差的實(shí)驗(yàn)證明,2020/10/5,二、彎曲表面的附加壓力,1、在平面上,剖面圖,液面正面圖,研究以AB為直徑的一個(gè)環(huán)作為邊界，由于環(huán)上每點(diǎn)的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力。,設(shè)向下的大氣壓力為Po，向上的反作用力也為Po ，附加壓力Ps等于零。,Ps = Po - Po = 0,2020/10/5,2、在凸面上,研究以AB為弦長(zhǎng)的一個(gè)球面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下的合力。,所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為Ps ，稱為附加壓力。 凸面上受的總

10、壓力為： Po+ Ps Po為大氣壓力， Ps為附加壓力。,剖面圖,附加壓力示意圖,二、彎曲表面的附加壓力,2020/10/5,3、在凹面上：,研究以AB為弦長(zhǎng)的一個(gè)球形凹面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的合力。,所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為Ps ，稱為附加壓力。凹面上所受的總壓力為：Po-Ps ，所以凹面上所受的壓力比平面上小。,二、彎曲表面的附加壓力,2020/10/5,(a) 若液面為凸面： pl pg，附加壓力指向液體,(b) 若液面為凹面： pg pl，附加壓力指向氣體,(c) 若液面為平面，r=， p0， pl

11、 pg,附加壓力 p 總是指向球面的球心（或曲面的曲心)。,2020/10/5,三、 Young-Laplace公式,球形曲界面兩側(cè)的壓力差,式中，p曲界面兩側(cè)的壓力差； 表面張力（界面張力）； r曲界面的曲率。,根據(jù)能量守恒原則即界面能增量與容積功相等導(dǎo)出,2020/10/5,（1）在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R 的球狀液滴與之平衡。,外壓為 p0 ，附加壓力為 ps ,液滴所受總壓為：,p0 + ps,（2）對(duì)活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許，使液滴體積增加dV，相應(yīng)地其表面積增加dA?？朔郊訅毫s環(huán)境所作的功與可逆增加表面積的自由能增加應(yīng)該相等。,代入得：,2020/10/5

12、,一般曲界面兩側(cè)的壓力差,A、在任意彎曲液面上取小矩形曲面ABCD(紅色面)，其面積為xy。曲面邊緣AB和BC弧的曲率半徑分別為 和 。,B、作曲面的兩個(gè)相互垂直的正截面，交線Oz為O點(diǎn)的法線。,C、令曲面沿法線方向移動(dòng)dz ，使曲面擴(kuò)大到ABCD(藍(lán)色面)，則x與y各增加dx和dy 。,2020/10/5,D. 移動(dòng)后曲面面積增加dA和dV為：,E. 增加dA面積所作的功與克服附加壓力Ps增加dV所作的功應(yīng)該相等，即：,2020/10/5,F. 根據(jù)相似三角形原理可得：,G. 將dx，dy代入(A)式,得：,H. 如果是球面，,1805年Young-Laplace導(dǎo)出,2020/10/5,2

13、020/10/5,定義：,當(dāng)液滴或氣泡在通過狹窄的孔隙喉道時(shí)，由于發(fā)生變形而使流體流動(dòng)產(chǎn)生附加阻力的現(xiàn)象。,四、賈敏（Jamin）效應(yīng),2020/10/5,1、兩種情況： (1)氣阻效應(yīng)：遇阻變形的是氣泡。 (2)液阻效應(yīng)：遇阻變形的是液滴。,2020/10/5,2、阻力計(jì)算過程：,2020/10/5,說明1：賈敏效應(yīng)具有疊加性,賈敏效應(yīng)的疊加,2020/10/5,說明2：不管地層的潤(rùn)濕性，賈敏效應(yīng)始終是阻力效應(yīng),親水地層的賈敏效應(yīng),2020/10/5,親油地層的賈敏效應(yīng),第三節(jié) 毛細(xì)管現(xiàn)象,第四章 表面現(xiàn)象,2020/10/5,一、毛細(xì)管現(xiàn)象的定義,發(fā)生在毛細(xì)管中的界面現(xiàn)象，包括毛細(xì)管上升（

14、下降）現(xiàn)象和賈敏效應(yīng)。,為什么有的上升有的下降？,2020/10/5,二、毛細(xì)管上升（下降）,2020/10/5,1、公式的意義： （1）毛細(xì)管上升的高度與毛細(xì)管半徑成反比。 （2） h的正負(fù)取決于，而的大小取決于潤(rùn)濕性。 （3）兩相密度差越小，界面張力越大， h的數(shù)值越大。,的證明方法,2020/10/5,2、毛細(xì)管現(xiàn)象對(duì)采油的影響,親水地層，毛細(xì)管現(xiàn)象是水驅(qū)油的動(dòng)力。 親油地層，毛細(xì)管現(xiàn)象是水驅(qū)油的阻力。,第四節(jié) 吸附,第四章 表面現(xiàn)象,2020/10/5,一、一組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比,2020/10/5,二、吸附,1、定義： 溶質(zhì)在相表面濃度與相內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象。,2、分類： 表面層中溶質(zhì)濃度

15、大于相內(nèi)部濃度：正吸附。 表面層中溶質(zhì)濃度小于相內(nèi)部濃度：負(fù)吸附。,2020/10/5,3.產(chǎn)生原因,溶質(zhì)在液體表面的濃度大于在液體內(nèi)部的濃度,（1）正吸附發(fā)生原因,溶質(zhì)分子都傾向于到液體表面上來（表面能減少）,溶質(zhì)分子置換了液體表面的溶劑分子，液體內(nèi)部對(duì)表面分子的凈吸引力減少，表面張力減少,溶劑與溶質(zhì)分子之間吸引力小于溶劑與溶劑分子之間吸引力,2020/10/5,（2）負(fù)吸附發(fā)生原因,溶劑與溶質(zhì)分子之間的吸引力大于溶劑與溶劑分子之間的吸引力如果溶質(zhì)分子置換了液體表面的溶劑分子，液體內(nèi)部對(duì)表面分子的凈吸引力增加表面張力增大（違反表面能是自動(dòng)趨于減少的規(guī)律）溶質(zhì)在液體表面的濃度小于在液體內(nèi)部的濃

16、度。,2020/10/5,表面活性物質(zhì)：產(chǎn)生正吸附從而使表面張力降低的物質(zhì)，如有機(jī)酸、醇、醛、酮等。,表面惰性物質(zhì)：產(chǎn)生負(fù)吸附從而使表面張力升高的物質(zhì)，如無機(jī)酸、堿、鹽等。,吸附量：?jiǎn)挝唤缑嫔衔降奈镔|(zhì)的量。,2020/10/5,三、氣液界面上的吸附,1、脂肪酸氣液界面吸附規(guī)律,2020/10/5,（2） - c 和 -c的關(guān)系,（1）特勞頓規(guī)則,分子量越大，降低表面張力能力越強(qiáng)，每增加一個(gè)-CH2，降低表面張力的能力增加3.2倍。,同一溶質(zhì)，在濃度較小時(shí)，表面張力和吸附量隨濃度增加而變化很快，隨濃度的增加變化減小，最后就不隨濃度的增加而改變（飽和吸附）。,2020/10/5,（3）原因分析,

17、脂肪酸分子結(jié)構(gòu)：,丁酸的分子結(jié)構(gòu),非極性部分,極性部分,脂肪酸分子兩部分組成。一部分是非極性部分（烴鏈），它是親油的；另一部分是極性部分（羧基），它是親水的。,2020/10/5,特勞貝法則的微觀解釋：,由于脂肪酸分子的兩親性質(zhì)，使它在氣液界面上吸附時(shí)，總是極性部分指向水，非極性部分露出空氣。,脂肪酸同系物相對(duì)分子質(zhì)量的增加，非極性部分的長(zhǎng)度增加，空氣對(duì)它的吸引力加大，凈吸引力減小，表面張力減小。,表面張力減小，脂肪酸分于更傾向于到液面上來，在液面上的吸附量也隨著增加。,2020/10/5, - c 和 -c關(guān)系的微觀解釋：,在濃度很小時(shí)，脂肪酸分于是平鋪在液面上；,在濃度較大時(shí)，肪酸分子是傾

18、斜于液面的；,當(dāng)濃度繼續(xù)增加，脂肪酸分子可在液面上形成飽和吸附層。這時(shí)分子彼此靠攏，形成一單分子層。,2020/10/5,2、Gibbs吸附公式,式中：吸附量； c：溶質(zhì)的濃度； d/dc：表面張力隨溶質(zhì)濃度的變化率。,2020/10/5,吸附量的物理意義：,d/dc20，增加溶質(zhì)的濃度使表面張力下降，G為正值，是正吸附。表面層中溶質(zhì)濃度大于本體濃度。表面活性物質(zhì)屬于這種情況。,d/dc20，增加溶質(zhì)的濃度使表面張力升高，G為負(fù)值，是負(fù)吸附。表面層中溶質(zhì)濃度低于本體溶液內(nèi)部的濃度。非表面活性物質(zhì)屬于這種情況。,在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量與具有相同數(shù)量溶劑的本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)

19、的量之差值。,2020/10/5,四、液液界面上的吸附,1液液界面吸附與氣液界面吸附之相同點(diǎn)：,（1）和氣液界面吸附一樣，界面活性物質(zhì)在液液界面吸附可降低液液界面的界面張力，減少界面能，從而使體系更加穩(wěn)定。,（2）和氣液界面吸附一樣，吸附在液液界面上的界面活性物質(zhì)也是定向排列的。,（3）吉布斯吸附等溫式可用于液液界面上吸附量的計(jì)算。,2020/10/5,2液液界面吸附的特點(diǎn),（1）液液界面的界面張力小于氣液表面張力，因此液液界面的吸附傾向小于氣液界面。（極性差異，能量差異。）,（2）界面活性物質(zhì)對(duì)兩種液體的親合力，對(duì)液液界面吸附量有重要的影響。若界面活性物質(zhì)對(duì)兩種液體的親合力都很接近，吸附量多

20、，否則吸附量少。,2020/10/5,例：在苯水界面上吸附油酸鈉，由于油酸鈉分子的非極性部分對(duì)苯的親合力與它的極性部分對(duì)水的親合力相靠近，所以它在苯水界面上的吸附量大(如上圖的) 。,若以油酸鈉的烴鏈長(zhǎng)度作標(biāo)準(zhǔn)，縮短烴鏈的長(zhǎng)度，則溶質(zhì)在水中濃度增大(如上圖的 ) ，而在苯中的濃度減小。反之，增加烴鏈長(zhǎng)度，溶質(zhì)在苯中的濃度增大，而在水中的濃度減小(如上圖的 ) 。,2020/10/5,五、固體從溶液中吸附,固體從溶液中吸附比較復(fù)雜，因?yàn)樽詈?jiǎn)單的溶液也有兩個(gè)組分。 溶質(zhì)與溶劑都可能被吸附，而且溶質(zhì)和溶劑還會(huì)相互影響。 至今仍未建立起成熟的理論來解釋固體從溶液中吸附的全部問題。,2020/10/5,

21、1、計(jì)算吸附量的經(jīng)驗(yàn)公式： 弗蘭特黎胥吸附等溫式,式中， G每千克固體所吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量； c溶液中溶質(zhì)的濃度； 、n經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。,2020/10/5,2固體從溶液中吸附的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,（1）若溶質(zhì)為非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)（主要以分子形式）,極性相近規(guī)則：極性固體易于吸附極性溶質(zhì)，非極性固體易于吸附非極性溶質(zhì)。（相似相吸！）,脂肪酸同系物極性大小順序：甲酸乙酸丙酸丁酸； 溶劑(即水)的極性最大，所以活性炭(非極性固體)易于從水中吸附極性較小的溶質(zhì)； 因而吸附量的順序是丁酸丙酸乙酸甲酸。,2020/10/5,當(dāng)用極性固體（例如硅膠）從非極性溶劑（例如苯）中吸附帶烴鏈的表面活性物質(zhì)時(shí)，烴鏈越長(zhǎng)，吸附量越少

22、； 當(dāng)用非極性固體（例如活性炭）從極性溶劑（例如水）中吸附帶烴鏈的表面活性物質(zhì)時(shí)，烴鏈越長(zhǎng)，吸附量越多。,若溶質(zhì)在不同溶劑中有不同的溶解度，則溶解度越小的溶劑中的溶質(zhì)在固體表面上的吸附量越多。,例：苯甲酸在四氯化碳和苯中的溶解度比=4.18:12.43。,2020/10/5,溫度對(duì)溶質(zhì)在團(tuán)體表面上吸附量的影響,溫度對(duì)固體表面吸引力的影響：溫度升高，固體對(duì)溶質(zhì)的吸引力減小，使溶質(zhì)在固體表面的吸附量也隨著減少。,溫度對(duì)溶質(zhì)在溶劑中溶解度的影響：,溫度升高，溶解度增加，溶質(zhì)在固體表面上的吸附量必然減少。,溫度升高溶解度減小，這與前一因素起作用的趨向相反，則溫度對(duì)吸附量的影響決定于哪一個(gè)因素起主導(dǎo)作用

23、。,2020/10/5,（2）若溶質(zhì)為電解質(zhì)時(shí),法楊斯法則：即當(dāng)離子鍵固體從溶液中吸附離子時(shí)，若溶液中的離子能與固體中的異號(hào)離子形成難溶鹽，則這種離子優(yōu)先被吸附。,法揚(yáng)斯法則,2020/10/5,六、固氣界面上的吸附,1、物理吸附與化學(xué)吸附：,（1）氣體在固體表面的吸附作用： 氣體分子在固體表面上發(fā)生的滯留現(xiàn)象，或是氣相中的某種組分在此氣固界面上濃集的現(xiàn)象。 吸附作用使固體表面能降低，吸附過程是自發(fā)過程。 吸附現(xiàn)象普遍存在，但對(duì)人的影響不確定。 按分子間作用力的性質(zhì)區(qū)分，吸附作用大致可分為物理吸附與化學(xué)吸附兩類。,2020/10/5,（2）物理吸附與化學(xué)吸附特點(diǎn)對(duì)比,2020/10/5,202

24、0/10/5,2、吸附等溫線：,當(dāng)溫度一定時(shí)，吸附量與平衡壓力的關(guān)系曲線。,（1）五類典型的吸附曲線,2020/10/5,第類吸附等溫線：?jiǎn)畏肿游筋愋?，Langmuir型。,2020/10/5,（2） Langmuir吸附等溫式, 基本假設(shè)（也是不足之處?。?(1)單分子層吸附：不飽和力場(chǎng)范圍相當(dāng)于分子直徑(2-3)10-10m，只能單分子層吸附； (2)固體表面均勻：表面各處吸附能力相同，吸附熱是常數(shù)，不隨覆蓋程度而變； (3)被吸分子相互間無作用力：吸附與解吸難易程度，與周圍是否有被吸附分子無關(guān)； (4)吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡：氣體碰撞到空白表面，可被吸附，被吸分子也可重回氣相而解吸(或脫

25、附)。吸附速率與解吸速率相等，即達(dá)吸附平衡。,2020/10/5, 推導(dǎo)過程：,設(shè)：k1及k-1吸附與解吸速率常數(shù)；A氣體； M固體表面；AM吸附狀態(tài) A(g)十M(表面) = AM,k1,k-1,2020/10/5,設(shè)：固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)，稱覆蓋率， 即為已被吸附質(zhì)覆蓋的固體表面積/固體總的表面積， 則（1-）為固體表面上空白面積的分?jǐn)?shù) 以N固體表面有吸附能力總晶格位置數(shù)，簡(jiǎn)稱吸附位置數(shù)。吸附速率與A的壓力p及固體表面空位數(shù)(1-)N正比，所以 吸附速率k1p(1-)N 解吸的速率與表面被覆蓋吸附位置數(shù)，或N成正比 解吸速率k-1N,2020/10/5,達(dá)到吸附平衡時(shí)， k1p(1-)Nk

26、-1N 可得Langmuir吸附等溫式： =bp/(1+bp) 式中，bk1/k-1，稱吸附系數(shù)，與吸附劑、質(zhì)本性及溫度有關(guān)。b愈大，吸附能力愈強(qiáng)，b有壓力倒數(shù)的量綱。, 關(guān)于Langmuir吸附等溫式的討論,2020/10/5,以代表覆蓋率為時(shí)吸附量。低壓力下，隨壓力上升而增加，壓力足夠高，氣體占滿表面時(shí)，趨于1，吸附量不隨壓力上升而增加，達(dá)吸附飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的吸附量稱飽和吸附量，以表示。因此單分子層吸附，故： Langmuir吸附等溫式可寫成： =bp/(1+bp) 1/=1/+1/(bp) 意義：以對(duì)p/p作圖，得一直線，斜率b(b)，截距，截距/斜率=（/ ）/b/(b)=b/b,若知

27、及被吸附分子截面積A，可計(jì)算吸附劑比表面AW AW=LA 式中，L為阿伏加德羅常數(shù)，單位為mo1kg-1。若知及AW，也可求分子截面積A。 壓力很低或吸附較弱(b很小)時(shí)，bp1，上式簡(jiǎn)化為 bp 說明吸附量與壓力正比，與等溫線低壓時(shí)是直線事實(shí)相符。 壓力足夠高或吸附較強(qiáng)時(shí)，bp1，則 說明固體表面吸附位置全被覆蓋，吸附達(dá)飽和，水平線段。 壓力大小或吸附作用力適中，吸附量與壓力p呈曲線關(guān)系。,2020/10/5,第五節(jié) 潤(rùn)濕,第四章 表面現(xiàn)象,2020/10/5,一、潤(rùn)濕概念,現(xiàn)象1：手入水即濕，但涂油后入水就不濕了。,現(xiàn)象2：干凈的玻璃上有水倒掉后，玻璃是濕的， 但玻璃上有汞倒掉后玻璃上無汞

28、。,1、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,2020/10/5,2、定義：,U = (液固-氣固)A,可理解為：固體表面的a流體能自發(fā)取代b流體，認(rèn)為a在固體表面是潤(rùn)濕的。,固體表面上一種流體（如氣體）被另一種流體 （如液體）取代而引起表面能下降的過程。,3、原因：,液體與固體接觸時(shí)，液體能否潤(rùn)濕固體取決于固體表面自由能的變化，如果表面自由能降低，就能潤(rùn)濕，且降低得越多，潤(rùn)濕程度越好。,2020/10/5,二、潤(rùn)濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn),1、潤(rùn)濕角（接觸角）,（1）定義：沿氣液固三相交點(diǎn)對(duì)液滴表面所作切線與液固界面所夾的角，通常用q表示。,2020/10/5,若q 90，說明液體對(duì)固體潤(rùn)濕性不好，如汞在玻璃表面；,若q 90，

29、液體對(duì)固體潤(rùn)濕性好，如水在潔凈的玻璃表面。,若q = 0，液體對(duì)固體完全潤(rùn)濕。,若q = 180，液體對(duì)固體完全不潤(rùn)濕。,2020/10/5,練習(xí)1：,找出油滴在砂粒表面的潤(rùn)濕角,2020/10/5,練習(xí)2：,找出油滴在砂粒表面的潤(rùn)濕角,砂粒,油滴,水,2020/10/5,A、投影法測(cè)潤(rùn)濕角：,（2）潤(rùn)濕角測(cè)量,投影法測(cè)潤(rùn)濕角,2020/10/5,在平衡時(shí)，3個(gè)界面張力在氣液固交點(diǎn)處的合力為零，此時(shí)液滴保持一定的形狀，且界面張力與潤(rùn)濕角之間的關(guān)系為：,B、潤(rùn)濕角的計(jì)算：,2020/10/5,2、粘附功,（1）定義：在等溫等壓條件下，將單位面積的固液界面在第三相中拉開所做之功。它是液體能否潤(rùn)濕固體的一種量度。粘附功越大，液體越能潤(rùn)濕固體，液-固結(jié)合得越牢。,2020/10/5,粘附功越大，液體越能潤(rùn)濕固體，液-固結(jié)