1 / 39

01 年桂林工学院硕士考题 （填空）： 表面张力又可称（ 表面吉布斯自由能 ）； 液体的表面张力方向是（ 垂直于边界线指向表面中心）。

The Chapter 12 Interface Phenomena P978 requirements. Interface: 密切接触的两相的过渡区。（ l-l, l-s, s-s, g-l, g-s ） Phenomena: ① 液体表面分子受到向内部的拉力。 ②比表面：分割越小，越细，比表面越 大。.

gore
Download Presentation

01 年桂林工学院硕士考题 （填空）： 表面张力又可称（ 表面吉布斯自由能 ）； 液体的表面张力方向是（ 垂直于边界线指向表面中心）。

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. The Chapter 12 Interface PhenomenaP978 requirements.Interface: 密切接触的两相的过渡区。（l-l, l-s, s-s, g-l, g-s）Phenomena: ①液体表面分子受到向内部的拉力。 ②比表面：分割越小，越细，比表面越 大。

  2. §12.1 Surface Gibbs free energy and surface tension① Surface Gibbs free energy将一个分子由内部移到界面，就必须克服分子间的引力、做功。在T.P.x恒定时，表面功：- δw’=γdAγ:增加单位表面积时，必须对体系做的非膨胀功。

  3. 热力学四大关系式在考虑表面功后为：dU = TdS – PdV + ΣμB dnB +γdAdH = TdS + VdP + ΣμB dnB +γdAdF = - SdT – PdV + ΣμB dnB +γdAdG= - SdT +VdP + ΣμB dnB +γdA经对比后知道： γ=(∂G/∂A)TPn = (∂U/∂A)SVn =(∂H/∂A)SPn =(∂F/∂A)TVn

  4. 由上可知： 等TPn时，增加单位表面积引 起的自由能改变为表面吉布斯 自由能。γ---表面吉布斯自由能 （J.m-2）; 其另一个名字叫表面张力：

  5. ② Surface tension a. 丝线内肥皂膜未破时，净拉力等于零。 从另一角度考虑：g-l b. 肥皂膜破时, 净拉力存在。γ=f(T.P.x.另一相的性质)见P888表12.2。

  6. 01年桂林工学院硕士考题（填空）：表面张力又可称（表面吉布斯自由能）；液体的表面张力方向是（垂直于边界线指向表面中心）。01年桂林工学院硕士考题（填空）：表面张力又可称（表面吉布斯自由能）；液体的表面张力方向是（垂直于边界线指向表面中心）。

  7. The relationship of interface tension and temperature dF = - SdT – PdV + ΣμB dnB +γdA在等V,n下求maxwell’s relation: (∂S/∂A)T.V.n= - (∂γ/∂T)A.V.n两边同乘以T: T∂S↑/∂A↑ = - T(∂γ/∂T)A.V.n 扩大面积吸的热T∂S >0,即： (∂γ/∂T)<0 T↑γ↓； γ↑T↓以绝热方式扩大表面积γ↑。

  8. 04年辽大硕士考题：在毛细管中装入汞，当在毛细管左端加热，则管内汞（ D ）。A.不发生移动 B. 左右来回移动 C.向右移动 D.向左移动Ps=2γ/R 加热使γ↓，汞柱左移。

  9. §12.2 The PS and PVap under the bend surfacePs (附加压力)附加压力: Ps=2γ/R’杨拉普拉斯公式在球面 的应用 若平面：R’→∞, Ps→0 讨论： ①R’越小，液滴越小，Ps越大。 ②若液滴成凹形，R’为负值，Ps为负值。 ③为什么通常液滴都呈球形？P894,图12.7 a. 球表面积最小 ④毛细管ΔP= Ps = 2γ/R =Δρgh Δρ=ρl - ρg h= 2γ/RΔρg

  10. 02年药科大学硕士考题： 空气中直径0.01m的球形肥皂泡（表面 张力为0.025N.m-1）所受附加压力为 （ C ）。 A. 2.5Pa B. 5Pa C. 10Pa D.20Pa Ps = 2γ/R = 2*0.025N.m- 1/0.005m =10N.m-2=10Pa

  11. 04辽师硕士考题：液体在毛细管中上升的高度正比于（ C ）。 A. T B.液体密度 C.附加压力D. 管的半径 原因： h= 2γ/RΔρg

  12. 做题：已知20℃时水的表面张力为7.28*10-2 N.m-1， 如果将水分散成小水珠，试 计算当水珠半 径分别为10-5，10-6，10-7m时，曲面下附加压 力为多少个大气压？解：Ps = 2γ/R = 2*7.28*10-2 N.m-1/10-5m =14.56*103Pa=0.1436atm. Ps = 2γ/R = 2*7.28*10-2 N.m-1/10-6m =14.56*104Pa=1.436atm. Ps = 2γ/R = 2*7.28*10-2 N.m-1/10-7m =14.56*105Pa=14.36atm. 答：略。

  13. 二、The PVap under the bend surface T: 液体（T, Pl）= 饱和蒸气（T, Pg）将液体分散成液滴，液滴受压发生变化：(∂G(l)/∂Pl)T dPl= (∂G(g)/∂Pg)T dPg1mol: Vm(l) dPl= V(g) dPg 理气: RT/P dP定积分：Vm(l) （Pl – Pl0）= RT lnPg /P0g Vm(l) (2γ/R’) = RT lnPg /P0g 2Mγ/ρR’ = RT lnPg /P0g *

  14. 开尔文公式推广到比较2个不同半径液滴的蒸汽压： 2Mγ/ρR1’ = RT lnP1 /P0g (1) 2Mγ/ρR2’ = RT lnP12/P0g (2) (2) - (1) RT lnP2 /P1 = 2Mγ/ρ[1/R2’ -1/R1’] *** 开尔文公式解释自然现象：① 人工降雨 空气中水蒸气虽已饱和，但对小液滴来讲尚未饱和，所以小液滴难以形成。如有微粒存在，小液滴粒径增加，饱和↑，可以落雨。

  15. ②沸腾时加入沸石不会暴沸 液体中小气泡，液面是凹面，R’为负值，气泡中的 饱 和蒸汽压，小于液体上方的蒸汽压，极小的气泡难以形 成（新相生成困难），导致液体过热→暴沸。 沸石中有 许多小气泡，成为种子，绕过了生成极小气泡的过程， 所以形成过热液体的可能性大大降低，从而避免了暴 沸。③在一块干净的玻璃板上喷上一些雾滴，再在另一些地方 滴上大液滴，用钟罩密封一段时间后，大液滴更大，小 液滴消失？为什么？ 用卡尔文公式解释：P小饱 > P大饱， 所以，大液滴 已饱和，在其上凝结水，而小液滴尚未饱和，蒸发水， 这种情况进行的结果就是：大液滴更大，小液滴消失。

  16. 04年东大考研题 水蒸气迅速冷却到25℃时会发生过饱和现象。已知：25℃时水γ(σ)=0.07149Nm-1, 分子量18, ρ=1000Kgm-3, 当过饱和水蒸气为水的平衡气压4倍时，试计算：①在此过饱和的情况下，形成水滴的半径 ② 每一个这样的水滴会有多少水分子？解：①根据开尔文公式：2Mγ/ρR’ = RT lnPg /P0g= RT ln4 R’=2Mγ/ρRT ln4 =2*18*10-3*0.07149/1000*198*8.314*ln4 =7.49*10-10m②V=4/3ΠR’3=1.76*10-27m3 ; W=V*ρ=1.76*10-27*1000=1.76*10-24Kg n=1.76*10-21g/18=9.78*10-23mol N=nL≈59 个 答：略。

  17. 02年东大考研题水的表面张力与温度的关系为：σ/10-3 Nm-1=75.64-0.14t/℃ ①估计水的临界温度 ②计算25℃，半径r=10-8m的球形雾滴的饱和蒸汽 压及所受的附加压力。已知：25℃时，平面液态水的P饱 = 3.167KPa。

  18. 解： 临界温度时水-气为一相，没有界面，也就没有表面张力：σ=0 75.64-0.14t/℃= 0 t = 75.64/0.14 = 540.286℃根据杨拉普拉斯公式：Ps=2σ/R’=2*（75.64-0.14*25）*10-3Nm-1/10-8m =1.44*107Nm-2=1.44*107Pa根据开尔文公式：2Mγ/ρR’ = RT lnPg /P0g = PsM/ρ lnPg /P0g=PsM/ρRT =1.44*107*18.02*10-3/8.314*298*1000=0.1047 Pg /P0g=1.11 Pg =P0g*1.11=3.167*1.11=3.516KPa 答：略。

  19. 04年鞍山科技大考研题在一定T下，液滴越小，其饱和蒸汽压就越 ( 大 )， 而液体中气泡越小，泡内的液体饱和蒸汽压则越（ 小 ）。原因：2Mγ/ρR’ = RT lnPg /P0g ①液滴越小，R’越小，RT lnPg /P0g越大，∴P↑ ②气泡越小，R’越小，但为负， RT lnPg /P0g越小，∴P↓。

  20. §12.3 The Properties of liquid interface液体的铺展 P897图， 铺展条件：如果γ2,3 > ( γ1,3+ γ1,2) 液体1 可在液体2上铺展，反 之不能。 * * 3 为气体。 如果2是水，则γ2,3多半较大，∴大多有机液体都可以在水上铺展成薄膜.

  21. 二、The relationship of γ(liquid) and concentration ①表面活性物质(surfactant) ** Definition: 能使水的表面张力降低 的溶质为表面活性物质。（有机物）②非表面活性物质 使水的表面张力升高的溶质为非表面 活性物质。（无机酸碱盐）③γ与C之间的关系 P899图12.10；12.11

  22. 三、Gibbs adsorption formula a2—溶液中溶质的浓度Г2 = - a2/ RT *(dγ/ da2) γ—溶液的表面张力 Г2—溶质的表面超量吸附①dγ/ da2<0 Г2>0 正吸附，表面层的溶质大于本 体溶液的溶质②dγ/ da2>0 Г2<0 负吸附，表面层的溶质小于本 体溶液的溶质

  23. 做题：某表面活性剂的稀溶液，表面张力随浓度的增加而线性下降，当表面活性剂的浓度由2.0*10-4M降到10-4M时，表面张力下降了3.0*10-3Nm-1, 计算表面吸附量Г2（25℃）解：Г2= - a2/ RT *(dγ/ da2) =-10-4*（-3.0*10-3）/8.314*298*10-4 =1.21*10-6molm-2

  24. §12.5 The interface phenomena between liquid and solid 接触角与润湿θ： P917图12.22 a, b 结论：θ>900不润湿； θ<900不完全润湿； θ=00完全润湿。

  25. 中山大学2000年考研题 水能润湿洁净玻璃，而水银则不能。现将一根毛细玻璃管插入水中，管内液面将 上升 ； 如在管内液面处加热，则液面将 下降 ；当毛细管插入水银时，管内液面将 下降 ；若在管内液面处加热，则液面将 上升 。

  26. §12.6The surfactant and Action 一、Definition 以低浓度溶于体系时，可被吸附在体系表面，使 表面张力明显下降的物质。二、The composition由具有亲水极性基团和憎水（亲油）非极性基团 组成的有机化合物。 通常为8-18碳的直链烃。三、Classification离子型表面活性剂：在水中能电离生成离子的表 面活性剂。（活性基团是阴离子的叫阴离子型表 面活性剂；活性基团是阳离子的叫阳离子型表面 活性剂。两者不能混合使用，沉淀。）

  27. 非离子型表面活性剂： 在水中不电离的表面活性剂。四、The important actions of surfactant P928： 1. 润湿 2. 起泡 3. 增溶 4. 乳化5. 洗涤

  28. 2003年沈师考研题 简述表面活性剂的结构、特点及其基 本作用。答： 表面活性剂由亲水和亲油两基团组成;特点： 在油/水界面处自动吸附，降低表面张 力（自由能）；基本作用：润湿、 起泡、 增溶、乳化、 洗涤、抗静电等。

  29. §12.7 The adsorption on solid surfaceLangmuir isothermal formula (adsorption)Langmuir 从试验数据中发现了一些规律，提出了一个吸附等温式。总结出了Langmuir单分子层吸附理论：气体在固体表面吸附是气体分子在固体表面吸附、解析的动态平衡结果。

  30. Langmuir作了如下假定： ① 固体具有吸附能力是因为其表面原子 场力没有饱和，有剩余价力。当固体 表面盖满一层分子后，力场饱和，就 没有了吸附能力，所以假定是单分子 层吸附。② 固体表面的引力场是均匀的，被吸附 分子间不互相影响，也不受吸附位置 的影响。

  31. Langmuir吸附等温式的推导 吸附速率= k1P(1-θ) θ-表面被覆盖分数 k1-吸附速率常数 解吸速率=k -1θ P-气体分子压力 k -1-解吸速率常数 等温下，吸附解吸平衡时：k1P(1-θ)= k -1θ θ = k1P/ k -1+ k1P 令：k1/ k -1=α(吸附平衡常数)θ =αP/ 1+αP Langmuir吸附等温式

  32. 讨论：①P很小，αP<<1, 即：θ≈αP θ与P成线 性关系②P很大，αP>>1, 即：θ≈1 θ与P无关③P居中时，θ在0 --1 之间， θ=αP/1+αP④Langmuir公式是一个理想的吸附公式（吸 附分子间没作用力，固体表面力场均 匀）。但实际情况并不是这样，所以又有 一些经验公式：Freundlich, BET, 乔姆金 等。

  33. 例题：用活性炭吸附CHCl3,符合Langmuir公式。已 知：α=5.45*10-4N-1.m2求：当PCHCl3=6.67KPa时，θ=？解：θ=αP/(1+αP) = 5.45*10-4*6.67*103/(1+5.45*10-4*6.67*103) =3.635/4.635=0.78答：略。2004年辽师考研题设压力为P时，气体在固体表面上的覆盖率和被吸附的体积分别为θ和V, Vm为达到单分子饱和吸附时被吸附气体的体积， 假定吸附服从朗格缪尔吸附等温式，则下列关系不确定的是B 。A. 1/θ ~ 1/P B. θ ~ P C. 1/V ~ 1/P D. P/V ~ P

  34. 解：θ=αP/(1+αP)=V/Vm A. 1/θ=(1+αP)/αP=1+1/αP 确定 B. θ=αP/(1+αP)=V/Vm 不确定C. Vm/ V=(1+αP)/αP=1+1/αP 确定 D. αP/(1+αP)=V/Vm P/V= (1+αP)/αVm 确定

  35. 二、The differences of chemical absorption and physical absorption吸附现象的本质：P9502002年东大考研题：在下列表格中填入化学吸附和物理吸附 的四点主要区别。2002年桂林工学院考研题：化学吸附和物理吸附的最本质的区别是什么？答： 吸附力 吸附热 选择性 分子层物理吸附 范德华力 几百~几千J/mol， 无 单或多化学吸附 化学键力 >几万J/mol ， 有 单

  36. The summary of chapter 12一、Basic conceptions1. Interface---密切接触两相间的过渡区。2．Interface Phenomena: ①液体表面分子受到向内部的拉力。 ②比表面越大，表面效应越厉害，γ越大。3．Surface Gibbs free energy（Surface tension）γ=(∂G/∂A)TPn = (∂U/∂A)SVn=(∂H/∂A)SPn=(∂F/∂A)TVn物理意义：等TPn时，增加单位表面积引起的自由能改变叫 γ（J.m-2）。4． interface tension and temperature dF = - SdT – PdV + ΣμB dnB +γdA 等V,n时：maxwell’s relation: (∂S/∂A)T.V.n= - (∂γ/∂T)A.V.n同乘以T: T∂S↑/∂A↑ = - T(∂γ/∂T)A.V.n 扩大面积吸的 热T∂S >0, 即： (∂γ/∂T)<0 T↑γ↓； γ↑T↓ 以绝热方 式扩大表面积γ

  37. 5．附加压力Ps总是指向曲率中心。 6．θ>900不润湿； θ<900 不完全润湿； θ=00完全润 湿7．Surfactant Definition：低浓度溶于体系，可被吸附在表面，使γ明 显下降。Composition: 通常为亲水极性和憎水非极性基团组成的8- 18C直链烃。Classification：离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂Important actions：润湿、 起泡、增溶、乳化 、洗涤8．The differences of chemical absorption and physical absorption吸附现象的本质：P950

  38. 二、Formulas1．附加压力: Ps=2γ/R’杨拉普拉斯公式在球面的应用. ①R’越小，液滴越小，Ps越大 ②液滴成凹形，R’为负值，Ps为负值。③为什么液滴呈球形？ ④毛细管ΔP= Ps = 2γ/R =Δρgh h= 2γ/RΔρg2. 开尔文公式2Mγ/ρR’ = RT lnPg /P0g RT lnP2 /P1 = 2Mγ/ρ[1/R2’ -1/R1’] 解释自然现象：① 人工降雨：R’↑ lnPg /P0g↓Pg↓, 易凝结成雨滴。 ②沸石：沸石中小气泡为种子，避免了暴沸。③P小饱 > P大饱， 所以，向大液滴凝结。

  39. 3．铺展 铺展条件：γ2,3 > ( γ1,3+ γ1,2) 液体1 可在液体2上铺展，反 之不能。4．Gibbs adsorption formula Г2 = - a2/ RT *(dγ/ da2) a2—溶质浓度 γ—溶液的表面张力 Г2—溶质的表面超量吸附①dγ/ da2<0 Г2>0 正吸附，表面层的溶质大于本体溶液的溶质②dγ/ da2>0 Г2<0 负吸附，表面层的溶质小于本体溶液的溶质5．Langmuir formula θ =αP/ 1+αP ①P很小，θ≈αP θ与P成线性关系②P很大，θ≈1 θ与P无关③P居中，θ在0 --1 之间， θ=αP/1+αP④Langmuir公式是一个理想的吸附公式

More Related