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1、,表面物理化学,绪论,表面物理化学：是一门以多相系为对象，从原子或分子尺度上探讨各种表面和两相之间的界面组成、结构、性质与吸附质的变化过程，研究界面性质随物质本性而变化之规律的学科。,界面(interface),界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区。,常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。,1.气-液界面,2.气-固界面,空气,气-固界面,气-液界面,气-固界面,3.液-液界面,液-液界面,4.液-固界面,玻璃板,液-固界面,5.固-固界面,铁管,Cr镀层,固-固界面,溶液的表面吸附,溶液的表面吸附Gibbs 吸附公式,*Gibbs 吸附等温式的推导,G
2、ibbs吸附公式,Gibbs用热力学方法求得定温下溶液的浓度、表面张力和吸附量之间的定量关系式,1.dg/dc20，增加溶质的浓度使表面张力下降，G2为正值，是正吸附。表面层中溶质浓度大于本体浓度。表面活性物质属于这种情况。,2.dg/dc20，增加溶质的浓度使表面张力升高，G2为负值，是负吸附。表面层中溶质浓度低于本体浓度。非表面活性物质属于这种情况。,*Gibbs吸附等温式的推导,表面相SS面位置的选定,浓度,与界面的距离,固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，所以固体表面也有表面张力和表面能,固体表面的特点是：,1.固体表面分子（原子）移动困难，只能靠吸附来降低表面能,2.
3、固体表面是不均匀的，不同类型的原子化学行为、吸附热、催化活性和表面态能级的分布都是不均匀的。,3.固体表面层的组成与体相内部组成不同,固体表面的吸附,Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之间的定量关系。在推导该公式的过程引入了三个重要假设：,(1)吸附是单分子层的,(2)固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用,(3)吸附平衡是吸附与脱附的动态平衡,上式称Langmuir吸附等温式，a 称为吸附平衡常数(或吸附系数)，它的大小代表固体表面吸附气体能力的强弱程度。,固体表面的吸附,Langmuir吸附等温式,物理吸附和化学吸附的比较,吸附力 范德华力 化学键力吸附热 较小(液
4、化热)较大选择性 无选择性 有选择性稳定性 不稳定,易解吸 稳定分子层 单分子层或多分子层 单分子层吸附速率 较快,较慢.受温度影响小 受温度影响大,物理吸附 化学吸附,液-固界面润湿作用,粘湿过程,浸湿过程,铺展过程,什么是润湿过程？,润湿过程可以分为三类，即：粘湿、浸湿和铺展,滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固气界面，产生了新的液固界面。这一过程称之为润湿过程。,粘湿过程 液体与固体从不接触到接触，使部分液-气界面和固-气界面转变成新的固-液界面的过程。,液,固,13.6 液-固界面润湿作用,设单位面积,称为粘湿功,粘湿功的绝对值愈大，液体愈容易粘湿固体，界面粘得愈牢,浸湿过程,在恒温
5、恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气固界面转变为液固界面的过程称为浸湿过程,该过程的Gibbs自由能的变化值为：,称为浸湿功，又称为粘附张力。,液体能浸湿固体,固体浸湿过程示意图,固,固,等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这种过程称为铺展过程。,S 称为铺展系数，若S0，说明液体可以在固体表面自动铺展。,等温、等压条件下，可逆铺展单位面积时，Gibbs自由能的变化值为,铺展过程,表面活性剂及其作用,表面活性剂分类,表面活性剂在水中的溶解度,表面活性剂的一些重要作用及其应用,表面活性剂的分类,表面活性剂在水中的溶解度,表面活性
6、剂的亲水性越强，其在水中的溶解度越大，而亲油性越强则越易溶于“油”,故表面活性剂的亲水亲油性也可以用溶解度或与溶解度有关的性质来衡量,表面活性剂的一些重要作用及其应用,主要有五个方面：,1.润湿作用,4.乳化作用,3.增溶作用,2.起泡作用,5.洗涤作用,表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：,1.润湿作用,表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。,农药润湿带蜡的植物表面，制造防水材料，都用到表面活性剂润湿作用。,表面活性剂及其作用,表面活性剂的一些重要作用及其应用,2.起泡作用,“泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气
7、而形成泡沫，这种活性剂称为起泡剂。,起泡剂所起的主要作用有：,(1)降低表面张力,(2)使泡沫膜牢固，有一定的机械强度和弹性,(3)使泡沫有适当的表面黏度,3.增溶作用,非极性有机物在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。,增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶的溶质不是均匀分散在水中，而是分散在表面活性剂分子形成的胶束中。,经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。,特点：,(1)增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低，是自发过程，使整个系统更加稳定。,(2)增溶作用是一个可逆的平衡过程,(3)增溶后不存在两相
8、，溶液是透明的,表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：,表面活性剂及其作用,表面活性剂的一些重要作用及其应用,表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：,表面活性剂及其作用,表面活性剂的一些重要作用及其应用,4.乳化作用,一种或几种液体以大于10-7 m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散系统称为乳状液。,要使乳状液稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同，可以形成水包油乳状液(O/W)和油包水乳状液(W/O)。,5.洗涤作用,好的洗涤剂必须具有：,(1)良好的润湿性能,(2)能有效的降低被清洗固体与水及污垢与水的界面张力，降低沾湿功。,(3)有一定的起泡或增溶作用,(4)能在洁净固体表面形成保护膜而防止污物重新沉积。,用烷基硫酸盐、烷基芳基磺酸盐及聚氧乙烯型非离子表面活性剂等作原料制成的合成洗涤剂。,谢谢观赏,
