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物理化学表面现象ppt

  • 素材大。1.06 MB
  • 素材授权:免费下载
  • 更新时间:2019-09-09
  • 素材类别:化学课件PPT
  • 素材格式:.ppt
  • 关键提要:物理化学表面现象,表面
  • 素材版本:PowerPoint2003及以上版本(.ppt)
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这是物理化学表面现象ppt下载,主要介绍了表面积与表面自由能;润湿和铺展;溶液的表面吸附;表面活性剂;气体在固体表面上的吸附;固体在溶液中的吸附,欢迎点击下载。

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物理化学表面现象ppt

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基本概念界面:物质的两相之间密切接触的过渡区。特点:界面仅为几个分子直径厚度的薄层。分类:根据物质的聚集状态分 气-液、气-固、液-液、液-固和固-固表面:若界面中的一相为气体,这种界面称为为表面。界面(表面)现象:凡在相界面上所发生的一切物理化学现象。表面化学:研究各种表面现象实质的一门科学表面积例:表面积比表面(分散度)a:单位体积(质量)的物质所具有的表面积。 即: as = A/V 或: am= A /m 表面吉布斯能表层分子的特点: 液体表面层分子所受合力不为零,而是受到一个指向液体内部的拉力,导致液体表面有自动收缩的趋势。表面吉布斯能表面吉布斯能:比表面吉布斯能(比表面能)σ:物理意义:等温等压下,增加单位表面积所引起的系统吉布斯能之增量。单位:J/m2 表面吉布斯能表面吉布斯能的特点:表面吉布斯能随分散度的增加而渐趋显著;只要有表面或界面存在,就一定有表面能或界面能存在;当考虑表面功时,热力学函数关系式应表示为:例题已知:水的比热为:4.18J/K·g 水的比表面能为:72.88×10-3J/m2 如果将1g水分为半径为10-9m的小球,其表面能为多少?能使1g水的温度升高多少度?解:如果将1g水分为半径为10-9m的小球,可得约2.4×1020个水滴,总表面积为3.0×103m2。表面能为:3.0×103×72.88×10-3=217(J)水温升高:217÷4.18=52K 表面张力表面(界面)张力:沿着表面的切线的方向,垂直作用在单位长度相界面上的表面收缩力。数学表示式:单位:N/m 物理意义:沿液体表面作用在单位长度上的表面收缩力。表面张力表面张力的特点:为系统的强度性质;对同一种物质,界面不同时其表面张力亦不同;表面张力一般是随温度升高而降低;固体也有表面张力;压力对表面张力亦有影响,但很小,一般可忽略不计。研究表面现象的热力学准测表面变化自发进行的判据等温等压和定组成的条件下, 有 :dG = σdA 对单组分系统有: dG = d(σA), 即 :G = σA 表面吉布斯函数是σ与A的函数 对无限小的变化有:研究表面现象的热力学准测表面变化自发进行的判据单组分系统自发进行的条件:只有表面缩小的过程才能自发进行。多组分系统自发进行的条件:表面缩小和表面张力减小的过程才能自发进行。若A不变,则dσ<0过程可自发进行。固体的润湿润湿:固体表面上的气体被液体所取代的过程。接触角:固体的润湿润湿:杨氏公式: 若σs-g-σs-l =σg-l ,cos=1,= 0,完全润湿; 若 σs-g-σs-l < σg-l , 0< cos < 1, 0  <  < 90,润湿; 若σs-g < σs-l , cos < 0, 90  <  < 180,不润湿固体的润湿润湿:杨氏公式: 若σs-g-σs-l > σg-l 时,杨氏公式不再适用。铺展系数(S): S液固=σ固-σ液-σ固液当S≥0时,液体可在固体表面上自动铺展液体的铺展铺展:液体在一固体表面或另一种不互溶的液体表面上自动展开,形成一层薄膜的过程。当S≥0 时, ΔGT,p≤0, 油滴才能在水面上铺展。且S值越大,铺展性能越好。若S<0时,ΔGT,p>0,则不能铺展。例题 20℃时,一滴己醇落在洁净的水面上,已知有关的界面张力为: σ水=72.8×10-3N/m,σ己醇=24.8×10-3N/m,σ己醇.水=6.8×10-3N/m。当水和己醇相互达到饱和后, σ’水=28.5×10-3N/m, σ’己醇=σ己醇, σ’己醇.水=σ己醇.水。试问:⑴己醇在水面上开始与终了的形状。 ⑵相反,若把水滴在己醇表面上,情形如何?表面张力等温线溶液表面张力等温线:在等温条件下,将各种不同浓度溶液的表面张力对浓度作图,所得曲线。分类:第I类第II类第III类溶液的表面吸附现象溶液表面的吸附:溶质在溶液表面层(表面相)中的浓度与在溶液本体(体相)中浓度不同的现象。分类:正吸附:若溶液在表面层的浓度大于它在溶液体相(内部)中的浓度即为正吸附。负吸附:反之,则为负吸附。表面活性剂:吉布斯吸附等温式吉布斯吸附等温式: Γ的物理意义:表面活度 :吉布斯吸附等温式的物理意义:适用范围:吉布斯吸附等温式吉布斯公式的意义和应用:若( /c )T < 0,则 > 0, 发生正吸附;若( /c )T > 0,则 < 0,发生负吸附。表面吸附量的计算方法: 以实测的 对c 作图, 求出指定浓度下的斜率( /c)T, 即可由吉布斯吸附等温式求得该浓度时溶质吸附量  。例题 298K时,0.125mol/L和2.25mol/L丁酸溶液的表面张力分别为:5.71×10-2N/m和3.91×10-2N/m。求:当丁酸平衡浓度为1.187mol/L时,溶液表面吸附丁酸的吸附量。表面活性剂的结构与分类定义:凡是溶解少量就能显著减少溶液表面张力的物质。结构:一般表面活性剂分子都是由亲水性的极性基团和憎水(亲油) 性的非极性基团两部分所构成 。为双亲分子。表面活性剂的结构与分类表面活性剂的特性界面上的定向吸附: 表面活性物质的亲水基团X受到极性很强的水分子的吸引而有竭力钻入水面的趋势, 同时非极性的碳链倾向 于翘出水面或钻入非极 性的有机溶剂或油类的 另一相中,从而在界面 上形成单分子膜。表面活性剂的特性亲水亲油平衡值(HLB):标准:规定完全没有亲水基的石腊,HLB=0 亲水性很强的聚乙二醇,HLB=20 阴离子型表面活性剂(十二烷基硫酸钠),HLB=40 表面活性剂的特性亲水亲油平衡值(HLB): HLB值的意义:用HLB值的大小表示每种表面活性物质的亲水性。 HLB值愈大, 亲水性愈强; HLB值愈小,亲水性愈差,亲油性愈强。 HLB≈0附近,亲水亲油力量均衡。不同HLB值的表面活性剂具有不同的性能和用途。表面活性剂的特性表面活性剂的特性亲水亲油平衡值(HLB): HLB值的测定方法 HLB值的特性:具有加和性 对于两种或两种以上表面活性剂混合时,其HLB值可按下式计算。 HLB=([HLB]A×mA+[HLB]B×mB)/(mA+mB) 表面活性剂的特性胶团的形成胶团(束):表面活性剂加入水中后,不但定向吸附在水溶液表面,而且在溶液中发生定向排列,形成一种聚集体,即为胶团。表面活性剂的特性胶团的形成胶团(束)的形状及大。罕砻婊钚约恋奶匦越和诺男纬闪俳缃菏ǘ(CMC):表面活性剂形成胶团时所需的最低浓度。影响CMC值的因素:临界胶束浓度的特征:表面活性剂的特性胶团的形成临界胶束的形成对溶液表面张力的影响: CMC的测定方法胶团溶液的特性:表面活性剂的作用润湿与去润湿作用润湿作用润湿剂的特点润湿剂的种类润湿剂的用途表面活性剂的作用润湿与去润湿作用去润湿作用去润湿剂的特点去润湿剂的种类去润湿剂的用途表面活性剂的作用乳化与破乳乳化作用乳状液乳状液的特点影响乳状液稳定的因素乳化剂的特点乳状液的分类表面活性剂的作用乳化与破乳破乳破乳剂破乳的方法化学破乳法物理破乳法表面活性剂的作用发泡与消泡泡沫发泡发泡剂的特点发泡的用途消泡消泡剂的特点常用的消泡剂表面活性剂的作用增溶作用增溶剂增溶机理增溶特点增溶剂表面活性剂的作用去污作用(洗涤作用)洗涤作用机理洗涤剂的特点表面活性剂的作用助磨作用表面活性物质(助磨剂)能增加粉碎程度,提高粉碎效率。物料粉碎过程是相界面显著增大的过程,当物料颗粒很小时,比表面很大。若采用干磨,增大的表面是表面张力很大的固-气界面,系统吉布斯函数急剧增大,须消耗很大的表面功。而湿磨时增大的是界面张力小得多的固-液(表面活性剂溶液)界面,因此得到同样分散度的粉末消耗的能量要小得多。分散后的颗粒也因表面活性物质吸附在表面而不易粘聚。表面活性剂的作用助磨作用同时,表面活性物质还发挥“劈裂”作用和助滑作用;靖拍钗剑浩宸肿釉诠烫灞砻嫔舷喽跃奂南窒(气-固吸附) 。吸附剂:吸附气体的固体。吸附质:被吸附的气体。物理吸附和化学吸附物理吸附:固体表面与被吸附分子之间的作用力是范德华力。特点:无选择性,且易液化的气体易被吸附;吸附热接近气相物质凝聚的焓变,且在低温时容易发生;为单分子层或多分子层吸附,能很快达到平衡,且是可逆的。物理吸附和化学吸附化学吸附:固体表面与被吸附分子之间的作用力与化学键力相似。特点:有选择性;吸附热与化学反应焓变相近,常在较高的温度下进行;吸附只能是单分子层的,且不易吸附和解吸,平衡慢。物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附的比较:物理吸附与化学吸附很难截然分开不同温度下,起主导作用的吸附可以发生变化。吸附等温线吸附平衡与吸附量:吸附平衡:在一定温度、压力下,当吸附和脱附速率相等时,即为吸附平衡。吸附平衡的特点:吸附在固体表面上的气体量不再随时间而变。吸附量:吸附等温线吸附等温线: 气体的吸附量与温度和压力有关:Γ = f ( T, p ) 吸附等温式:若T=常数,则Γ = f ( p ) 吸附等压式:若p=常数, 则Γ = f ( T ) 吸附等量式:若Γ =常数, 则p = f ( T ) 吸附曲线:反映上式中两个变量关系的曲线。吸附等温线:等温下描述吸附量(Γ)与平衡压力(p)之间关系的曲线。吸附等温线吸附等温线的类型:吸附等温线吸附等温线的类型:弗仑因德立希吸附等温式弗仑因德立希吸附等温式:仅适用中压力范围 k,n无明确物理意义为经验式。弗仑因德立希吸附等温式弗仑因德立希吸附等温式:对数式为:由直线的截距和斜率可以求出k和n。单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式假设:固体表面对气体的吸附是单分子层吸附;固体表面是均匀的,吸附热是常数;被吸附分子间无作用力;吸附平衡是动态平衡。单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式的推导:覆盖率θ: 任一瞬间固体表面被覆盖的面积分数。 则(1- ) :代表固体空白表面的分数。吸附速率:1 = k1(1- ) p 脱附速率:2 = k2 当吸附达平衡时:1 = 2,即:k1 (1- ) p =k 2 单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式:式中b = k1 / k2-吸附系数, 单位Pa-1。吸附系数代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。b 值越大, 吸附作用越强。上式定量地表示了覆盖率与平衡压力之间的关系。单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式:若令Γ/Γm=θ 该式表示吸附量与平衡压力间的关系若令V/Vm=θ 该式表示被吸附气体的体积与平衡压力间的关系。单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式意义:适用于单分子层吸附当压力足够低或吸附很弱时:吸附等温线呈直线当压力足够高或吸附很强时:吸附等温线呈水平线单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式意义:当压力为中等强度或吸附适中时:吸附等温线呈曲线单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式的应用: 由式:得:若以 p/V 对 p 作图应得一直线,且:斜率= 1/Vm,截距=1/bVm 兰格缪尔公式的局限性多分子层吸附理论 BET吸附理论:为多分子层吸附;第一层吸附未饱和前,也能发生多分子层吸附;当吸附达平衡时,其吸附量等于各层吸附量的总和。多分子层吸附理论 BET公式:适用范围:单分子层及多分子层吸附;相对压力(p/ps)在0.05~0.35范围内。多分子层吸附理论 BET公式的应用: 由式:得:若以p/V(ps-p)对p/ps作图应得一直线,且 Vm=1/(斜率+截距) 比表面:吸附特点固-液吸附的作用力:界面处:f固-溶质、f固-溶剂溶液中:f溶剂-溶质最终结果是溶质与溶剂分子争夺固体表面的净结果。正吸附:固体表面上溶质浓度比溶液本体的大。负吸附:固体表面上溶质浓度比溶液本体的小。吸附速度:与对气体的吸附相比,溶液中的较慢被吸附的物质可以是中性分子(分子吸附);也可以是离子(离子吸附)。吸附量的测定表观测定法:表观吸附 (相对吸附)量:意义:每千克吸附剂所吸附的溶质B的质量。注1:式中吸附量是假定对溶剂的吸附为零时,对溶质的吸附量,故称表观或相对吸附量。注2:对稀溶液,计算结果可近似代表对溶质的吸附情况。注3:对浓溶液,计算结果低于实验值。吸附等温线第I类型: 其形状与固-气吸附等温线的I型相似,固可用下述公式来描述。弗仑因德立希经验公式:兰格缪尔吸附等温式:吸附等温线第II类型: 其形状与固-气吸附等温线的II、III型相似。第III类型: 比较特殊,在固-气吸附中是没有的。为U型及S型。负吸附:由于溶剂被吸附,使溶液浓度增加所致。零吸附:吸附层的浓度与溶液浓度相同。固-液吸附规律使固体表面吉氏函数降低最多的溶质吸附量最大;极性吸附剂易吸附极性溶质, 非极性吸附剂易吸附非极性溶质;溶解度愈小的溶质愈易被吸附;温度越高,吸附量越低。固体吸附剂活性碳特点:为非极性吸附剂。用途:药物生产中常用于脱色、精制、吸附、提取某些药物活性成分。硅胶特点:为极性吸附剂。其吸附能力随含水量增加而下降。用途:气体的干燥、色谱分析等。固体吸附剂氧化铝特点:为极性吸附剂。随含水量增加其吸附能力下降。用途:用作干燥剂、催化剂或其载体。也可用于色谱分析中。固体吸附剂分子筛特点:选择性好;在低浓度下仍保持较高的吸附能力;在高温下仍具有较高有吸附能力。用途:常用于分离混合物。固体吸附剂大孔吸附树脂特点:具有吸附性;具有筛选性。用途:分离、提纯那些分子量比较大的天然化合物。

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