1、表面化学PPT课件 本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！界面的种类 根据物质存在的形态：固(s)、气(g)、液(l)，界面有 5 类：气液：g-L 气固：g-S习惯上称之为“外表有一相为气相 液液：L-L 液固：L-S 固固：S-S“界
2、 面8.1外表吉布斯函数与外表张力以液体和空气相接触的情况为例内局部子：受邻近各方向的力彼此抵消；界面分子：受不同的两相中的物质分子的作用。1.外表吉布斯函数 如前分析，气-液外表相分子受到垂直指向液体内部的吸引力，即表相分子比本体相分子具有额外的外表势能。要使外表积增加，即把分子从体相拉到表相，外界必须做功。外表功：我们把这种在形成新外表的过程中所需环境对体系做的功称为外表功,这是热力学中所提到的非体积功W非的一种。n等温等压可逆过程：n W非=(G)T,P 也即在形成新外表过程中所需的外表功应等于体系吉布斯函数的增加；由于这一增加是由体系外表积的增加大所引起，所以称为外表吉布斯函数，用G表
3、表示，单位为J m-2。比外表吉布斯函数：等温等压下，增加单位面积外表时，吉布斯函数的增加，用表示。n增加面积为A(m2)时：W 非=A G表显然系统自由能：G=G内+G表G内:假设所有分子均为体相分子内局部子时的系统自由能；G表:表相分子比等量的体相分子多出的额外外表势能。当系统分散度很小时，G表 0，G=G内当系统分散度很大时，G=G内+G表=G内+A比外表A0 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。常用比外表A0来表示多相的分散系统的分散程度。10AA(m)V 单位体积物质所具有的外表积 把一定大小的物质分割得越小，那么分散度越高，比外表A0也越大。例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐
4、渐分割成小立方体时，比外表增长情况列于下表：边长l/m 立方体数 比表面A0/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 可见到达nm级的超细微粒具有巨大的比外表积，因而具有许多独特的外表效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。2、外表张力 222WAxLWF xFLFL由前面可知：又：为垂直作用于液体外表单位长度边界限上与液面相切的收缩力，称为外表张力，单位Nm-1。Ldl(a)平液面表面张力示意图平液面表面张力示意图球形液面表面张力示意图球形液面表面张力示意图
5、表面张力表面张力外表张力是垂直作用于外表上单位长度的收缩力，其作用的结果使液体外表缩小，其方向对于平液面是沿着液面并与液面平行，对于弯曲液面那么与液面相切。比外表吉布斯函数与外表张力的异同点 异：物理概念、意义不同：2外表张力通常指纯物质的外表层分子间实际存在着的收缩张力。单位：N m-1。(力学角度)1比外表吉布斯函数表示形成单位面积新外表时系统外表吉布斯函数的增加热力学、能量的角度，单位：J m-2：同：外表张力和比外表吉布斯函数是同一物理量，二者虽单位不同，但其量纲一致：比外表吉布斯函数 J m-2=(Nm)m-2 =N m-1 外表张力金属键离子键极性共价键非极性共价键BB,)()(n
6、PAnPTTAS1.缩小外表积2.降低外表张力吸附现象3.同时变化润湿现象同一质量的物质，分散度比外表积A0=A/V)越大，外表吉布斯函数越大，系统总吉布斯函数越大，系统越不稳定，将向减小吉布斯函数的方向变化。可通过以下三种方式自发地使系统处于稳定状态：8.2吸附作用吸附原因：外表分子受力不均，存在过剩的外表吉布斯函数，可以吸引那些能降低其外表吉布斯函数的气体或液体。吸附现象及其本质吸附:物质界面吸引了周围介质的质点而使其暂时停留的现象。吸附剂：能把周围介质吸引在自己外表上的物质吸附质：被吸附剂吸附的物质。吸附为自发过程 例如，活性炭外表吸引了乙醚分子或醋酸分子后，使得固体外表分子除受内局部子
7、的引力外，又增加了吸附质与吸附剂分子之间的引力，这两种方向相反的力使得外表分子受内局部子的拉力减弱，固体吸附剂的外表张力下降，外表吉布斯函数降低，因此固体能吸附其它物质。G表=A吸附结果 0G表0 自发过程物理吸附和化学吸附特点：吸附稳定性不高，吸附和解吸速率都很快；吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当然吸附量会有所不同。吸附过程不发生化学反响，不需要活化能；放热过程，高温对吸附不利。1.物理吸附定义：吸附起源于吸附剂与吸附质之间的范德华力，这种吸附为物理吸附。特点：吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学键力，一般较强。吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。吸附有选择性，固体外表的活性位
8、只吸附与之可发生反响的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦然。2.化学吸附定义：吸附剂与吸附质发生化学反响。物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力（多为共价键）吸附层单层或多层单层吸附热近似等于气体凝结热，较小，H0近似等于化学反应热，较大，H0吸附选择性无选择性（吸附量可不同）有选择性吸附可逆性可逆不可逆吸附速率快，易达平衡慢，不易达平衡温度低温（沸点附近或以下）高温Tb才发生明显吸附。物理吸附与化学吸附的区别 吸附剂与吸附质的性质同极性相吸 一般来说，极性吸附剂(硅胶，活性氧化铝)吸附极性物质的能力强，如硅胶易除去空气中的水分；而非极性吸附剂易吸附非极性的物质，如木炭吸附乙醇的能力比吸附苯
9、的能力差。分散度越大，吸附剂的吸附能力越强 增温吸附量降低 吸附质为气体时，吸附量与气体压力有关影响吸附作用的因素吸附剂的应用固体催化剂净化空气回收溶剂废水处理脱色、除臭，除重金属等8.3外表活性剂定义：外表活性剂是这样一种物质，它能吸附在表(界)面上，在参加量很少时即可显著改变表(界)面的物理化学性质，从而产生一系列的应用功能。具有双亲构造的有机化合物例：肥皂 CH3(CH2)16COONa 亲油基 亲水基1.外表活性剂的构造特点油酸表面活性剂的结构特征COO-CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+2.外表活性剂的分类按化学构造分：离子型和非离子型按离子类型分：阴离子、阳离子、两性按用途分
10、：起泡剂、润湿剂、洗涤剂、增溶剂等 阴离子外表活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐其特点是洗净去污能力强，在化装品中的应用主要是清洁洗涤作用。阳离子外表活性剂R-NH2HCl 伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3其特点是具有较好的杀菌性与抗静电性，在化装品中的应用是柔软去静电。两性外表活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3其特点是具有良好的洗涤作用且比较温和，常与阴离子型或阳离子型外表活性剂搭
11、配使用。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子外表活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚其特点是平安温和，无刺激性，具有良好的乳化、增溶等作用，在化装品中应用最广。1.外表活性剂的性质(1)外表吸附(2).形成胶团CMC 临界胶束浓度。外表活性剂溶液中形成胶束所需外表活性剂最低浓度。小胶团球形胶团棒状胶束层状胶束脂质双层与细胞膜(1)润湿作用润湿的概念从力学角度：当固体分子对液体分子的粘附力大于液体分子的内聚力时，发生润湿。从热力学角
12、度：为固液二相接触后，系统的外表吉布斯函数降低的现象。2.外表活性剂的作用接触角：三相接触达平衡时，过三相接触点沿液气 界面的切线与固液界面的夹角。l-gs-ls-gs-g=l-g COS+s-lCOS=(s-g-s-l)/l-g 接触角与界面张力的关系接触角与润湿程度之间的关系：(2)乳化作用乳化：一种液体在另一种不溶性液体中，被分散成细小粒子称为乳化。乳化作用：在一定条件下，使不相混溶的两种液体形成具有一定稳定性的液液分散体系的作用。在乳浊液中，分散相呈细小的液滴分散在介质中，相界面积很大，体系能量很高，为热力学上的不稳定体系。乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质叫乳化剂。降低界面张力 形成结
13、实的乳化膜 乳化膜带电 适当的外表粘度乳化剂大多是外表活性剂，主要稳定原因：乳状液的类型破乳过程 絮凝过程聚结过程分层破乳方法物理机械方法化学方法(3)增溶作用定义：某些难溶或不溶于水的有机物可因外表活性胶团的形成而大大提高其溶解度的作用。机理：单态模型和多态模型表面活性剂表面活性剂增溶物增溶物聚聚氧氧乙乙烯烯链链碳氧链碳氧链增溶物增溶物（a)（a)（b)（b)（c)（c)（d)（d)图10-12 四种可能的增溶方式图10-12 四种可能的增溶方式增溶方式(4)起泡和消泡作用气泡：不溶性气体分散在液体或固体中所生成的分散体系。泡沫：多数气泡的集合体。起泡剂：起泡性能好的物质称为起泡剂。用于浮游
14、选矿、泡沫灭火和洗涤去污等。浮游选矿n 首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中参加捕集剂和起泡剂等外表活性剂；n搅拌并从池底鼓气，矿物会附在气泡上一起升到液面。n带有有效矿粉的气泡聚集外表，收集并灭泡浓缩，从而到达了富集的目的。n 不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时去除。当矿砂外表有5%被捕集剂覆盖时，就使外表产生憎水性选择适宜的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的外表，憎水基朝向水；消泡：破坏泡沫为消泡。方法主要有两类：机械方法：搅拌、改变温度、压力等参加消泡剂：酒精、乙醚等使气泡里起泡剂分子减少，泡沫的结实程度下降，泡沫易于破灭。B.参加外表活性剂后，憎水基团朝向织物外表并吸附在污垢上，使污
15、垢逐步脱离外表。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，干净外表被活性剂分子占领。A.水的外表张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。(5)洗涤作用 外表活性剂的HLB值 亲水亲油平衡(HLB)值是外表活性剂的一种实用性量度，它与分子构造有关，用于表示外表活性剂的亲水性。HLB 亲水基的亲水性亲油基的亲油性一般来说，HLB值低，表示亲水性差，亲油性强，可溶于油中；反之，HLB值高说明亲水性强，可溶于水中。一般HLB小于10认为亲油性好，大于10那么认为亲水性好。外表活性剂的HLB值的范围为140，由小到大亲水性增强。油水油水泥水泥水NaClNaCl溶液溶液分散介质分散介质分散相分散相分散
16、系分散系Na+和Cl-小土粒小油滴 水水 水 把一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的混合物，即分散体系。其中，被分散的物质称为分散相dispersed phase，另一种物质称为分散介质dispersing medium)。分散体系及分散体系的分类8.4 溶胶的稳定性和聚沉溶胶：分散相直径在1nm-100nm)分散在液体中组成的多相体系。溶胶的稳定性溶胶具有巨大的界面积，即外表吉布斯函数非常大，为什么有些溶胶却能放置数年而不聚沉？电泳现象：胶体由于受电的作用而移动的现象。实验：在一个U型管里装入FeCl3水解制得的红褐色的氢氧化铁溶液，两端插入两根金属线作电极，通直流电后在阴极区的颜色变深
17、，说明氢氧化铁的胶粒移向阴极。结论：胶体是带电的。胶粒是怎样带电的呢？以AgCI溶胶为例，实验说明：当AgNO3和KI以等物质的量作用时，得到的AgI溶胶是不稳定；当AgNO3过量时，形成的AgI胶核具有很大的比外表，在其外表可选择性地吸附过量的Ag+而带正电；当KI过量时，形成的AgI胶核在其外表吸附过量的I-而带负电；例1：AgNO3+KIKNO3 +AgI 过量的 KI 作稳定剂 胶团的构造表达式：(AgI)m n I (n-x)K+x xK+|_|_|胶核胶粒（带负电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团胶团的图示式：胶粒的构造胶粒的构造例2：AgNO3+KIKNO3 +AgI 过量的 AgNO
18、3 作稳定剂 胶团的构造表达式：(AgI)m n Ag+(n-x)NO3x+x NO3|_|_|胶核胶粒（带正电）胶团（电中性）胶核胶粒胶团 胶团的图示式：溶胶的聚沉 溶胶是热力学不稳定体系，虽然由于胶粒带电，可以相对稳定存在一段时间，但其不稳定性是绝对的，在生产实践中，有时也要防止或加速胶体的形成。因此要设法处理溶胶，使其中的胶粒聚集成大粒子而沉降下来。方法：参加少量电解质溶液。胶体粒子聚集到一起沉降下来的过程，叫“聚沉，聚沉所得的沉淀物叫“聚沉物。Schultz-Hardy(舒尔策-哈迪)规那么：起聚沉作用的总是与颗粒电荷符号相反的离子，聚沉值与反离子离子价数的六次方成反比。DLVO理论：
