2023年物理化学界面现象与胶体.doc

物理化学界面现象与胶体 　 第七章 界面现象与胶体〔 4 学时〕 　教学目的：了解附加压力、界面现象、吸附和润湿等概念；外表活性剂的分类,性能及应用；胶体根本性质、胶团结构和胶体的稳定性；了解乳状液、泡沫和悬浮液等粗分散系统。掌握外表张力的概念及计算及常见的吸附现象及吸附理论； 　教学重点：胶体的制备，电解质溶液对胶体稳定性的影响，电解质聚沉能力的判断，溶胶的胶团结构的书写与双电层理论。 　教学难点：溶胶的胶团结构的书写，电解质聚沉值的计算。 　第一节 界面张力 　一. 界面现象 　1.界面是相与相之间大约几个分子厚度的过渡区， 　2.界面层与体相所处的环境不同,所以在组成、结构、分子所处的能量状态和受力状况等方面都有明显的差异，因此产生的物理现象和化学现象称为界面现象。 　二．界面张力 　由于外表层中分子受到指向液体内部的拉力，在宏观上为液体外表受到收缩力，这种收缩力趋向于减少液体的外表。定义垂直作用于液体外表单位长度上的收缩力为液体的外表张力，以表示，即。 　在等温、等压和组成不变的条件下，系统所获得的非体积功等于系统所增加的吉布斯函数：,故可以得到 　上式可以看做是液体外表张力的定义式,也是任意界面张力的定义式。 　界面张力是界面的一种属性,不同界面的界面张力是不同的。界面张力中研究的最多的是液体的外表张力，其大小取决于液相分子间作用力与气相分子间作用力的差异。而通常气相分子间的作用力远小于液相分子间的作用力，一般而言，液体分子间相互作用力越大，其外表张力越大。外表张力是温度的函数,一般随温度升高而降低。因为随温度升高，分子间的距离加大，使分子间的相互作用力减弱，因此大多数液体的外表张力随温度的升高而下降。 　三. 液-液界面张力 　两种不能完全互溶的液体之间的界面称为液-液界面。 　固体外表张力较液体外表张力大得多,并且很难测定。 　第二节 界面现象 　一.弯曲液面的附加压力 　弯曲液面分两种：一种是凸液面，例如气相中的液滴；一种是凹液面，例如液体中的气泡。由于外表张力的作用，在弯曲液面两侧形成的气、液相压强差称为弯曲液面的附加压力，以Δp表示，定义：附加压力Δp=pl-pg 　一定温度下，弯曲液面的附加压力与液体的外表张力成正比，与曲率半径成反比，其关系为：Δp = 2γ/r 　此式称为拉普拉斯方程。式中，r为液面的曲率半径。 　二.液体对固体的润湿作用 　1.润湿 　润湿是指当液体接触固体时，原有的气-固外表或气-液外表自动地被液-固外表所代替的现象。 　润湿是发生在液-固界面和液-液界面上的常见现象。常见的润湿现象如：矿物浮选，注水采油，农药喷洒等。 　2.接触角 　接触角:在气、液和固三相交点处，液-固界面张力与气-液界面张力通过液体内部的夹角称为接触角或润湿角，以θ表示。 　由于平衡时，三相交界处点所受的各种界面张力之和为零，故有如下关系： 　或 　上式为杨氏方程。 　一定温度与压力下，接触角与润湿程度有如下关系： 　(1) 假设液-固界面张力大于气-固外表张力，那么,。此时不润湿。当时，那么为完全不润湿。 　(2) 假设液-固界面张力小于气-固外表张力，，。此种情况称为润湿。当时，那么为完全润湿，即发生铺展。 　3.毛细现象 　毛细现象是指具有细微缝隙的固体与液体接触时，液体沿缝隙上升或下降的现象。 　 产生毛细现象的原因是毛细管内的弯曲液面存在附加压力Δp。将毛细管插入液体中，假设液体能润湿毛细管，即 θCs+ >Rb+ >NH4+ >K+ >Na+ >Li+ 　F- >IO3- >H2PO4- >BrO3 ->Cl- >ClO3- > Br->I->CNS- 　3.有机离子的聚沉能力很强，如高分子凝结剂。 　(2)胶溶法又称解胶法，是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并参加适当的稳定剂,这种稳定剂又称胶溶剂。 　 (3)超声分散法 　将频率为106Hz高频电压加在两个电极上,石英片即发生相同频率的机械振荡,高频机械波经变压器油传入试管内,即产生相同频率的疏密交替的振动波,对被分散的物质产生很大的作用力,从而得到均匀分散的分散相,形成溶胶或乳状液。 　2.凝聚法 　分散度较高的溶胶,通常都是用凝聚法制备的。凝聚法的主要步骤,是先制备某种以分子水平分散的过饱和溶液,然后从该过饱和溶液中再沉淀出具有适当分散程度的某物质的胶体质点,按照过饱和溶液的形成过程,凝聚法又可分为化学法和物理法两类。 　1