1、第4、5、7章要點總結一、基本要求1理解表面吉布斯函數、表面張力的概念。2正確理解彎曲液面下的附加壓力的概念，掌握拉普拉斯（Laplace）方程及應用。3.了解潤濕現象，掌握接觸角概念及楊氏（T.Young）方程。4.理解彎曲液面上的飽和蒸氣壓與平面液體飽和蒸氣壓的不同，掌握開爾文（Kelvin）公式的意義及應用。5.理解亞穩狀態可能存在的原因。6.理解物理吸附與化學吸附的區別。7.掌握蘭格謬爾（Langmuir）單分子層吸附理論和吸附等溫式及應用。8了解B.E.T多分子層吸附等溫式意義及其應用。9了解溶液表面上的吸附現象，理解正吸附和負吸附的熱力學原因及有關計算。10.了解表面活性劑的分類及

2、臨界膠束濃度（C.M.C）概念。11.了解表面活性劑的主要作用。二、內容精要1表面與界面密切接觸的兩相之間的過渡區稱為界面，它包括氣液、氣固、液液、液固及固固的界面。含有氣相組成的界面如氣液、氣固稱為表面。2.分散度分散度：物質分散成細小微粒的程度。通常用比表面來表示，即用單位體積或單位質量的物質所具有的表面積來表示分散度。3表面功、表面吉布斯函數與表面張力（1）表面功：在溫度、壓力和組成恒定時，可逆地使表面積增加dA所需要對體系作的功。可表示為（2）表面吉布斯函數：廣義地定義是指在相應的特征變量和組成不變的情況下，每增加單位表面積時其熱力學函數的增值；狹義地定義是指在溫度、壓力和組成恒定時，

3、可逆地增加單位表面積時體系吉布斯函數的增值。（3）表面張力：指在液體表面的切線方向上垂直作用于單位長度上的緊縮力。它在數值上等于當溫度、壓力及組成恒定時，增加單位表面積時對體系所必須做的可逆非體積功，即 或 表面張力、表面功與表面吉氏函數是不同的概念，單位不同，但數值和量綱相同。（4）注意事項：分子間力與表面張力：分子之間作用力是產生表面張力的微觀原因，而表面張力則是界面層大量分子受到這種微觀作用后在宏觀上的反映。表面張力與物質本性有關，分子間作用力越大，表面張力也越大。表面張力與接觸相的性質有關，通常所說的液體表面張力是指它與其飽和蒸汽的空氣相接觸而言的。表面張力與溫度有關，一般地，液體的表

4、面張力隨溫度升高而降低。表面張力是強度性質。高度分散的系統，表面積A作為系統狀態的參數，不可忽視。4潤濕現象（1）潤濕的分類沾濕：液體直接與固體接觸，變氣-液界面和氣-固界面為液-固界面的過程。沾濕能否自發進行，可用恒溫恒壓下表面吉氏函數判據來確定。浸濕：固體直接浸入液體中，氣-液界面變為液-固界面的過程。浸濕能否自發進行，可用恒溫恒壓下表面吉氏函數判據來確定。鋪展：液體在固體（或液體）表面上排除空氣自動展開的過程。鋪展能否自發進行，也可用恒溫恒壓下表面吉氏函數判據來確定（2）潤濕角（）與楊氏（T.Young）方程潤濕角：液滴在固體表面平衡，三相交點為O，沿氣液界面畫切線，和液固（包括）的夾角

5、稱潤濕角（或稱接觸角）,如圖所示。 楊氏（T.Young）方程：平衡時，三界面張力在O點的合力為零，即上式謂楊氏方程，亦稱潤濕方程。潤濕程度習慣以潤濕角大小判別，90º為潤濕，90º為不潤濕，=0º完全潤濕，=180º為完全不潤濕。5彎曲液面下的附加壓力與毛細現象（1）彎曲液面下的附加壓力：由于表面張力的作用，彎曲液面的兩側存在一壓力差p，稱為彎曲液面下的附加壓力。可表示為 其中，r為曲率半徑，若為水平液面，r= ， p=0；若為凸液面 r取正值，p0；若為凹液面，r取負值，p0；若為空氣中的氣泡，因有兩個氣液界面，視內外r相等， （2）毛細現象：將毛細

6、管插入液體中，發生液面沿毛細管上升或下降的現象，稱為毛細現象。上升或下降的高度h可由下式來求 其中，是液體的密度，為液體的表面張力，g是重力加速度，r是毛細管半徑，為接觸角。6彎曲液面上的飽和蒸汽壓-開爾文（Kelvin）方程曲率半徑為r的彎曲液面上的飽和蒸汽壓pr可由下式求得， 該式稱為開爾文（Kelvin）方程，恒溫時，M（液體的摩爾質量）、p（水平液面的飽和蒸汽壓）、R、均為常數。對于凸液面（如微小液滴），r0，則prp，r越小、pr越高（蒸氣過飽和現象由此產生），凹液面（如液體中的小氣泡），r0，prp，r越小、pr越低（毛細管冷凝，過熱液體等現象由此產生）。此方程適用于在一定溫度下圓

7、形液滴或固體粒子上的飽和蒸汽壓pr的計算。7亞穩狀態亞穩狀態：能維持相當長時間但不能長期穩定的狀態。如過飽和蒸汽、過飽和溶液、過熱液體、過冷液體所處的狀態，它們與熱力學平衡狀態不同。亞穩狀態之所以能夠出現，從熱力學上來說，是由于新相生成較困難，是非自發過程；從動力學上來說，晶核長大需克服一定的能壘。8.物理吸附與化學吸附所謂吸附，指的是固體或液體表面（或界面）從相鄰的相中吸引分子（原子或離子）到表面上以降低表面自由能的現象。必須注意吸附與吸收的區別，后者指的是一種物質通過擴散從一相向另一相的本體內的滲透現象。吸附是表面化學研究中的一個重要課題。一般根據吸附鍵（吸附力）的不同，將吸附分為物理吸附

8、與化學吸附。兩者間的主要區別如下表給出。物理吸附化學吸附吸附力范德華力化學鍵力選擇性無有吸附熱較小（凝聚熱）較大（反應熱）吸附層數單分子或多分子層只能單分子層吸附速度快（受溫度影響較小，易平衡，易脫附）慢（升溫加速，不易平衡，難脫附，脫附物不一定為吸附物）7蘭格繆爾吸附蘭格繆爾吸附有四個基本假定（1）吸附是單分子層的（固表吸附力場僅1分子直徑）；（2）被吸分子間無作用力；（3）吸附劑表面均勻、活性一致；（4）吸附解吸動態平衡。蘭格繆爾吸附等溫式為： 或 式中 ，表面覆蓋度 吸附量 飽和吸附量蘭格繆爾吸附式是個理想吸附公式，單分子層吸附一定符合蘭格繆爾公式，但符合該公式的不一定是單分子層吸附。8

9、吉布斯吸附等溫式由于表面層很薄，表面層中濃度難以準確測定，但可借助熱力學原理，導出恒溫下溶液表面吸附量與表面張力和溶液濃度的定量關系式：此謂吉布斯等溫式，式中為溶質在表面的超出量。9表面活性劑凡能顯著降低表面張力的物質，稱表面活性劑。表面活性劑分子一般是由具有親水性的極性基因和具有憎水性的非極性基因組成的化合物，因而是“兩親分子”。表面活性劑在溶液中超過一定濃度時可形成膠團或膠束，形成膠團或膠束時的濃度稱為臨界膠束濃度（CMC）。膠束的形成，使表面活性劑溶液的某些性質發生突變。表面活性劑在實際中有重要的多方面的應用，如潤濕、洗滌、起泡、乳化、加溶等。三 訓練題（一）選擇題：1. 在影響物質表面

10、張力的因素中，下面哪一個說法是不對的？BA. 與相接觸的另一相物質的性質有關B. 與表面積的大小有關C. 與壓力有關D. 與溫度有關2. 彎曲液面（非平面）所產生的附加壓力bA. 一定等于零 B. 一定不等于零 C. 一定大于零 D. 一定小于零3. 憎液固體表面不為液體潤濕，其接觸角為bA. =0° B. >90° C. <90° D. 為任意角4.在相同溫度下，同一液體被分散成具有不同曲率半徑的系統時，它們將具有不同的飽和蒸汽壓，若以分別表示水平、凹液面、凸液面上的飽和蒸汽壓，三者關系為cA. B. C. D. 5.液體在能被它完全潤濕的毛細管中上

11、升的高度反比于bA. 空氣的壓力 B. 毛細管的半徑C. 液體的表面張力 D. 液體的粘度6. 微小晶體與普通晶體相比，下面哪一個是不正確的？dA. 微小晶體的蒸氣壓較大 B. 微小晶體的熔點較低C. 微小晶體的溶解度較大 D. 微小晶體的溶解度較小7.根據生產或生活的需要，有時需要破壞亞穩狀態，下列措施中與破壞亞穩狀態無關的是cA. 由飛機從高空中噴撒微小AgI顆粒進行人工降雨B. 在蒸餾時于液體中加入沸石或一端封閉的毛細玻璃管C. 農藥中加入表面活性劑D. 結晶操作中延長陳化時間8.下列現象中，與附加壓力的存在無關的是bA. 兩塊平板玻璃間沾有水滴后則難以分開B. 在水蒸汽過飽和的空氣中，

12、提供凝結核心，以進行人工降雨C. 濕的磚坯在干燥過程中體積會縮小D. 純液體在沸騰過程中總要過熱9.下列哪點不能用以衡量液體在固體表面上的潤濕程度？bA. 固液兩相接觸后系統表面吉氏自由能降低的程度B. 固體在液體中的分散程度C. 測定接觸角的大小（固體具有光滑表平面）D. 測定潤濕熱的大小（固體是粉末）10.下面關于物理吸附的描述中，哪一條是不正確？dA. 吸附力來源于范德華力，其吸附一般不具選擇性B. 吸附層可以是單分子層或多分子層C. 吸附熱較小D. 吸附速度較小11. 下面關于固體表面吸附熱的描述中，哪一條是正確的？dA. 物理吸附要比化學吸附有更顯著的吸附熱B. 吸附過程可以吸熱也可

13、以放熱，所以吸附熱有正也有負C. 吸附熱的大小不能反映吸附作用的強弱D. 隨著吸附作用的進行，吸附量增多，表面覆蓋度越大，吸附熱將減小12.固體對溶液中的溶質的吸附要比對氣體的吸附復雜得多，下列哪條與實驗事實不符？cA. 能使固體表面吉氏自由能降低最多的溶質被吸附得最多B. 極性的吸附劑易于吸附極性溶質C. 吸附情況只涉及吸附劑與溶質的性質，與溶劑性質無關D. 一般是隨溫度升高吸附量減少13.弗蘭德里希（Freundlich）的吸附等溫式適用于bA. 低壓 B. 中壓C. 高壓 D. 任何壓力范圍14.下面對表面活性劑的描述，哪條是不正確的？bA. 表面活性劑是指能顯著降低水的表面張力的一種物

14、質B. 表面活性劑都是由親水的極性基團和親油的非極性基團所組成的C. 表面活性劑不能改變表面潤濕性D. 表面活性劑超過了某一特定濃度后在溶液內部將形成膠團15.兩親分子作為表面活性劑是因為dA. 在界面上產生負吸附 B. 能形成膠束C. 在界面上定向排列降低了表面能 D. 使溶液的表面張力增大16.當表面活性物質加入溶劑后，所產生的結果是aA. 正吸附 B. 負吸附C. 正吸附 D. 負吸附17.在一密閉容器中有大小不同的兩水珠，長期放置后cA. 大小均消失 B. 兩個一樣大 C. 小的消失而大的更大 D. 大的消失而小的變大18.下列系統表面張力最大的是dA. 雨水 B. 長江水 C. 普通

15、井水 D. 海水19.溶液中加入表面活性劑后，溶質在表面層中的濃度與在本體中的濃度的關系是aA. B. C. D.不能確定20.蒸餾時通常加沸石以防止暴沸，下列哪種最適合？cA. 花崗巖 B.碎玻璃 C.素燒瓷 D.石灰石（二）.填空題1.比表面功、比表面吉氏自由能、表面張力的 數值 相同， 單位和意義 不同。2.兩毛細管中各有部分液體，當在左端加熱時，圖a中的液體向 左 移動；圖b中的液體將向 右 移動。 3.兩細管a、b中都裝有油和水，潤濕情況如圖，若在左端對水施加壓力，能將管內油全部趕出的是管 a 。 4.將一玻璃毛細管插入汞槽中，常溫常壓下液面呈 凸 形，在常壓下溫度降低時液面將 降低

16、 。5.玻璃板下有一氣泡，兩種情形如圖a、b所示。若玻璃板下面液體是水，則應如圖 b 所示；若玻璃板下面液體是汞，則應如圖 a所示。6.蘭格繆爾（Langmuir）等溫吸附理論四個基本假設中最重要的是 單分子層吸附 。7. 蘭格繆爾（Langmuir）等溫吸附式僅適用于 單分子層吸附 。8.BET公式最主要的應用是 測固體的比表面積 。9.活性炭自水溶液中吸附脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸和辛酸時，吸附量大小的順序是 ；而硅膠自甲苯中吸附脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸和辛酸時，吸附量大小的順序是 。10.一般地說，表面活性劑親水性越強，其在水中的臨界膠束濃度（CMC）應當 越小 。11.吸附法測固體比表面

17、的實驗一般在相對壓力 0.05-0.35 之間進行。（三）計算題1. 將正丁醇（M=74）蒸汽驟冷至273K，發現其過飽和度（即）約達到4方能自行凝結為液滴。若在273K時，正丁醇的表面張力=0.0261 Nm-1，密度=1000kgm-3,試計算（1）在此過飽和度下開始凝結的液滴的半徑。（2）每一液滴中所含正丁醇的分子數。2. 293K時，苯蒸汽凝結為霧，其液滴半徑為1m，求液滴界面內外的壓力差，并計算液滴飽和蒸汽壓比平面液體飽和蒸汽壓增加的百分數是多少？已知293K時液體苯的密度為0.879gcm-3，表面張力=28.9×10-3 Nm-1。3. 設油酸鈉稀溶液的表面張力與溶質活

18、度呈線性關系=0-ba，式中0為純水表面張力，已知298K時0=0.072 Nm-1，b為常數。實驗測得表面吸附油酸鈉的表面吸附量=4.33×10-6molm-2,計算溶液的表面張力？4. 273K時，用木炭吸附co氣體，當co平衡分壓分別為24.0kPa、41.2kPa時，對應的平衡吸附量為5.567×10-3dm3kg-1、8.668×10-3 dm3kg-1，設該吸附服從蘭格繆爾吸附等溫式，試計算當固體表面覆蓋率達0.9時，co的平衡分壓是多少？5.用活性炭吸附CHCl3 ，符合蘭格繆爾吸附等溫式，在273K時的飽和吸附量為93.8dm3kg-1 。已知CHCl3的分壓為13.4kPa時的平衡吸附量為82.5 dm3kg-1 。試計算：（1） 蘭格繆爾吸附等溫式中的吸附平衡常數b。（2） CHCl3的分壓為6.67kPa時