表面現象表面現象1作業：界面張力與壓力的關系增加壓力，界面張力增大。這可用熱力學公式說明：因為運用全微分的性質，可得：（dγ/dp）T，As=（dV/dAs）T，p=ΔV（dγ/dp）T，As等于等溫等壓下一定量的分子從體相轉移到表面時體積的變化。因為ρ

（體相）＞ρ（表面）（dV/dAs）T，p＞0

作業：界面張力與壓力的關系增加壓力，界面張力增大。這可用熱力2表面現象1、表面現象產生的根本原因是什么？答：物質表面層的分子與內部分子的周圍環境不同。內部分子所受其周圍鄰近相同分子的作用力是對稱的，各方面的力彼此抵消。但在表面層的分子卻不一樣，它們一方面受到本相內分子的作用，另一方面又受到相鄰分子的作用，這兩方面的作用力是不相同的，不能抵消表面現象1、表面現象產生的根本原因是什么？3因此，表面層的分子與內部的分子不相同，表面層的性質與內部也不相同。這就是產生表面現象的根本原因。2、液體表面能是怎樣產生的？答液體內部的分子，所受其周圍的分子的作用力是對稱的，彼此可以抵消。而處于液體表面層的分子則不同。表面層因此，表面層的分子與內部的分子不相同，表面層的性質與內部也不4的液體分子一方面受到內部分子的作用力，另一方面又受到氣相分子的作用力。由于氣相密度小，表面層分子所受到的內部分子力對他的引力要遠遠大于氣相分子對它的引力。這些力的總效果是指向內部的拉力。這個力總是力圖把液體表面層分子拉向內部，使表面積縮小。因此，液體內部的分子要移到表面的液體分子一方面受到內部分子的作用力，另一方面又受到氣相分子5層來，就必須反抗這個指向內部的拉力而作功。這個功就成了表面層分子的位能而儲存在表面。即表面層分子比內部分子具有較多的能量。這就是液體的表面能。3在什么情況下要考慮物質的表面性質？舉例說明。層來，就必須反抗這個指向內部的拉力而作功。這個功就成了表面層6答一般說來，當物質分散度比較高，比表面很大，表面能占有不可忽視的地位時，就要考慮表面性質。例如：水的飽和蒸汽壓是溫度的函數。在20度時，蒸氣壓17.5mmHg柱，這是對正常的水而言的。如果水滴很小，其蒸氣壓就不止是溫度的函數，而且與水滴的半徑有關。水滴半徑越小，蒸氣壓越大。當水答一般說來，當物質分散度比較高，比表面很大，表面能占有不7滴半徑小到10—6cm時，蒸氣壓是正常值的1.114倍。這就要考慮表面的性質了4表面能、表面自由焓，比表面自由焓表面張力是否是同一概念？答由于液體表面層分子受到一個指向內部的力，當其表面擴大時，必有一部分內部的分子轉移到表面上來，這就要克滴半徑小到10—6cm時，蒸氣壓是正常值的1.114倍。這就8此拉力而作功。此功就成為表面分子的位能（比內部分子多余的能量）而儲存在表面。這就是表面能。通常所說的表面能就等于增加單位表面積所要對體系所做的功。即表面能。當把比表面能與體系的熱力學函數聯系起來時，要注意條件。在恒溫恒壓和組成不變的情況下，表面積增加DA所需的此拉力而作功。此功就成為表面分子的位能（比內部分子多余的能量9對體系做的功為：σ就是恒溫恒壓下和組成不變的條件下增加單位表面積所引起的體系的自由焓變化，稱為能夠為表面自由焓（簡稱表對體系做的功為：10面自由焓）?？梢?，表面能、表面能、比表面自由焓都是同一個概念的不同稱法。表面張力是力圖縮小液面的一種張力。它是作用在液面上任一條線的兩側，垂直于該線并沿液面的切面向著兩側的拉力。要使液面表面增加，就要反抗表面張力而對體系作功。表面張力的單位是面自由焓）。可見，表面能、表面能、比表面自由焓都是同一個概念11牛頓/米。若分子分母都乘以米，則變成焦耳/米2，就是表面能的單位?？梢?，表面張力不僅在數值上，而且在量綱上都等于表面能。所以，一般把σ也稱為表面張力。在許多公式推導中，表面能和表面張力都用σ這個符號，互相代替也不會引起誤會。但是嚴格說來，表面張力是一種張力，牛頓/米。若分子分母都乘以米，則變成焦耳/米2，就是表面能的12表面能是一種能量，在概念上是不同的由于他們關系密切，在數值上，量綱上都一致。所以，可以互相代用。5表面張力的存在是由于液體表面層分子受到一個指向內部的力而引起的，然而表面張力作用的方向卻是沿液面的切向方向。二者的方向不同，是否矛盾？表面能是一種能量，在概念上是不同的由于他們關系密切，在數值上13答從力學上來看，一個力在與其作用方向相垂直的方向上的分力等于零。從這種意義上來說，表面層分子所受到的指向液體內部的拉力，不可能在沿液面方向有分力。但是要注意的是：表面層分子所受到的這種拉力，是分子之間的引力，是微觀的里。而表面張力是一種宏觀的力，是表面層億萬分子受到上述微答從力學上來看，一個力在與其作用方向相垂直的方向上的分力14觀力的作用后的宏觀表現。這樣理解就不會感到有矛盾了。6一把小麥，用火柴點燃并不容易著火若將它磨成極細的面粉，并使之分散在一定的容積的空氣里，卻很容易著火，甚至會引起爆炸。這是為什么？答這有兩方面的原因。磨成極細的面粉觀力的作用后的宏觀表現。這樣理解就不會感到有矛盾了。15后，比表面大大增加。磨的越細，其表面能越高，所處的狀態就越不穩定，其化學活性也越大，因而容易著火。這是熱力學方面的原因。另外，由于細粉的比表面很大，著火后，燃燒反應的速度很大，單位時間放出的熱量越多，也容易引起爆炸。后，比表面大大增加。磨的越細，其表面能越高，所處的狀態就越不167容器內放有油和水，用力震蕩使油和水充分混合，但是靜止后，為什么油和水仍然自動分層？答用力震蕩十油和水充分混合，油和水的分散度增高，油水界面增大，體系的表面能也增大，處于不穩定狀態。靜止后，油和水分分層的過程是一個減小油水界面積的過程，是自由焓降低的過程7容器內放有油和水，用力震蕩使油和水充分混合，但是靜止后17所以自動進行。8為什么小液滴和小氣泡總是呈球狀而不會成別的幾何形狀？為什么液滴越小，越更接近球形？答由于表面張力的作用，或由于表面自由焓降低是自發的，液滴總是力圖縮小其表面積。比表面記最小的幾何形狀就所以自動進行。18是球形，所以小液滴和小氣泡總是球形的。小液滴越小，比表面越大，表面現象越突出，越更容易接近球形。9彎曲的液面不是球形時，其附加壓強和曲率半徑有何關系？答附加壓強PS與液面曲率半徑和表面張力σ的關系為：是球形，所以小液滴和小氣泡總是球形的。小液滴越小，比表面越大19其中，為該處的曲率半徑。此式稱為拉普拉斯公式。其推證如下：其中，為該處的曲率半徑。此式稱為拉普拉斯公式。其20主曲率半徑是通過曲面上某點的兩個相互垂直的截面與曲面的兩條交線的曲率半徑。圖上ABCD為液面上取出的小四方的面積元。AB垂直與BC。R1為AB弧的曲率半徑。R1≠R2，它們都是主曲率半徑。AB弧長為X，BC弧長為Y。如果此小四方面積元沿半徑方向向外推移一個很主曲率半徑是通過曲面上某點的兩個相互垂直的截面與曲面的兩條交21小的距離δZ，就要反抗附加壓力而作功，此功為PSxyz推移后，新的面積元是，所增加的表面積為δ（xy），增加的表面能為σδ（xy），故得PSxyz=σδ（xy），小的距離δZ，就要反抗附加壓力而作功，此功為22由于面積十分小，AB弧、BC弧可以近似做直線處理，則圖中三角形由于面積十分小，AB弧、BC弧可以近似做直線處理，則圖中三角23膠體與界面化學習題ppt課件24膠體與界面化學習題ppt課件2510什么是接觸角？怎樣由它的大小來說明潤濕的程度？答接觸角又叫潤濕角。通過液滴中心作一法面垂直與固體表面，在法面上的固液氣三相交界處的一點，其液界面與氣界面的切線有液相的夾角，稱為接觸角當液滴大小穩定時，力的作用達到平衡，接觸角取決為三個界面的張力10什么是接觸角？怎樣由它的大小來說明潤濕的程度？26氣液θθ氣液θθ27膠體與界面化學習題ppt課件2811液體潤濕固體很好時，θ→0，液體表面不是小了而是大了，這與液體力圖縮小表面的趨勢是否矛盾？答不矛盾。液體力圖縮小其表面積，是為了降低體系的自由焓。當液體潤濕固體，并在液體表面上鋪展開時，液固界面和液氣界面都增加了，但是固氣界面卻縮小了。由于潤濕時，11液體潤濕固體很好時，θ→0，液體表面不是小了而是大了29體系總界面的自由焓還是減少了，直到總界面自由焓達到一個最小值時，液固氣三相的接觸角就不會變化。12水在玻璃管中是呈凹形液面，而汞在玻璃管中卻呈凸形液面，這是為什么？答因為水能潤濕玻璃，其接觸角小于90度，故呈凹形液面。而汞卻不能潤濕體系總界面的自由焓還是減少了，直到總界面自由焓達到一個最小值30玻璃，其潤濕角大于90度，故在玻璃管中是凸面的。13在裝有部分液體的毛細管中。在一端加熱時，Δ代表加熱，問：（1）潤濕性液體向毛細管哪端移動？（2）不潤濕性液體向毛細管哪端移動？ΔΔ潤濕液體不潤濕液體玻璃，其潤濕角大于90度，故在玻璃管中是凸面的。ΔΔ潤濕液體31答毛細管的液面是彎曲的，此彎曲液面產生的附加壓力（或毛細壓力）R為毛細管內半徑，σ為液體表面張力，θ為接觸角。當加熱時，一方面使毛細答毛細管的液面是彎曲的，此彎曲液面產生的附加壓力（或毛細32管半徑增大，另一方面使液體表面張力下降。這兩個變化都導致減小。對于圖A，θ小于90度，cosθ大于0，指向氣相，所以液體向未加熱端移動。對于圖B，θ大于90度，cosθ小于0，指向液體內部，加熱時，液體向加熱端移動。管半徑增大，另一方面使液體表面張力下降。這兩個變化都導致3314“液體對固體潤濕性好時，自由焓會降低；若潤濕教差時，自由焓不降低。”這種說法對嗎?答要回答這個問題，先要討論潤濕過程體系自由焓的變化。在恒溫恒壓和組成不變的情況下，固液兩相未接觸前，單位面積的表面自由焓之和為14“液體對固體潤濕性好時，自由焓會降低；若潤濕教差時，34接觸后，發生潤濕，則固氣液氣界面有所減少，而新增加了固液界面，起界面自由焓為。所以，體積單位界面的自由焓變化為接觸后，發生潤濕，則固氣液氣界面有所減少，而新增加了固液界面35膠體與界面化學習題ppt課件36由此式可知，只要θ＜180°，不論是潤濕性好還是潤濕性較差，ΔG均為負值。液體和固體接觸，不管潤濕程度如何，ΔG都降低。只有θ=180°，即完全不潤濕撕，ΔG才不會降低。所以，題目中前半是對的，后半句是錯的。15在煉鋼過程中，為了提高鋼的質量有的工廠在裝鋼液的盛鋼桶底部安放一由此式可知，只要θ＜180°，不論是潤濕性好還是潤濕性較差，37個多孔的透氣磚，通過此透氣磚可以向鋼液中通入氬氣，凈化鋼液。不吹氬氣時，鋼液卻不能通過此通氣磚的孔中漏出，這是什么道理？答主要原因是鋼液對多孔磚的耐火材料的潤濕性較差。其接觸角為130到150°若將透氣磚的微細孔隙看成半徑為R的毛細管，則鋼液在此毛細孔中，由于不潤個多孔的透氣磚，通過此透氣磚可以向鋼液中通入氬氣，凈化鋼液。38濕，鋼液面向下凸，此彎曲液面產生一個指向鋼液內部的附加壓強Σ為液面張力，θ為接觸角。如果毛細孔內之靜壓強hρg小于此附加壓強，則鋼液就不會從孔中流出。H為鋼液柱的高濕，鋼液面向下凸，此彎曲液面產生一個指向鋼液內部的附加壓強39度，ρ為鋼液密度，g為重力加速度。由上可得度，ρ為鋼液密度，g為重力加速度。40此即毛細孔允許的最大半徑。若毛細孔半徑超過上式酸出的值，鋼液即可漏出以具體數值帶入：若鋼柱高為2米，密度ρ=700千克/立方米，g=9.8米每秒，θ=150°，cosθ=-0.5，σ=1500達因/厘米=1.3牛/米。則此即毛細孔允許的最大半徑。若毛細孔半徑超過上式酸出的值，鋼液41即當多孔透氣磚的微孔半徑小于0.01mm時，就可以保證鋼液柱高為2米時，鋼水就不會從小孔中漏出來。16圖56中，用三通活塞連接的兩個玻璃管口，各吹有一個肥皂泡。并且A大于B，若旋轉活塞使A、B，內的氣體連通，則肥皂泡將會有何變化？即當多孔透氣磚的微孔半徑小于0.01mm時，就可以保證鋼液柱42AB圖56AB圖5643答由于氣泡A大于B，則氣泡A內的附加壓強小于B氣泡內的附加壓強。所以當A、B內之氣體連通時，氣體將由B泡流入A泡，使A泡增大，B泡減小。17兩個細管中都裝有油和水，其潤濕情況如圖57所示，若在管的左端對水施加壓力，能否將管內的油全部趕出？答由于氣泡A大于B，則氣泡A內的附加壓強小于B氣泡內的附44水油答在圖中，水對管壁的潤濕性差，而油對管壁的潤濕性好。對水施加壓力后，水將從油中穿過向右流出，油則附在管壁上，不會被推出。圖B中，水對管壁潤濕較好。對水施加壓力后，水向右流并將水油AB水油水油AB45油全部趕出。18內徑相同的玻璃毛細管ABC均插入同一水中，如圖所示，A管中水面升高h，若在B管的上部和下部（以a為界）分別以一段石蠟代替玻璃，問水面升高值是否改變？在C管中有一擴大部分b，其水面升高值有否變化〉若在C管中先將水面吸油全部趕出。46至高于h處，再讓其自動下降，結果又將如何？答因為水不能潤濕石蠟，若在B管上半部以石蠟代替玻璃，則水面只能上升到a處即止。ABCbhahc至高于h處，再讓其自動下降，結果又將如何？A47若在B的下半部以石蠟代替玻璃，則水面不但不能上升，反而下降。C管的擴大部分，已不具有毛細管的特性，故水面由下而上只能升到擴大部分的下口e處即止若將C管水面吸升至高于h處，再讓其自由下落，當穩定時，則管中液面降至h高度后，不再下降。若在B的下半部以石蠟代替玻璃，則水面不但不能上升，反而下降。4819兩塊平板玻璃在干燥時，疊放在一起很容易分開，若在其中放一些水，再疊在一起，則要使之分開（沿板的法線方向）卻很費勁。這是什么道理？答水能潤濕玻璃，在兩塊玻璃之間的水層兩端的液面呈凹形，故產生一定的附加壓力，其方向指向空氣，如圖所示，由于附加壓力的方向指向空氣，19兩塊平板玻璃在干燥時，疊放在一起很容易分開，若在其中49使水層的壓強小于外部壓強，二者相差。即相當于兩塊玻璃外受到壓強為的壓力作用，所以把他們分開很不容易。

膠體與界面化學習題ppt課件5020設一毛細管A，插入水中后，由于毛細現象，水面上升高度將超過h，因而水滴會從彎口B處不斷滴出，這就構成了第一類永動機。上述推想有何錯誤？hhAB20設一毛細管A，插入水中hhAB51答由圖說明，水面上升，說明水能良好潤濕毛細管，管中液面應成凹形。此凹形液面產生的附加壓強為，R是凹形液面上的曲率半徑。PS的方向是指向上方空氣的，當液面上升到某一高度，PS的值等于此高度液柱之靜壓強時，達到靜力平衡，凹形液面就不再上升。圖中的毛細管上方是彎曲的，當液面升到頂答由圖說明，水面上升，說明水能良好潤濕毛細管，管中液面應52后，又沿彎管下降到彎口B處。液面下降時，由于彎曲部分液體受到重力的作用，使凹形液面的曲率半徑由r增大到r‘，故附加壓強也減少到。到彎口B處，PS‘與h’高度的液柱的靜壓力達到平衡，曲率不再變化。故不會形成小滴落下。注意：若要形成小滴落下，則在彎口B處后，又沿彎管下降到彎口B處。液面下降時，由于彎曲部分液體受到53的水面要由凹形變成平面，再由平面變成凸形。這時，附加壓強的方向就要由原來的指向空氣變為指向液體內部。這是不可能實現的。21表面濃度、表面吸附量、表面過剩量是否是同一個概念。答表面濃度和表面吸附量不是一個概念的水面要由凹形變成平面，再由平面變成凸形。這時，附加壓強的方54表面吸附量和表面過剩是同一個概念。表面吸附量是溶液單位表面上與溶液內部相比時溶質的過剩量。即表面濃度和主體濃度之差。所以表面吸附量又稱表面過剩量。而表面濃度是溶液單位表面內所含溶質的摩爾數。表面吸附量和表面過剩是同一個概念。5522為什么等溫吸附過程是放熱的？答在等溫下，氣體在被吸附前，其分子運動的范圍很大很自由，其混亂度很大。吸附后，混亂度變小，即吸附是減小的過程，ΔS＜０，代入ΔH＜ＴΔS中得,ΔH＜0.根據熱力學第二定律,ＴΔS＞δQ，在等溫下，ＴΔS＞Q。所以等溫吸附過程是放熱的。22為什么等溫吸附過程是放熱的？5623為什么會發生吸附過程？為什么吸附過程能自發進行？答吸附是某種物質的原子或分子附著在另一物質表面的現象。物質表面層的分子總是處于力不均衡狀態，即表面力有剩余力（范得華力和化學鍵力）存在。氣體分子或溶質分子運動到表面上時，就會受到表面剩余力的作用而停留在表23為什么會發生吸附過程？為什么吸附過程能自發進行？57面上，這就是吸附的本質，或吸附產生的原因。由于吸附了某種物質后，使原來表面不平衡的力場得到某種程度的補償，使其表面能降低，即物質表面可以自動吸附那些能夠降低其表面自由焓的物質。所以，吸附過程能自由進行。面上，這就是吸附的本質，或吸附產生的原因。5824表面活性物質在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面，還是以膠束的形式存在于溶液中？為什么？答表面活性物質的分子是由極性部分（或稱親水基）和非極性部分（或稱非親水基或親油基）構成。這種結構稱為不對稱的兩親結構。當把表面活性物質加入溶液時，它在兩相的界面上，其極24表面活性物質在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面，還59部分受到極性溶劑（水、乙醇）分子的吸引力而進入溶劑中，其非極性部分具有憎水性（親油性），則鉆入非極性溶劑中或空氣中。這就使表面活性物質分子容易聚集到極性溶劑（或非極性溶劑）和空氣的界面上，呈現有規則的定向排列，使界面上的不飽和力場得到某種程度上的平衡，從而降低界面張力，部分受到極性溶劑（水、乙醇）分子的吸引力而進入溶劑中，其非極60表現為溶液表面的吸附。當溶液濃度（指表面活性物質的含量）較低時，表面活性分子在界面處有較大的活動范圍，其排列并不是那么整齊。當溶液濃度達到足夠量時，即相當于飽和吸附時，表面活性分子在界面處密集并形成單分子膜，使極性溶劑和非極性溶劑處于隔絕狀態。在這同時，溶液體表現為溶液表面的吸附。61相內表面活性物質也三三兩兩的，將其憎水基靠攏，以減少憎水基和極性溶劑的接觸面積，從而形成憎水基向里，親水基向外上午膠束。膠束的尺寸約在1-100納米之間。隨著溶液濃度的增加，膠束的數量也增大，形成膠束的形狀也各不相同。所以說，表面活性物質在溶液中一方面是采取定向排列方式吸附在溶相內表面活性物質也三三兩兩的，將其憎水基靠攏，以減少憎水基和62劑界面上，另一方面也以膠束的形式存在與溶液中。當然，溶液很稀時，主要的存在方式是前者，溶液中膠束很少。當濃度超過臨界膠束濃度時，由于表面已占滿，只能增加溶液中膠束的數量。這時膠束就成為重要的存在形式。劑界面上，另一方面也以膠束的形式存在與溶液中。當然，溶液很稀6325在親水的固體表面，經過表面活性物質處理后，為什么可以改變其表面性質，使其具有憎水性？答表面活性物質分子是由親水基和憎水基兩部分組成的。當它用來處理親水固體表面時，其親水基部分就與親水固體表面接觸，憎水基部分則朝向外面，即表面活性物質在該固體表面作定向排列25在親水的固體表面，經過表面活性物質處理后，為什么可以64并吸附到該固體表面上，這就改變了水對詞固體表面的潤濕性，使其由親水性變成憎水性了。28防水布做雨衣穿在身上，可以透氣，但不透水，是沒什么道理？答普通棉布的纖維是很容易被水潤濕的。其潤濕情況如圖所示。圖中的圓形并吸附到該固體表面上，這就改變了水對詞固體表面的潤濕性，使其65界面代表纖維的橫截面（設纖維截面為圓形），在纖維之間的縫隙相當于毛細孔。在此縫隙間的水面是凹形的（因為接觸角小于90度），此彎曲液面產生的纖維水θ纖維水θ界面代表纖維的橫截面（設纖維截面為圓形），在纖維之間的縫隙相66附加壓力指向空氣，因而使水不地自上而下經過此縫隙而使棉布潤濕。防水布是經過表面活性物質處理過的棉布。表面物質分子的極性部分（親水基）與棉布纖維的醇羥基結合，而其非極性部分（憎水基）則伸向空氣。這就使水對纖維的接觸角變大，超過90度，而不易被水潤濕，如上右圖所示。這時，纖維之附加壓力指向空氣，因而使水不地自上而下經過此縫隙而使棉布潤濕67間的縫隙里的水是凸面的，其附加壓力指向液體內部，因而阻止了水繼續向下滲透。2719°時，酪酸溶入水中，此溶液的表面張力σ與濃度C的關系可用下式表示間的縫隙里的水是凸面的，其附加壓力指向液體內部，因而阻止了水68為水的表面張力，a、b均為常數。試求出吸附量Г與濃度的關系式，并由此說明酪酸在水表面的吸附具有什么特點

為水的表面張力，a、b均為常數。試求出吸附量Г與濃度69答答70此即酪酸的吸附量與濃度的關系式。當濃度較低時，ｂｃ遠遠小于1，分母中的bc可以略去，得說明低濃度時，Г與C成直線關系。當濃度高時，BC遠遠大于1，則上式中的1+bC≠Bc，則說明Г與濃度無關，吸附達到飽和。此時的吸附量以表示。當濃度不大不小時，此即酪酸的吸附量與濃度的關系式。當濃度較低時，ｂｃ遠遠小于171Г與C成曲線關系，如圖所示。這與朗格謬爾吸附等溫方程