表面物理化学

物理化学、第十三章表面物理化学、滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固－气界面，产生了新的液－固界面。这一过程称之为润湿过程。

表面物理化学

• 表面物理化学的基本概念
  • 表面和表面现象
    • 表面
    • 表面现象
    • 产生原因：表面分析与内部分子存在力场上的差异，其所受力不合0，存在过剩能量。
  • 比表面
    • 分散程度越高，比表面越大，表面能也越高
  • 表面张力
    • 比表面功，表面张力，比表面Gibbs自由能都是衡量体系表面性质的强度量。描述角度不同，物理意义不同，数值相同，量纲相同。
  • 表面张力学的基本公式
    • 根据Maxwell关系式有
  • 溶液的表面张力与溶液浓度的关系
    • 与物质本性有关
      • γ(金属键)>γ(离子键)>γ(极性共价键)>γ(非极性共价键)
    • Traube 规则
      • • 非离子型有机物
        • 非表面活性物质
        • 表面活性剂
    • 与接触相的性质有关
      • 两种液体之间的界面张力是两种液体互相饱和时的表面张力之差
    • 与温度有关
      • 温度升高，表面张力下降。当达到临界温度Tc时，界面张力趋于零。
    • 水溶液的表面张力与溶液浓度有关
      • 加入水后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质
• 弯曲液面的表面现象
  • 弯曲表面上的附加压力
    • 水平液面
    • 弯曲凸面
    • 弯曲凹面
    • 附加压力的方向都指向曲面的圆心 凸面上受的总压力大于平面上的压力 凹面上受的总压力小于平面上的压力
    • 在毛细管内充满液体
  • 弯曲表面上的蒸气压——Kelvin 公式
    • 通式
      • 对于凸面，R'取正值，R'越小，液滴的蒸气压越高
      • 对于凹面，R'取负值，R'越小，小蒸汽泡中蒸气压越低
    • Kelvin公式的应用——各种过饱和现象
    • 毛细管凝聚-硅胶除湿
    • 过饱和蒸汽-人工降雨
    • 过热液体-暴沸现象
    • 过冷液体
    • 过饱和液体和重量分析中的陈化现象
• 溶液的表面吸附
  • 溶液的表面吸附——Gibbs 吸附公式
• 液-液界面的性质
  • 液-液界面的铺展
    • 一般说，铺展后，表面自由能下降，则这种铺展是自发的
• 液-固界面
  • 润湿过程
    • 滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固－气界面，产生了新的液－固界面。这一过程称之为润湿过程
  • 润湿过程可以分为三类：粘湿、浸湿和铺展
  • 粘湿过程
    • 液体与固体从不接触到接触，使部分液-气界面和固-气界面转变成新的固-液界面的过程
    • • Wa：粘湿功
    • 粘湿功的绝对值愈大，液体愈容易粘湿固体，界面粘得愈牢
  • 浸湿过程
    • 在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气－固界面转变为液－固界面的过程称为浸湿过程
  • 铺展过程
    • S 称为铺展系数，若S≥0，说明液体可以在固体表面自动铺展
  • 接触角与润湿方程
    • • 在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用 θ 表示
      • 若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面
      • 若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面
• 表面活性剂及其作用
  • 表面活性剂分类
    • 离子型
      • 阳离子
      • 阴离子
      • 两性型
    • 非离子型
  • 表面活性剂的结构对其效率及能力的影响
    • 表面活性剂效率
      • 使水的表面张力降低到一定值时所需要的表面活性剂的浓度。显然，所需浓度愈低，表面活性剂的性能愈好
    • 表面活性剂的能力
      • 能够把水的表面张力降低到的最小值。
  • 表面活性剂的HLB值
  • 表面活性剂在水中的溶解度
    • Kraff 点
      • 离子型表面活性剂的溶解度随着温度的升高而增加，当达到一定温度后，其溶解度会突然迅速增加，这个转变温度称为 Kraff 点
    • 浊点
      • 发生混浊的最低温度称为浊点
  • 表面活性剂的一些重要作用及其应用
    • 润湿作用
    • 起泡作用
    • 增溶作用
    • 乳化作用
    • 洗涤作用