《胶体与界面化学》常用公式
1. 比表面积(S0)：S0 = s/m or S0= s/v
2.表面能σ=（δG /δA）T，P
3. Laplace方程
4.Kelvin公式凸液面
5.油滴在水中的溶解度
6．Gibbs 表面吸附公式
液-液界面:
气-液界面:
7..润湿方程
粘附功：（1-74a）
浸湿功：（1-75a）
铺展系数：(1-76a)
8. Clausius-Clapeyron方程式
https://www.doczj.com/doc/0d10466464.html,ngmiur吸附等温式
10..Freundlich 吸附等温式
11..Henry 吸附等温式θ=H p
12..二常数BET吸附等温式
13..吸附剂在稀溶液中的吸附量:
14..布朗运动位移公式
15. Fick第一定律
第二定律
16．爱因斯坦扩散定律
17. 斯托克斯球体阻力：f球＝6πηr,
18. 等效圆球阻力系数:
19. 粒子溶剂化效应:
20．Stokes球形粒子沉降速度方程式
21．沉降系数比
22．由沉降系数比S和扩散系数D, 求粒子的摩尔质量M的公式:
23．沉降－扩散平衡方程式
24．大分子的稀溶液渗透压:
25.德拜-尤格尔近似方程: (Ψ0＜25.7mv, 距固体表面为x处的电位分布)
26. 扩散双电层的厚度
27. Hückel电泳淌度公式
(球形粒子κa＜0.1)
28斯莫鲁霍夫斯基（Smoluchowski）电泳淌度公式
(κa＞100)
29. 粒子表面上的ξ电位:
30．HLB值的计算
1、基数法：适用于阴离子型和非离子型表面活性剂。
计算公式：HLB=∑H –∑L+7 （5-18）
2、重量百分数法适用于聚氧乙烯基的非离子型表面活性剂
计算公式：（5-19）
【刊名】Advances in Colloid and Interface Science 【简介】《胶体与界面科学进展》, 创刊于1967年，是由荷兰（Elsevier Science）出版的英文刊，期数:16,国际标准刊号：ISSN:0001-8686, 该刊被世图2003版《国外科学技术核心期刊总览》收录，该刊被SCI收录，2006年影响因子为3.79。 【征稿内容】刊载界面与胶体现象以及相关的化学、物理、工艺和生物学等方面的实验与理论研究论文，多用英文发表，间用德、法文。 【投稿信息】 地址：PO Box 211,Amesterdam,Netherlands,1000 AE 网址： https://www.doczj.com/doc/0d10466464.html,/science/journal/00018686 【刊名】Current Opinion in Colloid & Interface Science 【简介】《胶体与界面科学新见》, 创刊于1996年，是由英国（Elsevier Science）出版的英文双月刊，国际标准刊号：ISSN:1359-0294，该刊被SCI收录，2006年影响因子为4.63。本馆有电子馆藏。 【征稿内容】胶体、界面和聚合物科学。 【投稿信息】 地址：84 Theobalds RD London,England, WC1X 8RR 网址： https://www.doczj.com/doc/0d10466464.html,/wps/find/journaldescription.cws_home/620053/description #description 【刊名】Journal of Colloid and Interface Science 【简介】《胶体与界面科学杂志》，创刊于1946年，是由美国（Elsevier Science,Academic Press Inc.）出版的英文半月刊，国际标准刊号：ISSN:0021-9797，该刊被世图2003版《国外科学技术核心期刊总览》收录，该刊被SCI收录，2006年影响因子为2.233。本馆有纸版收藏。 【征稿内容】刊载胶体与界面科学基础原理和应用方面的论文和书评。 【投稿信息】 地址：525 B ST, STE 1900, SAN DIEGO, USA, CA, 92101-4495 网址： https://www.doczj.com/doc/0d10466464.html,/wps/find/journaldescription.cws_home/622861/description #description 【刊名】Langmuir 【简介】《兰格缪尔》，创刊于1985年，是由美国（American Chemical Society）出版的英文刊，期数:26，国际标准刊号：ISSN:0743-7463，该刊被SCI收录，2006年影响因子为3.902。本馆有纸版收藏。 【征稿内容】注重以新的物理学观点研究表面与胶态化学，刊载论文、评论、技术札记和简讯。涉及学科极广。 【投稿信息】 地址：1155 Sixteenth St., NW Washington, DC 20036
《胶体与界面化学》常用公式 1. 比表面积(S0)：S0 = s/m or S0= s/v 2.表面能σ=（δG /δA）T，P 3. Laplace方程 4.Kelvin公式凸液面 5.油滴在水中的溶解度 6．Gibbs 表面吸附公式 液-液界面: 气-液界面: 7..润湿方程 粘附功：（1-74a） 浸湿功：（1-75a） 铺展系数：(1-76a) 8. Clausius-Clapeyron方程式 https://www.doczj.com/doc/0d10466464.html,ngmiur吸附等温式 10..Freundlich 吸附等温式 11..Henry 吸附等温式θ=H p 12..二常数BET吸附等温式 13..吸附剂在稀溶液中的吸附量: 14..布朗运动位移公式
15. Fick第一定律 第二定律 16．爱因斯坦扩散定律 17. 斯托克斯球体阻力：f球＝6πηr, 18. 等效圆球阻力系数: 19. 粒子溶剂化效应: 20．Stokes球形粒子沉降速度方程式 21．沉降系数比 22．由沉降系数比S和扩散系数D, 求粒子的摩尔质量M的公式: 23．沉降－扩散平衡方程式 24．大分子的稀溶液渗透压: 25.德拜-尤格尔近似方程: (Ψ0＜25.7mv, 距固体表面为x处的电位分布) 26. 扩散双电层的厚度 27. Hückel电泳淌度公式 (球形粒子κa＜0.1)
28斯莫鲁霍夫斯基（Smoluchowski）电泳淌度公式 (κa＞100) 29. 粒子表面上的ξ电位: 30．HLB值的计算 1、基数法：适用于阴离子型和非离子型表面活性剂。 计算公式：HLB=∑H –∑L+7 （5-18） 2、重量百分数法适用于聚氧乙烯基的非离子型表面活性剂 计算公式：（5-19）
表面吉布斯自由能和表面张力 1、界面： 密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称为界面（interface），通常有液－气、液－固、液－液、固－气、固－液等界面，如果其中一相为气体，这种界面称为表面（surface）。 2、界面现 象： 由于界面两侧的环境不同，因此表面层的分子与液体内的分子受力不同： 1.液体内部分子的吸引力是对称的，各个方向的引力彼此抵销，总的受力效果是合力为零； 2.处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的，不对称的。 由于气相分子对表面层分子的引力小于液体内部分子对表面层分子的引力，所以液体表面层分子受到一个指向液体内部的拉力，力图把表面层分子拉入内部，因此液体表面有自动收缩的趋势；同时，由于界面上有不对称力场的存在，使表面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势，借以补偿力场的不对称性。由于有上述两种趋势的存在，在表面会发生许多现象，如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气过饱和、吸附作用等，统界面现象。 3、比表面（Ao） 表示多相分散体系的分散程度，定义为：单位体积（也有用单位质量的）的物质所具有的表面积。用数学表达式，即为： =A/V A 高分散体系具有巨大的表面积。下表是把一立方厘米的立方体逐渐分割成小立方体时，比表面的增长情况。高度分散体系具有巨大表面积的物质系统，往往产生明显的界面效应，因此必须充分考虑界面效应对系统性质的影响。
4、表面功 在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需要对体系做的功，称为表面功（ω’）。 -δω’=γdA (γ:表面吉布斯自由能，单位：J.m-2) 5、表面张力 观察界面现象，特别是气-液界面的一些现象，可以觉察到界面上处处存在着一种张力，称为界面张力（interface tension）或表面张力（surface tension）。它作用在表面的边界面上，垂直于边界面向着表面的中心并与表面相切，或者是作用在液体表面上任一条线两侧，垂直于该线沿着液面拉向两侧。如下面的例子所示： 计算公式： -δω'= γdA (1) 式中γ是比例常数，在数值上等于当T、p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系作的非膨胀功。 我们从另一个角度来理解公式(1)。先请看下面的例子。 从上面的动画可知：肥皂膜将金属丝向上拉的力就等于向下的重力（W 1+W 2 ），即 为
1 第十三章 界面现象 §13.1 表面张力及表面吉布斯自由能 一、表面张力 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直与表 面的边界，指向液体方向并与表面相切。把作用于单位边界线上的这种力称 为表面张力，用γ 表示，单位是N ·m -1。 二、表面功与表面自由能 温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA 所需要对体系作的功，称 为表面功。 用公式表示为：s W dA γ?=，式中γ为比例系数，它在数值上等于当T ，p 及 组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。 B B B B ,,,,,,,,()()()()S V n S P n T V n T P n U H A G A A A A γ????====???? （ 广义的表面自由能） 表面自由能考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加s dA γ一项，即 由此可得：B B B B B B B B B B B B d d d d d d d d dA d d d d d d d s s s s U T S P V A dn H T S V P A dn S T P V A dn G S T V P A dn γμγμγμγμ=-++=+++=--++=-+++∑∑∑∑ 狭义的表面自由能定义：B ,,()p T n G A γ?=?，表面吉布斯（Gibbs ）自由能，单位：J ·m -2。 三、界面张力与温度的关系,,,,S B B A V n s T V n S A T γ??????=- ? ???????,,,,S B B A P n s T P n S A T γ??????=- ? ??????? 四、溶液的表面张力与浓度的关系 对于纯液体，当温度、压力一定时，其表面张力一定。但对于溶液，由于溶 质的加入形成了溶液，表面张力发生变化。这种变化大致有三种情况: A.表面张力随溶质浓度增大而升高如：NaCl 、KOH 、NH 4Cl 、KNO 3等无机盐类； B.表面张力随浓度增大而降低，通常开始降低较快而后减慢，如醇类、酸类、醛 类、酮类等极性有机物； C.一开始表面张力急剧下降，到一定浓度后几乎不再变化，如含8个碳以上的有 机酸盐、有机胺盐、磺酸盐等。下面就是这三种情况的γ－C 曲线。
1.毛细管中形成的弯曲液面，无论是凸液面还是凹液面，所产生的附加压力恒为正值，方向均指向弯曲液面的曲率中心 2.湿润性液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成反比关系，与液面的表面张力成正比关系。 3.球形液滴的半径越小，饱和蒸汽压越大，溶液中的气泡半径越小，气泡内液面的饱和蒸汽压越小。 4.常见的亚稳态包括：过饱和蒸汽、过冷液体、过热液体和过饱和溶液。 5.在一定的T、P下，向纯水中加入少量表面活性剂，此时，表面活性剂在溶液表面层的浓度将大于其在溶液本体中的浓度。此时，溶液的表面张力将小于纯水的表面张力。 6.根据溶于水后是否解离可以极爱那个表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。离子型表面活性剂又可以按产生离子的电荷性质分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。 7.固体在等温、等压下可以自发地吸附气体，则该过程的△G<0 ,△S<0 △H<0。 8.临界胶束浓度（CMC）和亲水亲油平衡（HLB）是表面活性剂的两个重要参数。 9.根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类，胶体系统可以分为：固溶胶、液溶胶和气溶胶。 10.溶胶系统的电动现象：主要指电泳和电渗。 11.胶粒收到分散介质分子碰撞而处于不停息的、无规则的运动状态，这种现象是：布朗运动。 12.在外加电场的作用下，胶体粒子在分散介质里向阴极或阳极定向移动的现象叫做电泳。该现象证明了胶体粒子带点。 13.胶体系统的电动现象主要指：电泳和电渗。 14.把混有离子或分子的胶体装入半透膜袋中，并把这个袋放在溶剂中从而使离子或分子从胶体溶液里分离出来的操作叫做渗析。这个操作证明胶体粒子直径比离子或分子大。应用 该方法可以净化、精制胶体。 15.ζ电势越高，表面：胶粒带电越多，滑动面与溶液本体之间的电势差越大，扩散层厚度越厚。（结论） 16.溶液的丁达尔效应是其高度分散性和多相不均匀性的反映。 17.高分子化合物对溶胶同时具有絮凝和稳定作用。 18.使胶体聚沉的主要方法有：加入电解质、加入带相反电荷的胶体、加热。 19.使溶胶聚沉所需电解质最低浓度称为电解质对溶胶的聚沉值。聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。 20.胶体的流变性质是指胶体在外力作用下变形和流动的性质。 21.将一束光线通过胶体，从侧面看到一条光亮的通路，这是由于胶体粒子对光的散射造成的，这种现象叫做丁达尔效应。利用该现象可以鉴别胶体和溶液。 判断： 1.表面活性分子开始形成一定形状的胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC) T 2.表面活性剂的HLB值越大，表示该表面活性剂的亲水性越强T 3.溶胶是均相系统，在热力学上是稳定的 F 4.溶胶系统是指分散相的粒径大于1000nm的分散系统 F 5.胶体系统的主要特征是高度分散性、多相不均匀性和热力学不稳定性。 F 6.在加入少量大分子溶液时，会促使溶胶的聚沉，这种现象称为敏化作用。T 7.聚沉值越大的电解质其聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质其聚沉能力越强T 8.ζ电势越高，表明：胶粒带电越多T
1液滴会自动成球形，固体表面有吸附作用，溶液的表面也会有吸附现象，请给予热力学解释。 答：在一定的T、p下，系统的吉布斯函数越低越稳定。G =σ A 液滴自动呈球形是因为相同体积时，液滴的表面积最小。固体表面和液体表面有吸附作用是因为可通过吸附作用来降低表面的不对称性，降低表面张力，使吉布斯函数降低。 2工业上常用喷雾干燥法处理物料。 答：根据开尔文公式可知，微小液滴的饱和蒸气压比普通平液面的饱和蒸气压的大，因此在同样温度下更易挥发，使物料达到干燥的目的。 3用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体，水、硫酸水溶液、丁醇水溶液，则它们的滴数最多的是哪一个，最少的是哪一个？ 答：把水的表面张力看为定值，加入硫酸后硫酸水溶液的表面张力增大，加入丁醇后丁醇水溶液的表面张力减小，表面张力越大越易形成球状。所以硫酸的滴数最少，丁醇滴数最多。 4、解释下列各种现象及其产生原因 （1）均匀混合的油水系统经静止后会自动分层； （2）自由液滴或气泡通常呈球型； （3）粉尘大的工厂或矿山容易发生爆炸事故。 答：（1）均匀混合的油水系统静止后分层是液体自动缩小界面积的现象。均匀混合的油水系统是多相分散体系，相与相之间的界面积很大，界面能很高，处于不稳定状态，因而会自动缩小界面积而使系统趋于稳定。 2）自由液滴或气泡也是液体自动缩小界面积的现象。一方面由于体积一定时，球型液滴表面积最小，另一方面若形成凸凹不平的不规则表面，在凸凹处分别受到相反方向附加压力的作用，在这些不平衡力的作用下，必然会形成球型表面，各处压力均衡，系统才处于稳定状态。 3）粉尘是细小的固体颗粒分散在空气中形成的分散系统，颗粒越小，表面积越大，表面能越高，因处于极不稳定的状态。当遇到明火、撞击等不安全因素时，就会导致系统的燃烧甚至爆炸。 5、纯水和矿泉水注满玻璃杯时，哪一个的液面会更高于杯口？ 答：矿泉水中含有无机盐离子，可使水的表面张力增大，进而增大了水于玻璃杯壁的接触角，所以矿泉水的液面会更高于杯口 6、气、固相反应CaCO3（s）——CaO（s）+ CO2（g）已达平衡。在其他条件不变的情况下，若把CaCO3（s）的颗粒度变的极小，则平衡如何移动？ 答：正向移动。微小晶体的蒸汽压比普通晶体的大，其化学势也高 7、在一定温度和压力下,为什么物理吸附都是放热过程？ 答：因为物理吸附基本上相当于气体的凝聚过程，而这个过程是要放出液化热的。另外，从吸附热力学上看吸附过程是一个自动进行的过程，因此在恒温、恒压下随着吸附的进行，系统的吉布斯函数是减小的，即ΔT,pG<0。再者气体分子吸附在固体表面上是气体分子由在三维空间运动转移到二维空间上运动，分子的平动受到了制约，从宏观上看表现为熵减的过程，即吸附过程为ΔS<0的过程。在恒温、恒压下，存在 ΔT,pG=ΔH-TΔS 因为ΔG<0，ΔS<0，所以吸附焓必然小于零。严格讲这一结论只对物理吸附才成立 1、晴朗的白天看天空为什么呈蔚蓝色，而晚霞却呈红色？ 白天看到的是太阳光在空气中的散射光，晚霞是看到的透射光。 2、在两块光滑的玻璃之间放些水后叠合在一起，若使之上下分开为什么要很费力？
表面化学 一、选择题 1. 在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将：( ) (A) 向左移动(B) 向右移动(C) 不移动(D) 左右来回移动 2. 如图在毛细管内装入润湿性液体, 当在毛细管内左端加热时,则管内液体将：( ) (A) 向左移动(B) 向右移动(C) 不移动(D) 因失去平衡而左右来回移动 3. 对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是：( ) (A) (?γ/?T)p> 0 (B) (?γ/?T)p< 0 (C) (?γ/?T)p= 0 (D) 无一定变化规律 4. 在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大? ( ) (A) 冰的大(B) 水的大(C) 一样大(D) 无法比较 5. 弯曲表面上附加压力的计算公式：?p = p' - p0= 2γ/R' 中，R' 的符号：( ) (A) 液面为凸面时为正，凹面为负(B) 液面为凸面时为负，凹面为正 (C) 总为正(D) 总为负 6. 微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？( ) (A) 微小晶体的饱和蒸气压大(B) 微小晶体的溶解度大 (C) 微小晶体的熔点较低(D) 微小晶体的溶解度较小 7. 在相同温度下，同一液体被分散成具有不同曲率半径的物系时，将具有不同饱和蒸气压。以p平、p凹、p 凸分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸气压，则三者之间的关系是：( ) (A) p平> p凹> p凸(B) p凹> p平> p(C) p凸> p平> p凹(D) p凸> p凹> p平 8. 在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现：( ) (A) 水并不进入毛细管(B) 水进入毛细管并达到管内一定高度
第十一章表面现象和胶体化学练习题 练习题 一、是非题 yes no 1、比表面能、比表面吉布斯自由能和表面张力是同一概念的不同表述方式。 yes no 2、平面液体的附加压力为零。 yes 3、同一液体在相同外界条件下，处于凹面状态下的蒸气压比处于凸面状态时小。 no yes no 4、表面活性剂作用是增加液体或固体的表面张力。 yes no 5、液体浸湿固体的条件是粘附W i≤0。 yes no 6．表面活性剂的HLB值越大，其亲水性越强。 yes no 7．一般而言，物理吸附比化学吸附快。 yes no 8．分散相微粒半径大于入射光波长是发生光散射现象的必要条件。 yes no 9．用AgNO3溶液和KI溶液制备溶胶时，AgNO3过量，得到的是负溶胶。 10．电解质对溶胶的聚沉能力常用聚沉值表示，若某电解的聚沉值越大，则其聚沉能力越 yes no 强。 二、填空题 1、 A 为面积，表面张力σ (填数学符号)。 _______
2、?P1和?P2分别代表平面液体和凹面液体下的附加压力，则?P1______?P2。 3、r1和r2分别代表同一物质的两种微晶体的半径，c1和c2分别代表其相应的溶解度， 若r1>r2，则必有c1_____c2。 4、在某液体中加入物质A，A的浓度为C，若A为表面活性物质，则应有(dσ/dc)T_____0。 5、当铺展系数φ————0时，液体可以在固体表面上自动铺展。 6、当接触角时θ————90O，固体不为液体所润湿。 7、正溶胶，其扩散层应荷________电(填中文字）。 8、电解质NaCl, MgSO4, AlCl3, 对溶胶As2S3聚沉能力最强的电解质的是————(填分 子式）。 9、胶体分散体系的分散相微粒半径r在____~____之间。 输入提示：x1到x9分别代表10-1到10-9,中间用(,)隔开 10、若气—固相表面催化反应为单分子反应，反应物为A，反应速率常数是k2，当A 的吸附很强时，反应速率r=_____。 三、单选题（选一个最佳期答案） 1、根据方程（式中S为熵）可知下面的说法中不 正确的是 （A）等温等压且组成不变时，表面积增大，焓增加。 （B）温度升高，表面张力增大 （C）温度升高，体系的熵增加 （D）等温等压且组成不变时，增加表面积，体系吸热 A B C D 2、对于纯液滴，有关其饱和蒸气压的说法中不正确的是 （A）其分散程度越大，饱和蒸气压越大 （B）表面张力越大，饱和蒸气压越大 （C）密度越大，饱和蒸气压越大
一、选择题答案 1. C 2.D 3.A 4.A 5.B 6.C 7.C 8.B 9.A 10.D 11.C 12.D 13.C 14.D 15.A 16.C 17.B 18.C 19.A 20.D 21.C 22.C 23.C 24.C 25.C 26.C 27.D 28.D 29.B 30.D 二、判断 1. 由于大分子溶液是真溶液，是均相的热力学稳定系统，所以无丁达尔效应。F 2. 当表面活性物质加入溶剂中后，所产生的结果是dγ/dc < 0，即正吸附。T 3. 物理吸附的吸附力来源于范德华力，其吸附一般不具有选择性。T 4. 微小晶体与普通晶体相比，微小晶体的溶解度较小。F 5. 物质的表面张力与表面积的大小有关。F 6. 表面活性剂不能改变表面润湿性。F 7. BET公式的主要用途是获得高压下的吸附机理。F 8. 弯曲液面所产生的附加压力不一定等于零。F 9. 溶胶中胶粒的布郎运动就是本身热运动的反映。F 10. 乳状液、泡沫、悬浮液和憎液溶胶均属多相的聚结不稳定系统。T 三、填空： 1. 半径为r的球形肥皂泡内附加压力是ΔP =4γ/r 。 2. 球滴的半径越小，饱和蒸气压越大，溶液中的气泡半径越小，气泡内液体 的饱和蒸气压越小。 3. 憎液固体，其表面不能为液体所润湿，其相应的接触角θ> 90o。 4. 相同温度下，同一液体，随表面曲率半径不同具有不同的饱和蒸气压，若以P平、P 、P凸分别代表平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸气压，则三者的关系为。 凹 5. 加入表面活性剂，使液体的表面张力降低，表面层表面活性剂的浓度一定大 于它在体相中的浓度。 6. 已知293.15K时水的表面张力为 7.275×10-2N m-1，该温度下当水的表面积增大 4×10-4m2时，体系的ΔG为 2.91 ×10-5。 7.润湿液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成反比关系，与液体的表面张力 成正比关系。 7. 温度上升时，纯液体的表面张力减小。 8. 使溶胶聚沉所需电解质最低浓度，称为电解质对溶胶的聚沉值。 9. 表面活性剂在结构上的特点是同时具有亲水基和亲油基。 10. 液面是弯曲时，表面张力的方向与液面相切。 四、简答 1．在滴管内的液体为什么必须给橡胶帽加压时液体才能滴出，并呈球形？ 答：因在滴管下端的液面呈凹形，即液面的附加力是向上的，液体不易从滴管滴出。若要使液滴从管端滴下，必须在橡胶帽加以压力，使这压力大于附加压力，此压力通过液柱而传至管下端液面而超过凹形表面的附加压力，使凹形表面变成凸形表面，最终使液滴滴下。刚滴下的一瞬间，液滴不成球形，上端呈尖形，这时液面各部位的曲率半径都不一样，不同部位的曲面上所产生附加压力也不同，这种不平衡的压力迫使液滴自动调整成球形，使液滴具有最小的表面积以降低能量。
?胶体界面现象问题答案 1.为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的为什么气泡比液滴更容易破裂?同样体 积的水,以球形的表面积为最小,亦即在同样条件下,球形水滴其表面吉布斯自由能相对为最小。气泡同理。半径极小的气泡内的饱和蒸气压远小于外压,因此在外压的挤压下,小 气泡更容易破裂。 2.毛细凝结现象为什么会产生?根据Kelvin公式 RTln(pr/po)=2Vγ/r, 曲率半径极小 的凹液面蒸气压降低,低于正常饱和蒸气压,即可以在孔性固体毛细孔中的凹液面上凝结。因毛细管曲率半径极小,所以会产生毛细凝结现象。 3.天空为什么会下雨人工降雨依据什么原理向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨 天上的雨来自空中的云,空中的云其实就是水的气溶胶,它来自地面的水汽蒸发。当 水蒸气压大于水的饱和蒸汽压，云中水滴增大，达到一定程度,也就是不能被上升 的气流顶托住的时候,水滴（冰滴、雪花）就会落到地面上,即是我们所见的雨、雹、雪。 ?只有过饱和水蒸气的云才能实施人工增雨。雾状小水滴的半径很小，根据开尔文公式，由于小水滴的饱和蒸气压p r*大于水的饱和蒸汽压，水滴难以长大，可以添加碘化银、干冰，增大粒径（干冰还降低温度），降低p r* ，使水滴凝结。 ?实施人工隆雨时就是向空中撒入凝结核心，使最初的小水滴的曲率半径加大，这时小水滴的饱和蒸气压小于高空中的蒸气压，从而形成降雨。 4.为什么会产生液体过热现象加入沸石为什么能消除过热现象 ?液体中的小气泡，r <0, p r* 一、凝胶 1.什么是凝胶？有何特征（两个不同）？ 外界条件(如温度、外力、电解质或化学反应)的变化使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态，即凝胶。（又称冻胶） 其一，凝胶与溶胶(或溶液)有很大的不同。溶胶或溶液中的胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由行动，因而溶胶具有良好的流动性。凝胶则不然，分散相质点互相连接，在整个体系内形成结构，液体包在其中，随着凝胶的形成，体系不仅失去流动性，而且显示出固体的力学性质，如具有一定的弹性、强度、屈服值等。 其二，凝胶和真正的固体又不完全一样，它由固液两相组成，属于胶体分散体系，共结构强度往往有限，易于遭受变化。改变条件，如改变温度、介质成分或外加作用力等，往往能使结构破坏，发生不可逆变形，结果产生流动。由此可见，凝胶是分散体系的一种特殊形式，共性质介于固体和液体之间。 2.举例说明什么是弹性和非弹性凝胶？ 由柔性的线性大分子物质，如洋菜吸附水蒸气先为单分子层吸附，然后转变为多分子层吸附，硫化橡胶在苯蒸气中的吸附则是从一开始即为多分子层吸附。这类凝胶的干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。如明胶、纤维素等，在水或水蒸气中都发生吸附。不同的吸附体系，其吸附等温线的形状不同，弹性凝胶的吸附与解析通常会形成较窄的滞后圈。 由刚性质点（如SiO2、TiO2，V2O5、Fe2O3等）溶胶所形成的凝胶属于非弹性凝胶，亦称刚性凝胶。大多数的无机凝胶，因质点本身和骨架具有刚性，活动性很小，故凝胶吸收或释出液体时自身体积变化很小，属于非膨胀型。通常此类凝胶具有多孔性结构，液体只要能润湿，均能被其吸收，即吸收作用无选择。这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。 3.试述凝胶形成的基本条件？ ①降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。②析 出的质点即不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形 成连续的网状结构。 4.凝胶形成的方法有哪几种？ 改变温度转换溶剂加电解质进行化学反应 5.凝胶的结构分为哪4种类型？ A 球形质点相互联结，由质点联成的链排成三维的网架Ti02、Si02等凝胶。 B 棒状或片状质点搭成网架，如V205凝胶、白土凝胶等。 C 线型大分子构成的凝胶，在骨架中一部分分子链有序排列，构成微晶区，如明胶凝胶、棉花纤维等。 D 线型大分子因化学交联而形成凝胶，如硫化橡胶以及含有微量：二乙烯苯的聚苯乙烯都属于此种情形。 一、凝胶 1.什么是凝胶有何特征（两个不同） 外界条件(如温度、外力、电解质或化学反应)的变化使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态，即凝胶。（又称冻胶） 其一，凝胶与溶胶(或溶液)有很大的不同。溶胶或溶液中的胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由行动，因而溶胶具有良好的流动性。凝胶则不然，分散相质点互相连接，在整个体系内形成结构，液体包在其中，随着凝胶的形成，体系不仅失去流动性，而且显示出固体的力学性质，如具有一定的弹性、强度、屈服值等。 其二，凝胶和真正的固体又不完全一样，它由固液两相组成，属于胶体分散体系，共结构强度往往有限，易于遭受变化。改变条件，如改变温度、介质成分或外加作用力等，往往能使结构破坏，发生不可逆变形，结果产生流动。由此可见，凝胶是分散体系的一种特殊形式，共性质介于固体和液体之间。 2.举例说明什么是弹性和非弹性凝胶 由柔性的线性大分子物质，如洋菜吸附水蒸气先为单分子层吸附，然后转变为多分子层吸附，硫化橡胶在苯蒸气中的吸附则是从一开始即为多分子层吸附。这类凝胶的干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。如明胶、纤维素等，在水或水蒸气中都发生吸附。不同的吸附体系，其吸附等温线的形状不同，弹性凝胶的吸附与解析通常会形成较窄的滞后圈。 由刚性质点（如SiO2、TiO2，V2O5、Fe2O3等）溶胶所形成的凝胶属于非弹性凝胶，亦称刚性凝胶。大多数的无机凝胶，因质点本身和骨架具有刚性，活动性很小，故凝胶吸收或释出液体时自身体积变化很小，属于非膨胀型。通常此类凝胶具有多孔性结构，液体只要能润湿，均能被其吸收，即吸收作用无选择。这类凝胶脱水干燥后再置水中加热一般不形成原来的凝胶，更不能形成产生此凝胶的溶胶，因此这类凝胶也称为不可逆凝胶。 3.试述凝胶形成的基本条件 一、选择题 1. 在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将： (A) 向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)左右来回移动 2. 如图在毛细管内装入润湿性液体，当在毛细管内左端加热时，则管内液体将： (A) 向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)因失去平衡而左右来回移动 3. 对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是: 4. 在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大 5. 弯曲表面上附加压力的计算公式：?巾=p' - p o= 2 /R中，R'的符号：() (A) 液面为凸面时为正，凹面为负(B) 液面为凸面时为负，凹面为正 (C)总为正(D) 总为负 6?微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确? 7. 在相同温度下，同一液体被分散成具有不同曲率半径的物系时，将具有不同饱和蒸气压。以p平、p凹、p 凸分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸气压，则三者之间的关系是： () (A) p平＞ p凹＞ p凸(B) p凹＞ p平＞ p (C) p凸＞ p平＞ p凹(D) p凸＞ p凹＞ p平 8. 在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现：() 表面化学 (A) (/ 汀)p> 0 (B) (/ 汀)P< 0 (C) (：7汀)p= 0 (D) 无一定变化规律 (A)冰的大(B) 水的大(C) 一样大(D)无法比较 (A)微小晶体的饱和蒸气压大(B)微小晶体的溶解度大 (C)微小晶体的熔点较低(D) 微小晶体的溶解度较小 (A)水并不进入毛细管(B)水进入毛细管并达到管内一定高度 本章基本内容与要求 1、理解与掌握界面热力学基本原理与公式。 （1）理解界面张力（自由能）与过剩量的意义，理解界面系统热力学基本原理与平衡条件。 （2）掌握拉普拉斯方程、开尔文方程及吉布斯等温方程的推导、含义与应用（计算与解释界面现象）。 （3）了解润温程度的判剧。 2、了解界面平衡特性。 （1）理解化学吸附与物理吸附概念。 （2）掌握兰缪尔吸附模型的意义与应用。 （3）了解BET多层吸附模型的意义与应用。 3、了解界面反应动力学及多相催化。 4、了解胶体系统的各种分类以及物质的尺度在分类中的意义。 5、掌握胶体系统的稳定、制备和破坏的方法。 （1）理解胶体和稳定机制及相关理论。 （2）掌握胶体失稳的各种因素。 6、掌握胶体系统的各种特性。 包括相平衡性质、动力性质、动电性质、流变性质，并了解其变化规律。 7、了解缔合胶体、乳状液、泡沫以及凝胶的特点，了解影响其稳定性的因素。 本章重点与难点： 1、有关界面现象的有：表面张力、弯曲液面的附加压力及后果、表面吸附量与接触角。 2、有关胶体系统的有：胶体的各种特性、胶性稳定性及相关理论、有关沉降公式及流动电势的计算。 3、有关大分子溶液的有：平均分子质量及测定、大分子溶液的粘度、唐南平衡。 本章教学时数：10-12学时，习题课：2学时。 通常分为胶体化学与界面化学两章讨论，因胶体是高度分散的多相体系，其有很大的比表面，故合为一章。但讲述仍是分开，先谈界面化学。 体系内相与相之间存在的一个过渡层，称为相界面。历史上曾称为“表面”。因人们习惯把S-g、L-g的界面称为表面。现已多改之，因称“表面”有二点不妥：①表面似指一个没有厚度的纯几何面；而界面则是两相间的过渡层，通常具有几个分子层厚为三维空间。②“表面”的范围较窄，象S-L、S-S、L-L亦存“界面”。 第9章 表面现象与分散系统自测题 1．如图所示，该U 型管的粗、细两管的半径分别为0.05cm 和0.01 cm 。若将密度ρ＝0.80 g ?cm -3的液体注人U 型管中，测得细管液面比粗管的液面高h ?＝2.2 cm ，利用上述数据便可求得该液体的表面张力l γ＝( ).设该液体与管壁能很好润湿，即θ＝0°。 A 、5.20×10-3 N ?m -1； B 、10.79×10-3 N ?m -1； C 、12 .82×10-3N ?m -1； D 、因数据不足，无法计算。. 2．在100℃，大气压力为101.325 kPa 下的纯水中，如有一个半径为r 的蒸气泡，则该蒸气 泡内的水的饱和蒸气压r p ( )大气压力0p ；若不考重力的作用，则该蒸气泡受到的压力为( )。 ( ) A 、大于；0p (大气压力)－p ?(附加压力)； B 、大于；0p ＋p ?； C 、小于；0p －p ?； D 、小于；0p ＋p ?。 3．在T ，p 一定下，将一体积为V 的大水滴分散为若干小水滴后，在下列性质中，认为基本不发生变化的性质为( )。 A 、表面能； B 、表面张力； C 、弯曲液面下的附加压力； D 、饱和蒸气压。 4．在室温、大气压力下，用同一支滴管分别滴下同体积的纯水和稀的表面活性剂水溶液(其密度可视为与纯水相同)则水的滴数1n 与稀表面活性剂溶液的滴数2n 之比，即12/n n ( )。 A 、大于1； B 、小于1； C 、等于1； D 、无法比较。 5．已知在25℃下，水与汞、乙醚与汞和乙醚与水的界面张力γ(H 2O/Hg)，γ{(C 2H 5)2O/Hg }和γ{(C 2H 5)2O/H 2O }分别为375，379和10.7 mN ?m -1，则当水滴在乙醚与汞的界面上时的铺展系数S ＝( )mN ?m -1。 A 、743.3×10-3； B 、6 .7×10-3； C 、14.7×10-3； D 、-6.0×10-3。 6．在一定T ，P 下，无论何种气体在固体表面上的吸附过程的熵变一定是( )，而焓变H ?也一定是( )。 A 、大于零； B 、等于零； C 、小于零； D 、无法判定。 7．朗格缪尔所提出的吸附理论及所推导出吸附等温式( )。 A 、只能用于化学吸附； B 、只能用物理吸附； C 、适用于单分子层吸附； D 、适用于任何物理吸附和化学吸附。 8．在恒T ，p 下，于纯水中加入少量表面活性剂时，则表面活性剂在表面层中的浓度( )其在本体中的浓度，此时溶液的表面张力( )纯水的表面张力。 A 、大于； B 、等于； C 、小于； D 、可能大于也可能小于 9．胶体系统的电泳现象说明( )。 A 、分散介质带电； B 、胶粒带有相当数量电荷； C 、胶体粒子处在等电状态； D 、分散介质是电中性的。 10．溶胶中的胶体粒子处在等电态，是指该胶粒处在( )的状态。 A 、热力学电势为零； B 、斯特恩电势为零； C 、ξ电势为零； D 、无法判断的状态。 11．制备BaSO 4溶胶时，是用Na 2SO 4作为稳定剂，则BaSO 4溶胶的胶团结构为( )。 天津工业大学2011-2012学年第一学期 应化、化工《胶体与界面化学》课程期末试卷(A卷) 班级___________姓名__________ 学号____________ 一、选择题（25分） 1. 空气中直径0.01m的球形肥皂泡（表面张力为0.025N/m）所受附加压力为( D ) (A) 2.5Pa (B) 5Pa (C) 10Pa (D) 20Pa 2. 液体在毛细管中上升的高度正比于（C ）。 (A) 温度(B) 液体密度(C) 附加压力(D) 管的半径 3. 在相同温度下，同一液体被分散成有不同曲率半径的分散体系时，将具有 不同饱和蒸气压，以P 平、P 凹 、P 凸 分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱 和蒸气压，则三者的关系是（ B ） (A) P平＞P凹＞P凸(B) P凸＞P平＞P凹 (C) P凹＞P平＞P凸(D) P凸＞P凹＞P平 4. 用最大气泡法测定溶液表面张力，对实际操作的规定哪条不正确？（D ） (A) 毛细管必须严格清洗保证干净 (B) 毛细管口必须平整 (C) 毛细管应垂直放置并刚好与液面相切 (D) 毛细管垂直深深插入液体内部，每次浸入浓度尽是保持不变 5. 表面活性剂是针对某种特定的液体或溶液而言的，表面活性剂的实质性作 用是（C） （A）乳化作用（B）增溶作用 （C）降低表面张力（D）增加表面张力 6. 电动现象产生的基本原因是（D） （A）外电场或外压力的作用 （B）电解质离子的作用 （C）分散相粒子或多孔固体的比表面能高 （D）固体粒子或多孔固体表面与液相界面间存在扩散双电层结构 7. 区别溶胶与真溶液和悬浮液最简单而灵敏的方法是（C ） （A）乳光计测定粒子浓度（B）超显微镜测定粒子大小 （C）观察丁达尔效应（D）测定ζ电势 8. 江、河水中含的泥沙悬浮物在出海口附近都会沉淀下来，原因有多种，其 中与胶体化学有关的是（ B ） （A）乳化作用（B）电解质聚沉作用 （C）溶胶互沉作用（D）破乳作用 9.雾属于分散体系，其分散介质是（A） （A）气体；（B）液体；（C）固体；（D）气体或固体。 10. 溶胶的基本特性之一是( C ) (A) 热力学上和动力学上皆属于稳定体系 (B) 热力学上和动力学上皆属不稳定体系 (C) 热力学上不稳定而动力学上稳定体系 (D) 热力学上稳定而动力学上不稳定体系。 11. 一个玻璃毛细管分别插入25℃和75℃的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度( C ) (A) 相同；(B) 无法确定； (C) 25℃水中高于75℃水中；(D) 75℃水中高于25℃水中。 12. 在一个密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后，会发生( A ) (A) 大水珠变大，小水珠变小(B) 大水珠变大，小水珠变大(C) 大水珠变小，小水珠变大(D) 大水珠，小水珠均变小 1.什么是气凝胶？有哪些主要特点和用途？ 当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化。此外它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。 用途：（1）制作火星探险宇航服（2）防弹不怕被炸 （3）过滤与催化（4）隔音材料（5）日常生活用品 2.试述凝胶形成的基本条件？ ①降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出。②析出 的质点即不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，在整个溶液中形成 连续的网状结构。 3.简述光学白度法测定去污力的过程。 将人工制备的污布放在盛有洗涤剂硬水的玻璃瓶中，瓶内还放有橡皮弹子，在机械转动下，人工污布受到擦洗。在规定温度下洗涤一定时间后，用白度计在一定波长下测定污染棉布试片洗涤前后的光谱反射率，并与空白对照。 4.试述洗涤剂的发展趋势。 液体洗涤剂近几年的新的发展趋势：(1)浓缩化(2)温和化、安全化(3)专业化(4)功能化(5)生态化: ①无磷化②表面活性剂生物降解③以氧代氯 5.简述干洗的原理 干洗是在有机溶剂中进行洗涤的方法，是利用溶剂的溶解力和表面活性剂的加溶能力去除织物表面的污垢。 6. 脂肪酶在洗涤剂中的主要作用是什么？ 脂肪酶，人的皮脂污垢如衣领污垢中因含有甘油三脂肪酸酯而很难去除，在食品污垢中也含有甘油三脂肪酸酯类的憎水物质，脂肪酶能将这些污垢分解成甘油和脂肪酸。 7.在洗涤剂中作为柔和剂的SAA主要是什么物质？ 用作柔和剂的表面活性剂主要是两性表面活性剂 8.用防水剂处理过的纤维为什么能防水？ 织物防水原理：将纤维织物用防水剂进行处理，可使处理后的纤维不表面变为疏水性，防水织物由于表面的疏水性使织物与水之间的接触角θ>90°，在纤维与纤维间形成的“毛细管”中的液面成凸液面，凸液面的表面张力的合力产生的附加压力△P的方向指向液体内部因此有阻止水通过毛细管渗透下来的作用。 9.请举出几个润湿剂的应用实例。 （1）润温剂在农药中的应用。加入润湿剂后，药液在蜡质层上的润湿状况得到改善甚至可以在其上铺展。 （2）润湿剂在原油开采中的应用。溶有表面活性剂的水，称之为活性水，活性水中添加的表面活性剂主要是润湿剂。它具有较强的降低油—水界面张力和使润湿反转的能力 （3）润湿剂在原油集输中的应用。在稠油开采和输送中，加入含有润湿剂的水溶液，即能在油管、抽油杆和输油管道的内表面形成—层亲水表面，从而使器 √3．20℃及l atm下，把半径r 1 =lmm的水滴分散为半径r2 = 10-3mm的水滴，问环境至少需作功多少焦耳? （20℃时水的表面张力为72.8mN/m） √ 4．已知毛细管半径r =50μm，将它插入盛有汞的容器中，毛细管 内汞面下降高度h =11.20cm，汞与毛细管表面接触角为140?，汞的密度 为13.6g/cm3，重力加速度g =980cm/s2。求汞在此温度时的表面张力。 √12. 已知20℃时水的表面张力为72.75 mN/m, 其在石蜡上的接触角测定值 为105?，通过计算判断水对石蜡能进行哪些润湿过程？ √2、固体对气体吸附的本质是什么？ √3、物理吸附与化学吸附有哪些区别？ √4、已测得CO在活性炭上的等温吸附线如图1所示，试计算该吸附体系的等量吸附热。√2、胶体纯化有几种方法？画出电渗析纯化装置示意图。 √4、溶胶老化的基本机理是什么？ 。 √4、电动现象直接与下列因素中哪个有关，并解释之。 (a)固体表面电位Ψ；(b)电动电位即ξ电位；(c)表面电荷密度σ。 √5、半径为4x10–7m的球形粒子分散在浓度为l x 10–2mol/L的NaCl水溶液 中。在25℃下，测得其电泳速率为2.5 x 10–8m/s·V。计算其ξ-电位的近 似值。已知25 ℃时水的相对介电常数为78.5，水的粘度为8.9x10–4Pa·s。 《胶体与界面化学》作业题答案： 1、胶体科学定义，胶体体系有哪些最重要的特点？ 胶体：指有粒径为1~100nm粒子组成的微观不均相的高度分散体系。 胶体化学：研究胶体体系形成、稳定和破坏过程中有关化学性质的科学。 胶体体系的特点有： （1）具有巨大的比表面积，界面现象十分重要 （2）具有强烈的尺寸效应 a、熔点变低 b、硬度变大 c、产生Kubo效应 d、隧道效应 3比表面定义。1g汞分散至直径为50nm的汞溶液胶，试求其比表面积及比表面。汞的相对密度为13.6g.cm-3 比表面：以单位体积（或质量）物体的表面积来表示物质分散程度。 M汞=200.5g/mol， S0=4∏r2*6.023*1023/200.5 =4*3.14*（50*10-9/2）2*6.023*1023/200.5 =2.3581*107m2 S= S0V= S0*（m/ρ）=2.3581*107*（1/13.6）*106=1.7*1011m2 5、什么是亲液胶体，什么是憎液胶体，其主要判据是什么？ 亲液胶体：容易与水形成胶体的溶液。 憎液胶体：不溶于介质的物质，经过适当处理后，可将它分散于某种介质中形成胶体溶液。 其主要判据是：是否需要经过处理才能与水形成胶体溶液。 3．20℃及l atm下，把半径r 1 =lmm的水滴分散为半径r2 = 10-3mm的水 滴，问环境至少需作功多少焦耳? （20℃时水的表面张力为72.8mN/m） S1=4∏r12=4*3.14*（1*10-3）2=1.256*10-5m2 S2总=4∏r22*（r1/r2）3=4*3.14*10-3=1.256*10-2m2 ΔG=σ*ΔA=72.8*(1.256*10-2-1.256*10-5)= 4．已知毛细管半径r =50μm，将它插入盛有汞的容器中，毛细管内汞面下降高度h =11.20cm，汞与毛细管表面接触角为140?，汞的密度为13.6g/cm3，重力加速度g =980cm/s2。求汞在此温度时的表面张力。 根据：第二章（1-28）公式Δρgh=2σcosθ/r有 σ=Δρghr/（2cosθ）=13.6*980*11.2*50*10-4/2cos（1800-1400） =487.18g/s2胶体与界面化学复习题库
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