表面现象和分散系统

第八章表面现象与分散系统判断题答案1．只有在比表面很大时才能明显地看到表面现象，所以系统表面增大是表面张力产生的原因。

解：错，表面张力产生的原因是处于表面层的分子与处于内部的分子受力情况不一样。

2．对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。

解：对。

3．比表面吉布斯函数是指恒温、恒压下，当组成不变时可逆地增大单位表面积时，系统所增加的吉布斯函数，表面张力则是指表面单位长度上存在的使表面张紧的力。

所以比表面吉布斯函数与表面张力是两个根本不同的概念。

解：错，二者既有区别，又有联系。

4．恒温、恒压下，凡能使系统表面吉布斯函数降低的过程都是自发过程。

解：错，恒温、恒压，W’＝0时，ΔG < 0才是自发过程。

5．过饱和蒸气之所以可能存在，是因新生成的微小液滴具有很大的比表面吉布斯函数。

解：错，新生成的微小液滴有很高的比表面，因而有很高的表面吉布斯函数。

6．液体在毛细管内上升或下降决定于该液体的表面张力的大小。

解：错，液体在毛细管内上升或下降决定于液体能否润湿管壁，润湿与否与σ(l-g)、σ(l-s)和σ(g-s)的相对大小有关。

7．单分子层吸附只能是化学吸附，多分子层吸附只能是物理吸附。

解：错。

8．产生物理吸附的力是范德华力，作用较弱，因而吸附速度慢，不易达到平衡。

解：错。

9．在吉布斯吸附等温式中，Γ为溶质的吸附量，它随溶质(表面活性物质)的加入量的增加而增加，并且当溶质达饱和时，Γ达到极大值。

解：错，达到饱和吸附时，不一定达到饱和浓度。

10．由于溶质在溶液的表面产生吸附，所以溶质在溶液表面的浓度大于它在溶液内部的浓度。

解：错，溶质在表面层的浓度可以低于它在内部的浓度。

11．表面活性物质是指那些加人到溶液中，可以降低溶液表面张力的物质。

解：错，能显著降低溶液表面张力的物质才称为表面活性物质。

12．溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。

解：错，溶胶在热力学上是不稳定的。

13．溶胶与真溶液一样是均相系统。

胶体: 指具有高度分散的分散体系（亦是研究对象），分散相可以是一相和多相，粒子大小通常为10－7～10－9m之间.胶体的研究内容：表面现象、分散体系、高分子溶液。

表面能δ：恒温恒压下，可逆地增加单位表面积，环境对体系所做的功，单位J·m-2。

表面张力δ：单位长度液体表面的收缩力，单位N·m-1（或mN·m-1）l aplace方程：球面，则R1=R2=R，ΔP=2σR 柱面，则R1=R，R2=∞，ΔP=σ/R 球形气泡，且R1=R2=RΔP=4σ/R表面过剩：界面相与体相的浓度差。

接触角：固液气三相交点处作气液界面的切线，此切线与固液交界线之间的夹角θ。

Gibbs吸附公式：（双组分体系）固体表面张力：新产生的两个固体表面的表面应力之和的一半。

固体表面能：指产生一平方厘米新表面所消耗的等温可逆功。

Laugmuir理论：假设被吸附分子间无作用力，因而分子脱附不受周围分子的影响。

只有碰撞在空间表面的分子才有可能被吸附（单分子层吸附）。

固体表面是均匀的，各处吸附能相同。

BET理论的基本假设：①固体表面是均匀的，同层分子（横向）间没有相互作用，分子在吸附和脱附时不受周围同层分子的影响。

②物理吸附中，固体表面与吸附质之间有范德华力，被吸附分子间也有范德华力，即吸附是多分子层的。

影响溶液中吸附的因素：吸附剂：溶质、溶剂三者极性的影响；温度：溶液吸附也是放热过程，一般T上升，吸附下降；溶解度：吸附与溶解相反，溶解度越小，越易被吸附；同系物的吸附规律一般随C-H链的增长吸附有规律的增加和减少。

Trube规则；吸附剂的孔隙大小；吸附剂的表面化学性质，同一类吸附剂由于制备条件不同，表面活性相差很大，吸附性能也会有很大差异；混合溶剂的影响，色谱法中使用混合溶剂，洗提效果比单纯溶剂好，若自极性相同的混合溶剂中吸附第三组份，等温线界于两单等温线之间；若自极性不相同的混合溶剂中吸附第三组份，吸附量比任何单一溶剂中少，混合溶剂极性一致或不一致情况不同；多种溶质的混合溶液；9、盐的影响，盐的存在通过影响溶质的活度系数、溶解度、溶质的电离平衡而影响吸附。

第四章胶体溶液学习要点分散系、分散相、分散介质、表面现象、表面能、表面活性物质、吸附、孚L 化剂、乳化作用、溶胶、胶团结构、Tyndall现象、Brown运动、电泳、电渗。

聚沉值、大分子溶液、胶凝、盐析学习指南（一）分散系统分散系统，简称分散系，是由一种或几种物质以较小的颗粒分散于另一种物质中所形成的系统。

分散系中被分散的物质称为分散相，容纳分散相的物质称为分散介质。

根据物态，分散系有固态、液态与气态之分。

液体分散系按其分散相直径的大小不同可分为真溶液、胶体分散系和粗分散系三类。

分散系又可分为均相分散系和非均相分散系两大类。

均相分散系只有一个相（体系内部物理性质和化学性质均一的部分形成一相”,包括真溶液、大分子溶液。

非均相分散系的分散相和分散介质为不同的相，包括溶胶和粗分散系。

（二）表面现象我们把在任何两相界面上产生的物理化学现象总称为表面现象。

胶体的许多性质，如电学性质、稳定性、保护作用等都与表面现象有关。

如果把液体内部分子移到表面层就要克服向内的合力而做功。

这种功称为表面功，它以势能形式储存于表面分子。

单位表面上的表面自由能即增加单位表面所消耗的功，称为比表面能，比表面能在数值上等于表面张力。

根据热力学原理，表面能有自发降低的趋势。

要降低表面能，可通过两种途径：一是缩小物体的表面积；二是降低表面张力或是两者都减小。

表面活性物质分子的一端具有疏水性，另一端具有亲脂性。

如果向水中加入表面活性物质，则表面活性物质会部分地代替水分子聚集在溶液表面上，以降低表面张力，导致表面活性物质在表面层的浓度大于在溶液内部的浓度，产生正吸附。

相反，如果向水中加入某些无机盐类（如NaCl等）、糖类（单糖、双糖）以及溶于水的金属氢氧化物、淀粉等表面张力比水大的表面非活性物质，则这类物质在溶液表面层的浓度将会小于它们在溶液内部的浓度，产生负吸附。

（三）孚L状液水与油这两种液体不相溶，若使其中的一种液体的一种以细小的液滴分散于另一种不相溶的液体中，必须在振荡的同时加入一种能降低比界面能的表面活性物质，这种表面活性物质的分子在油与水两相界面上定向地排列，形成一层保护分散相液滴的薄膜，防止了液滴合并变大而分层，使体系得到一定程度的稳定性. 这种能使乳浊液稳定的的表面活性物质称为乳化剂，乳化剂所起的作用称为乳化作用。

第四章胶体溶液学习要点分散系、分散相、分散介质、表面现象、表面能、表面活性物质、吸附、乳化剂、乳化作用、溶胶、胶团结构、Tyndall现象、Brown运动、电泳、电渗。

聚沉值、大分子溶液、胶凝、盐析学习指南（一）分散系统分散系统，简称分散系，是由一种或几种物质以较小的颗粒分散于另一种物质中所形成的系统。

分散系中被分散的物质称为分散相，容纳分散相的物质称为分散介质。

根据物态，分散系有固态、液态与气态之分。

液体分散系按其分散相直径的大小不同可分为真溶液、胶体分散系和粗分散系三类。

分散系又可分为均相分散系和非均相分散系两大类。

均相分散系只有一个相（体系内部物理性质和化学性质均一的部分形成“一相”），包括真溶液、大分子溶液。

非均相分散系的分散相和分散介质为不同的相，包括溶胶和粗分散系。

（二）表面现象我们把在任何两相界面上产生的物理化学现象总称为表面现象。

胶体的许多性质，如电学性质、稳定性、保护作用等都与表面现象有关。

如果把液体内部分子移到表面层就要克服向内的合力而做功。

这种功称为表面功，它以势能形式储存于表面分子。

单位表面上的表面自由能即增加单位表面所消耗的功，称为比表面能，比表面能在数值上等于表面张力。

根据热力学原理，表面能有自发降低的趋势。

要降低表面能，可通过两种途径：一是缩小物体的表面积；二是降低表面张力或是两者都减小。

表面活性物质分子的一端具有疏水性，另一端具有亲脂性。

如果向水中加入表面活性物质，则表面活性物质会部分地代替水分子聚集在溶液表面上，以降低表面张力，导致表面活性物质在表面层的浓度大于在溶液内部的浓度，产生正吸附。

相反，如果向水中加入某些无机盐类(如NaCl等)、糖类(单糖、双糖)以及溶于水的金属氢氧化物、淀粉等表面张力比水大的表面非活性物质，则这类物质在溶液表面层的浓度将会小于它们在溶液内部的浓度，产生负吸附。

（三）乳状液水与油这两种液体不相溶，若使其中的一种液体的一种以细小的液滴分散于另一种不相溶的液体中，必须在振荡的同时加入一种能降低比界面能的表面活性物质，这种表面活性物质的分子在油与水两相界面上定向地排列，形成一层保护分散相液滴的薄膜，防止了液滴合并变大而分层，使体系得到一定程度的稳定性．这种能使乳浊液稳定的的表面活性物质称为乳化剂，乳化剂所起的作用称为乳化作用。

第八章 《表面现象与分散系统》一、选择题1．在一般情况下不考虑表面的存在对系统性质的影响是因为（ ）。

A. 表面状态复杂；B. 表面不重要；C. 表面分子数比内部分子少得多，表面效应不明显；D. 表面分子与内部分子状态一样。

2． 在一支水平放置的洁净的玻璃毛细管中有一可自由移动的水柱，今在水柱右端微微加热，则毛细管内的水柱将（ ）。

A. 向右移动；B. 向左移动；C. 不移动；D. 条件不足，无法判断。

3．等温等压条件下的润湿过程是：（ ）。

A. 表面吉布斯自由能降低的过程；B. 表面吉布斯自由能增加的过程；C. 表面吉布斯自由能不变的过程；D. 表面积缩小的过程。

4．若某液体在毛细管内呈凹液面，则该液体在该毛细管中将（ ）。

A. 沿毛细管上升；B. 沿毛细管下降；C. 不上升也不下降。

D. 条件不足，无法判断5．液体在能被它完全润湿的毛细管中上升的高度反比于（ ）。

A. 空气压力；B. 毛细管半径；C. 液体表面张力；D. 液体粘度。

6．当表面活性剂加入溶剂中后, 产生的效果是（ ）。

A. /0d dc σ< 正吸附；B. /0d dc σ> 正吸附；C. /0d dc σ< 负吸附； D . /0d dc σ> 负吸附。

7．在影响物质表面张力的因素中，下列说法哪个不对?（ ）。

A. 与压力有关；B. 与温度有关；C. 与共存相有关；D. 与表面积有关。

8． 空气中有一肥皂泡, 直径为2mm, 若其表面张力为0.06 N· m -1, 则泡内附加压力为（ ）。

A. 0.06×103 Pa ；B. 0.24×103 Pa ；C. 0.12 ×103 Pa ；D. 0.48×103 Pa 。

9．对于一理想的水平液面，下列各量中，何者为零？（ ）。

A. 表面张力；B. 表面能；C. 附加压力；D. 比表面能。

10．对于化学吸附的描述, 以下说法中不正确的是（ ）。

第八章表面现象和分散系统一、填空题1、半径为r的球形肥皂泡内的附加压力是。

2、液滴的半径越小，饱和蒸气压越，液体中的气泡半径越小，气泡内液体的饱和蒸压越。

3、憎液固体，其表面不能被液体所润湿，其相应的接触角θ 90°。

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凹、P凸分别表示平面、曲面、凸面液体上的饱和蒸气压，则三者的关系是。

5、加入表面活性剂，使液体的表面张力，表面活性剂在溶液表面的浓度一定它在体相的浓度。

6、润湿液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成关系，与液体的表面张力成关系。

7、温度升高时，纯液体的表面张力。

8、氢氧化铁溶胶显色，胶粒直径的大小在 m之间。

由于氢氧化铁溶胶胶粒带电荷，所以通过直流电时，在附近颜色逐渐变深。

9、丁达尔效应是光所引起的，其强度与入射光波长的次方成比例。

10、乳状液的类型可以分为和两类，亲水性固体粉末和憎水性固体粉末可以分别作为型和型乳状液的乳化剂。

11、在讨论固体对气体等温吸附的兰格谬尔理论中，最重要的基本假设为：吸附是层的。

12、表面活性物质在结构上的特点是同时具有基和基。

13、KI与过量的AgNO3形成溶胶，该溶胶电泳时胶粒向移动；在KCl、K2C2O4、K 3Fe（CN）6三种电解质中，对该溶胶聚沉能力最大的是。

二、单选题1、氧气在某固体表面的吸附，温度在400K时进行的速度较慢，在305K时更慢，该吸附过程主要是（）A.物理吸附B.化学吸附C.不能确定D.物理吸附与化学吸附同时发生2、在三通活塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹一大泡，关闭左端，在右端吹一小泡，然后打开活塞使左右端相通，将会出现什么现象。

（）A.大泡变小，小泡变大B.小泡变小，大泡变大C.两泡大小保持不变D.不能确定3、晶体物质的溶解度和熔点与其颗粒半径的关系是（）A.半径越小，溶解度越小，熔点越低B.半径越小，溶解度越大，熔点越低C.半径越小，溶解度越大，熔点越高D.半径越小，溶解度越小，熔点越高4、在一密闭容器内，放有大小不等的圆球形小水滴，经放置一段时间后，会出现的现象是（）A.小水滴变大，大水滴变小，直至大小水滴半径相等B.小水滴变小，直至消失，大水滴变的更大C.大小水滴保持原来的半径不变D.水滴大小变化无规律5、关于表面张力和表面自由能，下列说法正确的是( )A.物理意义相同，量纲和单位不同B.物理意义不同，量纲和单位相同C.物理意义和量纲相同，单位不同D.物理意义和单位不同，量纲相同6、通常称为表面活性剂的物质是指将其加入液体中后( )A.能降低液体的表面张力B.能增大液体的表面张力C.能显著增大液体的表面张力D.能显著降低液体的表面张力7、下述现象中与表面活性物质无关的是( )A.乳化B.润湿C.起泡D.溶解8、毛笔蘸上水，笔毛就会粘在一起，这是因为 ( )A.笔毛上的水在空气中有自动收缩减小表面的趋势B.笔毛被润湿C.水是表面活性物质D.水具有粘度9、对于水平液面，其值为零的物理量是( )A.表面自由能B.表面张力C.附加压力D.比表面能10、对于化学吸附，下面说法中不正确的是( )A.吸附是单分子层B.吸附力来源于化学键力C.吸附热接近反应热D.吸附速度较快，升高温度则降低反应速度11、下列各性质中不属于溶胶动力学性质的是( )A.布郎运动B.扩散C.电泳D.沉降平衡12、在外加电场作用下，胶体粒子在分散介质中移动的现象称为( )A.电渗B.电泳C.沉降D.扩散13、Langmuir气固吸附理论中，下列叙述中错误的是( )A.吸附是单分子层吸附B.吸附热是常数C.在一定条件下，吸、脱附之间可以达到平衡D.吸、脱附速率都与气体的压力成正比14、对于指定的液体，恒温条件下，有( )A.液滴的半径越小，它的蒸气压越大B.液滴的半径越小，它的蒸气压越小C.液滴的半径与蒸气压无关D.蒸气压与液滴的半径成正比15、凡溶胶达到等电状态，说明胶粒 ( )A.带电，易聚沉B.带电，不易聚沉C.不带电，很易聚沉D.不带电，不易聚沉16、过量的KI与AgNO3混合制溶胶，其结构为[(AgI)m·n I-·(n-x)K+]x-·x K+，则胶粒是指 ( )A.(AgI)mB.(AgI)m·nI-C.[(AgI)m·nI-·(n-x)K+] x-D.[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·xK+17、不一定。

物理化学课程教学大纲
一、课程说明
（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；
课程名称: 物理化学（PhysicalChemistry）
所属专业：材料化学
课程类别：专业课
课程性质：专业课（必选）
学分： 3学分（54学时）
（二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程；
课程简介：
物理化学又称理论化学，是从研究化学现象和物理现象之间的彼此联系入手，从而找出化学运动中最具普遍性的大体规律的一门学科。

共包括4部份内容：
第1部份，热力学。

内容包括：热力学第必然律、热力学第二定律、化学势、化学平稳、相平稳。

第2部份，电化学。

内容包括：电解质溶液、可逆电池电动势、不可逆电池进程。

第3部份，表面现象与分散系统。

内容包括：表面现象、分散系统。

第4部份，化学动力学。

内容包括：化学动力学大体原理、复合反映动力学。

目标与任务：
使学生把握物理化学大体概念及计算方式，同时还应取得一样科学方式的训练和逻辑思维能力的培育。

这种训练和培育应贯穿在课堂教学的整个进程中，使学生体会和把握如何由实验结果动身进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体条件用理论解决实际问题的方式。

先修课与后续相关课程：
先修课：高等数学（微分、积分）、大学一般物理、无机化学、有机化学、分析化学后续相关课程：无。

（三）教材与要紧参考书。

教材：物理化学简明教程，第四版，印永嘉等编，高等教育出版社出版.2007
参考书目：。

胶体与表面化学第一章绪论胶体与表面化学：研究胶体分散系统、一般粗分散系统及表面现象的化学分支。

胶体化学：研究胶体体系的科学，是物理化学的分支。

表面化学：研究发生在表面或界面上的物理、化学现象的一门学科，是胶体化学的分支。

分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。

被分散的不连续相为分散相，连续相为分散介质。

可分为：粗分散系统、胶体分散系统、分子分散系统。

习惯上，按分散介质的类型把胶体系统分为气、液、固溶胶。

溶胶：以液体为分散介质时，分散相为固体小粒子的胶体分散系统。

凝胶：以固体为分散介质时，分散相为液体的胶体分散系统。

(第九章)胶体分散系统：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处于1~100nm范围内的分散系统。

胶体是物质存在的一种状态而非特殊的物质，不是物质的本性；胶体是两相或多相不均匀分散系统。

界面：不相混溶的两相间的边界区域。

凝聚相与气相的边界区域称为表面。

比表面：单位质量或体积的分散相物质所具有的总表面积。

第二章胶体与纳米粒子胶体制备的一般条件：1.分散相在介质中的溶解度必须极小 2.必须有稳定剂存在胶体制备方法：一、分散法：1.机械分散（助磨剂、分级设备） 2.电分散（金属水溶胶）3超声波分散（乳状液）4.胶溶（在某些新生成的松散聚集沉淀物中，加入适量的电解质或置于某一温度下，使沉淀重新分散成溶胶。

例如正电荷溶胶MMH或MMLHC）二、凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。

物理凝聚：将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体状态。

（蒸汽骤冷、更换溶剂）化学凝聚：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在时形成溶胶。

（还原、氧化、水解、复分解法）溶胶净化：（粗粒子--过滤、沉降、离心；）胶体中过多的电解质--渗析：用半透膜将溶胶和纯分散介质隔开，仅能让小分子和离子通过而胶粒不能通过；由于浓度差，多余电解质向外渗透，更换溶剂便可净化溶胶。

胶体与表面化学第一章绪论（2学时）1.1胶体的概念什么是胶体，胶体的分类1.2胶体化学发展简史1.3胶体化学的研究对象表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。

重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。

难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。

教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。

第二章胶体与纳米材料制备（4学时）2.1胶体的制备胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。

2.2胶体的净化渗析、渗透和反渗透。

2.3单分散溶胶单分散溶胶的定义及制备方法。

2.4胶体晶体胶体晶体的定义及制备方法2.5纳米粒子的制备什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。

难点：胶体制备机理。

教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。

第三章胶体系统的基本性质（8学时）3.1溶胶的运动性质扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。

3.2溶胶的光学性质丁道尔效应和溶胶的颜色。

3.3溶胶的电学性质电动现象、双电层结构模型和电动电势（。

电势）3.4溶胶系统的流变性质剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。

3.5胶体的稳定性溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。

3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定显微镜的类型及基本作用重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、。

电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。

难点：双电层结构模型。

教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。

第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时）4.1表面张力和表面能净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的测定方法。

4.2液-液界面张力Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。

4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。

第九章 化学动力学基本原理质量作用定律r = k[A]a [B]b ；质量作用定律只适用于基元反应。

（简单反应和复合反应中的各基元反应）简单反应都是简单级数反应，但是简单级数反应不一定是简单反应一级反应：xx a a c c t k -=-==11lnln ln01；c c k t 01ln 1= 1）k1单位：s-12）半衰期t1/2：当c=1/2c0时所需时间110012/16932.02ln 2/ln 1k k c c k t ===；t ½ 与起始浓度c0无关。

阿累尼乌斯公式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1212211211)()(ln T T T T R E T T R E T k T k a a ； 26.20/106.12ln ln 3+⨯-=+-=KT A RT E k aEa =12.6 ×10^3×R=104.8kJ · mol-1 lnA=20.26A = e^20.26 = 6.29 ×10^8 mol-1·dm3·s-1第八章 表面现象与分散系统 表面张力σ 单位：N/m物理意义：表面紧缩力定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意单位长度上的紧缩力。

影响表面张力的因素：1. 物质的种类及共存相的种类（性质）；2. 温度影响：前者<0，即温度升高，表面张力变小拉普拉斯公式：rp σ2=∆ r ：曲率半径。

r 越大，Δp 越小；平面时r 趋近于无穷大，Δp=01.不管是凸液面，还是凹液面，附加压力的方向总是指向球心，即球内的压力一定大于球外的压力；2. 液膜（肥皂泡）Δp=4σ/rKelvin 公式：(液相) P'=P+2σ/r ；(气相) pr 凹（液中气泡）：r 取负值，pr < p ；凸（小液滴）：r 取正值，pr > p人工降雨（过饱和蒸气）高空中没有灰尘,水蒸汽可达到相当高的过饱和程度而不致凝结成水。