胶体与表面化学 第3章 固体表面的吸附
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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:A0=A/V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。
胶体的吸附原理胶体是一种介于溶液和固体之间的物质,它由微小的悬浮粒子组成,这些粒子的大小在1到1000纳米之间。
胶体具有特殊的性质,如可逆性、散射光、表面电荷和流变性等。
胶体吸附是指溶质分子或离子从溶液中吸附到胶体表面的过程。
胶体吸附的原理涉及溶质分子与胶体粒子之间的相互作用力,主要包括物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附,也称为范德华吸附,是指溶质分子通过范德华力与胶体粒子表面发生吸附的过程。
范德华力是一种由于分子之间的电荷分布不均而产生的吸引力或排斥力。
在胶体表面,分子之间的相互作用力比体相中的强,这是由于胶体粒子表面存在较高的表面能。
溶质分子在靠近胶体表面时受到吸引力,逐渐缓慢地吸附到胶体表面,形成一层吸附层。
物理吸附是一个可逆的过程,可以通过改变温度或压力来解吸溶质分子。
化学吸附,也称为反应性吸附,是指溶质分子通过与胶体粒子表面形成化学键而发生吸附的过程。
化学吸附涉及溶质分子与胶体表面活性位点之间的化学反应。
胶体表面的活性位点是指具有较高反应活性的局部结构或功能基团,例如羟基、羧基、胺基等。
溶质分子通过与活性位点之间的化学键形成稳定的吸附结合。
化学吸附是一个不可逆的过程,吸附的溶质分子在一定的条件下不能被解吸。
胶体吸附的机制有多种,其中包括静电作用、极性作用、溶剂化作用、配位作用、氢键作用等。
静电作用是胶体吸附的主要机制之一,它是由于胶体表面带有电荷而导致的。
胶体表面的电荷可以通过离子交换、电离或化学反应等方式得到,存在正电荷的胶体粒子对带有负电荷的溶质分子具有吸引力,反之亦然。
极性作用是由于极性溶质分子与胶体表面之间的相互吸引而产生的。
溶剂化作用是指溶剂分子与溶质分子之间的相互作用力,在胶体吸附中可以作为背景效应起到重要作用。
配位作用是指胶体表面的活性位点与溶质分子中配位原子之间的配位键形成。
氢键作用是由于溶质分子中带有氢键供体或受体基团与胶体表面之间的氢键形成。
总而言之,胶体吸附是由于胶体粒子表面具有特殊的性质和活性位点,使得溶质分子或离子发生物理或化学作用而吸附到胶体表面的过程。
胶体化学研究胶体体系的科学。
是重要的化学学科分支之一。
表面活性剂使表面张力在稀溶液范围内随浓度的增加而急剧下降,表面张力降至一定程度后(此时溶液浓度仍很稀)便下降很慢,或基本不再下降,这种物质被称为表面活性剂。
3固体表面吸附是固体表面对其他物质的捕获,任何表面都有自发降低表面能的倾向,由于固体表面难于收缩,所以只能靠降低界面张力的办法来降低表面能,这就是固体表面产生吸附作用的根本原因。
润湿是用一种流体取代固体表面上存在的另一种流体的过程。
固体表面改性通过物理或化学的方法,使固体表面性质发生改变的过程。
吸附剂能够通过物理的或化学的作用,吸附其它物质的物质。
乳状液的变型乳状液的变型也叫反相,是指O/W型(W/O型)乳状液变成W/O型(O/W型)乳状液的现象。
触变作用凝胶振动时,网状结构受到破坏,线状粒子互相离散,系统出现流动性;静置时,线状粒子又重新交联形成网状结构。
净吸力在气液界面,液体表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小,所以表面分子受到一个垂直于液体表面、指向液体内部的合吸力,称为"净吸力"。
Krafft 点离子型表面活性剂在水中的溶解度随着温度的变化而变化。
当温度升高至某一点时,表面活性剂的溶解度急剧升高,该温度称为krafft点。
浊点加热非离子型表面活性剂的透明水溶液,其在水溶液中的溶解度随温度上升而降低,在升至一定温度值时出现浑浊,这个温度被称之为该表面活性剂的浊点。
表面张力表面张力是为增加单位面积所消耗的功。
临界胶束浓度:在表面活性剂溶液中,开始大量形成胶束的表面活性剂浓度。
起泡剂在气液分散体系中,使泡沫稳定的表面活性剂,称为起泡剂。
凝胶一定浓度的溶胶体系,在一定的条件下失去流动性而形成的半固体物质。
高分子溶液分散相是高分子物质的分散体系。
比表面积对于粉末或多孔性物质,1g固体所占有的总表面积为该物质的比表面。
增溶作用指难溶和不溶有机物在表面活性剂胶束水溶液中溶解度增大的现象离浆作用水凝胶在基本上不改变原来形状的情况下,分离出所包含的一部分液体,使构成凝胶网络的颗粒相互收缩靠近,排列得更加有序。
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。