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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣,2019/12/1,第十五章 界面現(xiàn)象和膠體溶液,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2019/12/1,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣,2019/12/1,第十五章 界面現(xiàn)象和膠體溶液,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2019/12/1,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,2024/11/21,1,二、,凝聚相的界面現(xiàn)象,A.,液體對(duì)固體的潤(rùn)濕作用,B.,彎曲液面的附加壓力和毛細(xì)現(xiàn)象,Laplace,公式,2024/11/21,2,毛

2、細(xì)現(xiàn)象：,2024/11/21,3,T,t,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,微小液滴的蒸氣壓力大于大液滴的蒸氣壓力，使微小液滴的水蒸發(fā)成蒸氣而凝結(jié)在大液滴上。,實(shí)驗(yàn)結(jié)論：,物質(zhì)的飽和蒸氣壓（,p,s,*,）除與溫度,T,有關(guān)，還與物質(zhì)的分散度（微粒半徑,r,）有關(guān)。,Kelvin,公式,C.,表面曲率對(duì)液體蒸汽壓力的影響,Kelvin,公式,如何得到？,同樣，對(duì)于小液滴與其蒸汽的平衡：,液體,(,T,p,*,l,0,),飽和蒸汽,(,T,p,*,g,0,),小液滴,(,T,p,*,l,),飽和蒸汽,(,T,p,*,g,),NOTE:,為簡(jiǎn)便省去,p,的,上標(biāo)*,2024/11/21,設(shè)蒸氣相為理想氣體：,Kelv

3、in,公式，,為液體密度,kg.m,-3,M,為摩爾質(zhì)量,g.mol,-1,。,2024/11/21,Kelvin,公式也可以表示為兩種不同曲率半徑的液滴或蒸汽泡的蒸汽壓之比：,對(duì),凸面,，,R,/,越小，液滴的蒸汽壓越高，或小顆粒的溶解度越大。,對(duì),凹面,:,或兩種不同大小顆粒的飽和溶液濃度之比：,凹面曲率半徑,R,/,越小，與其平衡的小蒸汽泡中的蒸汽壓越低。,特別注意負(fù)號(hào),2024/11/21,8,20,時(shí)水滴半徑,(,r,),與蒸氣壓力,p,r,的關(guān)系,r,/m,110,-6,1 10,-7,1 10,-8,1 10,-9,p,r,/p,0,1.001 1.011 1.114 2.95,

4、Kelvin,公式,2024/11/21,9,凸面,凹面,Discussion:,2024/11/21,10,1,）毛細(xì)管凝結(jié),Kelvin,公式的應(yīng)用,考慮液體及其飽和蒸氣與孔性固體構(gòu)成的體系?？變?nèi)液面與孔外液面的曲率不同，導(dǎo)致蒸氣壓力不同。,凹液面：,孔內(nèi)液體的平衡蒸氣壓低于液體的正常蒸氣壓。故在毛細(xì)管中發(fā)生凝結(jié)。此即所謂毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象。,硅膠能作為干燥劑就是因?yàn)楣枘z能自動(dòng)地吸附空氣中的水蒸氣，使得水氣在毛細(xì)管內(nèi)發(fā)生凝結(jié)。,2024/11/21,11,2,）過(guò)飽和蒸汽,恒溫下，將未飽和的蒸汽加壓，若壓力超過(guò)該溫度下液體的飽和蒸汽壓仍無(wú)液滴出現(xiàn)，則稱該蒸汽為,過(guò)飽和蒸汽,。,原因：液滴小，飽

5、和蒸汽壓大，新相難以形成而導(dǎo)致過(guò)飽和。,解決辦法：引入凝結(jié)核心,如人工降雨，向空中撒凝結(jié)核心,AgI,，使凝聚水滴的初始曲率半徑加大，其相應(yīng)的飽和蒸氣壓小于高空中已有的水蒸氣壓力，因此蒸氣會(huì)迅速凝結(jié)成水，便成了雨。,2024/11/21,12,3,）過(guò)熱液體（過(guò)冷液體）,沸騰,(,結(jié)晶,),是液體從內(nèi)部形成氣泡,(,微小晶體,),、在液體表面上劇烈汽化的現(xiàn)象。但如果在液體中沒(méi)有提供氣泡,(,晶體,),的物質(zhì)存在時(shí)，液體在沸點(diǎn),(,凝固點(diǎn),),時(shí)將無(wú)法沸騰,(,結(jié)晶,),。我們將這種按相平衡條件，應(yīng)當(dāng)沸騰,(,結(jié)晶,),而沒(méi)有沸騰,(,結(jié)晶,),的液體，稱為,過(guò)熱液體,(,過(guò)冷液體,),。,原因

6、：液體過(guò)熱,(,過(guò)冷,),現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于液體在沸點(diǎn),(,結(jié)晶,),時(shí)無(wú)法形成微小氣泡,(,微小晶體,),所造成的，這樣便造成了液體在沸點(diǎn),(,凝固點(diǎn),),時(shí)無(wú)法沸騰,(,結(jié)晶,),而液體的溫度繼續(xù)升高,(,降低,),的過(guò)熱,(,過(guò)冷,),現(xiàn)象。過(guò)熱較多時(shí)，極易暴沸。,解決辦法：為防止暴沸，可事先加入一些,？,。,2024/11/21,吸附：,以一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一種物質(zhì)的表面上的現(xiàn)象,或者說(shuō)物質(zhì)在相界面上濃度自動(dòng)變化的現(xiàn)象。,吸附劑：,具有吸附作用的物質(zhì)。,吸附質(zhì)：,被吸附的物質(zhì)。,吸附的熱力學(xué)原理：,固體表面質(zhì)點(diǎn)處于力場(chǎng)不平衡狀態(tài),表面具有過(guò)剩的能量（表面能）。,三、,固體,表面

7、的吸附作用,13,2024/11/21,物理吸附,化學(xué)吸附,吸附作用力,范德華力,化學(xué)鍵力,吸附選擇性,無(wú),有,(,需要形成吸附化學(xué)鍵,),吸附分子層,單分子層、多分子層,單分子層,吸附熱,較小，近似氣體凝結(jié)熱,(40kJ.mol,-1,),吸附溫度,較低,常在較高溫度下,吸附速率,快,(,不需要活化能,),，,易達(dá)吸附平衡,較慢,(,需要活化能,),，,吸附平衡慢,物理吸附與化學(xué)吸附比較,Note,：同一系統(tǒng)中，隨外界條件的變化兩類(lèi)吸附可相伴發(fā)生。,14,2024/11/21,固體表面的特點(diǎn),固體表面原子或分子處于力場(chǎng)不平衡狀態(tài)，表面具有過(guò)剩的能量（表面能）。,固體表面的特點(diǎn)：,1,固體表面

8、分子,(,或原子,),移動(dòng)困難，表面積不能縮小，會(huì)自動(dòng)與外來(lái)分子結(jié)合來(lái)降低表面自由能。,2,固體表面是很不均勻的，不同類(lèi)型的原子的化學(xué)行為、吸附熱、催化活性和表面態(tài)能級(jí)的分布都是不均勻的。,3,固體表面層的組成與體相內(nèi)部組成不同。,15,2024/11/21,A.,吸附平衡和吸附量,本體中氣體分子,A,吸附態(tài)分子,A,S,吸附,解吸,吸附量,單位質(zhì)量的固體所吸附氣體的物質(zhì)的量或體積。,吸附量與溫度和氣體的壓力有關(guān)：,1,、基本概念,16,2024/11/21,p,常數(shù)：,吸附等壓線,吸附等溫線,T,常數(shù),吸附等量線,B.,吸附曲線,17,2024/11/21,吸附等壓線,當(dāng)壓力一定時(shí)，溫度越高

9、吸附量越小，即隨著溫度的增加，吸附劑的吸附能力逐漸降低。,鈀對(duì),CO,的吸附等壓線,20,40,60,80,100,吸附量,200,100,0,+100,+200,A,B,1,2,1.,物理吸附,2.,化學(xué)吸附,18,2024/11/21,吸附等溫線,100,150,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,吸附量,dm,3,.kg,-1,151.5,80,30,0,23,p,/101.325 kPa,各種溫度時(shí)，氨吸附在炭粒上的吸附等溫線,：直線,：增加程度減小,：幾乎不變，飽和吸附,19,2024/11/21,典型的五種吸附等溫線,吸附等溫線可以反映出吸附劑的表面性質(zhì)、孔分布以及吸附劑與吸附

10、質(zhì)之間的相互作用情況。,20,2024/11/21,在,2.5 nm,以下,微孔吸附劑上的吸附等溫線,屬于這種類(lèi)型。,例如78,K時(shí),N,2,在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子篩上的吸附。,(1),p,/,p,s,比壓,，,p,s,是吸附質(zhì)在該溫度時(shí)的飽和蒸汽壓，,p,為吸附質(zhì)的壓力。,V,飽和,V,ad,21,2024/11/21,圖中曲線常稱為,S,型等溫線,。吸附劑孔徑大小不一，發(fā)生多分子層吸附。,在比壓接近,1,時(shí)，發(fā)生毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象,。,(,2,),22,2024/11/21,這種類(lèi)型較少見(jiàn)。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種等溫線,。,如,352 K,時(shí)，,Br,2,在硅膠,

11、上的吸附,屬于這種類(lèi)型,。,(3),23,2024/11/21,多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種等溫線。在比壓較高時(shí)，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。,例如在,323K,時(shí)，苯在氧化鐵凝膠上的吸附屬于這種類(lèi)型,。,(4),24,2024/11/21,發(fā)生多分子層吸附，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。,例如,373K,時(shí)，水汽在活性炭上的吸附屬于這種類(lèi)型。,(5),25,2024/11/21,蘭格繆爾吸附理論要點(diǎn)：,2,、單分子層吸附理論,Langmuir,吸附等溫式,(1),固體表面均勻，各處的吸附能力相同；,(2),被吸附的分子之間無(wú)相互作用；,(3),固體表面存在不飽和力場(chǎng)，作用范圍大約相當(dāng)于分子直徑大小，所以只形

12、成單分子層吸附；,(4),一定條件下，吸附與解吸建立動(dòng)態(tài)平衡；,本體中氣體分子,A,吸附態(tài)分子,A,S,吸附,解吸,26,2024/11/21,覆蓋度,表面吸附分子所占的表面百分?jǐn)?shù)。,k,a,吸附速率常數(shù),k,d,解吸速率常數(shù),吸附達(dá)平衡時(shí)：,吸附平衡常數(shù),Langmuir,吸附等溫式,27,2024/11/21,一定量吸附劑所吸附的物質(zhì)的平衡吸附量；,mol,kg,-1,相同,量吸附劑所能吸附的最大,(,飽和,),吸附量；,mol,kg,-1,Langmuir,吸附等溫式,28,2024/11/21,朗繆爾的生平簡(jiǎn)介,29,Langmuir,的生平簡(jiǎn)介,美國(guó)物理化學(xué)家,IRVING LANG

13、MUIR,。,1881,年,1,月,31,日生于紐約的一個(gè)貧民家庭。,1903,年畢業(yè),Clumbia,大學(xué)礦業(yè)學(xué)院。不久去德國(guó)留學(xué)，,1906,年獲得哥丁根大學(xué)的博士學(xué)位，同年秋天赴新澤西州史蒂文森理工學(xué)院任教。,1909,年起到通用電氣公司在紐約東部的斯克內(nèi)克塔迪電氣工程實(shí)驗(yàn)所工作，,1932,年后任該所所長(zhǎng)。,1935,年被選為倫敦 皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。,1951,年為法國(guó)科學(xué)院通訊院士。,1941,年任美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)主席，也是美國(guó)文學(xué)與科學(xué)院 院士。,1957,年,8,月,16,日在,Massachusetts,州的法爾默斯逝世。終年,76,歲。,2024/11/21,他首先發(fā)現(xiàn)氫氣受熱離解為原子的現(xiàn)象，并發(fā)明了原子氫焊接法；從分子運(yùn)動(dòng)論推導(dǎo)出單分子吸附層理論和著名的等溫式；設(shè)計(jì)了一種“表面天平”，可以計(jì)量液面上散布的一層不溶物的表面積，并建立了表面分子定向說(shuō)；發(fā)展了電子價(jià)鍵的近代理論；首次實(shí)現(xiàn)了人工降雨，研制出高真空的水銀擴(kuò)散泵；還研究過(guò)潛水艇探測(cè)器，改進(jìn)煙霧防護(hù)屏等。已發(fā)表的論文有,200,多篇。,1932,年，因表面化學(xué)和熱離子發(fā)射方面的研究成果獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,Languir,的生平簡(jiǎn)介,p503,習(xí)題的,10.5,、,10.9,、,10.15,題。,作 業(yè),