表面物理化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回第十三章第十三章 表面物理化学表面物理化学/10/10第1页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 1 13-1 表面张力及比表面自由能表面张力及比表面自由能1.1 界面和表面界面和表面 界界面面是是指指相相接接触触两两相相间间约约几几个个分分子子厚厚度度过过渡渡区区，若若其其中中一一相相为为气气体体，这这种种界界面面通通常常称为称为表面表面。/10/10第2页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.1 1.1 界面和表面界面和表面(surface and interface)A 气气-液界面液界面 （或液体表面或液体表面）常见界面：常见界面：/10/10第3页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回B B 气气-固界面固界面1.1 1.1 界面和表面界面和表面(surface and interface)/10/10第4页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.1 1.1 界面和表面界面和表面(surface and interface)C C 液液-液界面液界面/10/10第5页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.1 1.1 界面和表面界面和表面(surface and interface)D D 液液-固界面固界面/10/10第6页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.1 1.1 界面和表面界面和表面(surface and interface)E E 固固-固界面固界面/10/10第7页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.2 1.2 表面张力表面张力（surface tension）表面层分子与相内分子相比，它们所处环境不一样。表面层分子与相内分子相比，它们所处环境不一样。表面分子受到被拉表面分子受到被拉入体相内部协力入体相内部协力。这种作用力使表面这种作用力使表面存在自动收缩表面积到存在自动收缩表面积到最小趋势。即最小趋势。即表面上存表面上存在缩小表面积表面紧缩在缩小表面积表面紧缩力。力。/10/10第8页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.2 1.2 表面张力表面张力（surface tension）(1)(2)试试验验显显示示：在在两两相相(尤尤其其是是气气-液液)界界面面上上，确确实实存存在在着着一一个个缩缩小小表表面面积积表表面面紧紧缩缩力力，它它垂垂直直于于界界面面边边界界，指指向向界界面面内内部部并并与界面相切。与界面相切。/10/10第9页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.2 1.2 表面张力表面张力（surface tension）沿沿着着与与界界面面相相切切方方向向，垂垂直直作作用用于于界界面面上上任任意意单单位位长长度度线线段段上上界界面面紧紧缩缩力力称称为为界界面面张张力力(接接触触两两相相之之一一为为气气体体，称称为为表表面面张张力力)。用用 表表示示。单单位位是是Nm-1。/10/10第10页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.3 表面功表面功（surface work）温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加，所需温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加，所需要对体系作功，称为表面功。用公式表示为：要对体系作功，称为表面功。用公式表示为：百百分分比比系系数数，它它在在数数值值上上等等于于T，P及及组组成成恒恒定定条条件件下下，可可逆逆地地增增加加单单位位表表面面积积，环环境境必必须须对对体体系系做做非非膨膨胀胀功功。当当表表面面扩扩展展完完成成时时，环环境境对对系系统统所所做做表表面面功功转转化化为为表表面面分分子子能能量量，所所以以表表面面分分子子比比内内部部分分子子含含有有更更高能量高能量。/10/10第11页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.4 比表面能比表面能于是于是 依据热力学原理：依据热力学原理：物理意义：物理意义：一定温度、压力、组成时，可逆一定温度、压力、组成时，可逆地增加单位表面积所引发系统地增加单位表面积所引发系统Gibbs自由能增加值自由能增加值（也就是（也就是单位表面积上分子比相同数量内部分子超单位表面积上分子比相同数量内部分子超出出 Gibbs自由能称为比表面自由能称为比表面Gibbs自由能或简称比自由能或简称比表面能表面能）。单位为）。单位为Jm-2。/10/10第12页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.5 表面张力与比表面能关系表面张力与比表面能关系 对对于于试试验验1 1，假假如如在在活活动动边边框框上上挂挂一一重重物物，使使重重物物质质量量W W2 2与与边边框框质质量量W W1 1所所产产生生重重力力F(W1+W2)g与与总总表表面面紧紧缩缩力力大大小小相相等等方方向向相相反反，则则金金属属丝丝不不再滑动。再滑动。这时这时/10/10第13页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.5 表面张力与比表面能关系表面张力与比表面能关系 若若金属丝在重力金属丝在重力 F 作用下，作用下，可逆可逆地向下移动地向下移动dx距离，考虑到肥皂膜有距离，考虑到肥皂膜有正反两面，则增大面积为：正反两面，则增大面积为：dA=2Ldx此可逆过程环境对体系所作表面功此可逆过程环境对体系所作表面功:于是于是 r r/10/10第14页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.5 表面张力与比表面能关系表面张力与比表面能关系注意：注意：2、比表面能与表面张力都是强度性质，其值与比表面能与表面张力都是强度性质，其值与物质种类、共存另一相性质以及温度等原因相关。物质种类、共存另一相性质以及温度等原因相关。1、比表面能与表面张力数值相等，量纲也一样比表面能与表面张力数值相等，量纲也一样（），但物理意义不一样。），但物理意义不一样。/10/10第15页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.6 影响表面张力原因影响表面张力原因（1）物质本性）物质本性 (P314表表13.2)普通普通化学键越强，表面张力越大化学键越强，表面张力越大。（2）共存另一相性质）共存另一相性质 (P314表表13.2)r(金属键金属键)r(离子键离子键)r(极性共价键极性共价键)r(非极性共价键非极性共价键)/10/10第16页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.6 影响表面张力原因影响表面张力原因（4）压力）压力 表面张力普通随表面张力普通随压力增加而下降压力增加而下降。因为压力增加，。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受到力差略有减小。气相密度增加，表面分子受到力差略有减小。式中式中V Vm m为摩尔体积，为摩尔体积，k为普适常数，对非极性液体，为普适常数，对非极性液体，k=2.210-7 JK-1 ，Tc为临界温度。为临界温度。Vm2/3 =k（Tc-T-6.0）Ramsay和和Shields提出提出r 与与T经验式经验式:温度升高，表面张力下降。温度升高，表面张力下降。（3）温度：）温度：/10/10第17页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.7 表面热力学基本公式表面热力学基本公式由此可得：由此可得：考考虑虑了了表表面面功功，热热力力学学基基本本公公式式中中应应对对应应增增rdA项即：项即：/10/10第18页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回1.7 表面热力学基本公式表面热力学基本公式 广义比表面自由能广义比表面自由能定义：定义：狭义比表面自由能定义：狭义比表面自由能定义：是保持对应特征变量和组成不变情况下，增加单位是保持对应特征变量和组成不变情况下，增加单位表面积时，对应热力学函数增加值。表面积时，对应热力学函数增加值。/10/10第19页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回13.213.2 弯曲表面附加压力弯曲表面附加压力2.1 弯曲表面附加压力弯曲表面附加压力 P=Ps=0水平面水平面/10/10第20页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回2.1 弯曲表面附加压力弯曲表面附加压力凸曲面凸曲面剖面图/10/10第21页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回2.1 弯曲表面附加压力弯曲表面附加压力凹曲面凹曲面/10/10第22页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回2.2 2.2 杨杨-拉普拉斯公式拉普拉斯公式普通式：普通式：特殊式特殊式（对球面对球面R R1 1=R=R2 2=RR）：）：18Young-Laplace导出了附加压力与导出了附加压力与曲率半径之间关系式：曲率半径之间关系式：凸面凸面R取正值取正值，凹面凹面R取负值。取负值。故凸面故凸面Ps 0，凹面，凹面Ps 0,0,凹曲面，凹曲面，R R 0,0 0，R 越小，液滴蒸汽压越小，液滴蒸汽压 Pr 越高越高对对凹面，凹面，R 0(l-gCos+l-s)，则则液液体体能能在在固固体体上上铺铺展展此此时时接接触触角角90，称称液液体体对对固固体体润润湿湿；若若=0，则则称称液液体体对对固体完全润湿固体完全润湿。假假如如s-g 90，称称液液体体对对固固体体不不润润湿湿；若若=180，则则称称液体对固体完全不润湿液体对固体完全不润湿。/10/10第35页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回3.2 铺展系数铺展系数 等等温温、等等压压条条件件下下，单单位位面面积积液液固固界界面面取取代代了了单单位位面面积积气气固固界界面面并并产产生生了了单单位位面面积积气气液液界界面面，这这过过程程表表面面自自由由能能改改变变值值负负值值称称为为铺铺展展系系数数，用用S表示。若表示。若S0，说明液体能够在固体表面自动铺展。，说明液体能够在固体表面自动铺展。/10/10第36页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回3.3 毛细管现象毛细管现象剖面图 当高出液体所产生静压力与附加压力相等时，管内外当高出液体所产生静压力与附加压力相等时，管内外液体到达平衡。液体到达平衡。/10/10第37页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 3.3 毛细管现象毛细管现象设毛细管半径为设毛细管半径为R,R,毛细管内液体毛细管内液体曲面半径为曲面半径为R R,则则：平衡时平衡时R=R/cos/10/10第38页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 3.3 毛细管现象毛细管现象解释：锄地保墒解释：锄地保墒/10/10第39页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回13.4 溶液表面吸附溶液表面吸附溶液表面吸附：溶液表面吸附：正吸附：正吸附：负吸附：负吸附：/10/10第40页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.1 Gibbs Gibbs吸附公式吸附公式 单位面积表面层中，所含溶质物质量比相同数量单位面积表面层中，所含溶质物质量比相同数量溶剂本体溶液中所含溶质物质量溶剂本体溶液中所含溶质物质量超出值超出值叫做叫做溶质在溶质在表面层吸附量表面层吸附量或或表面超量表面超量。用。用表示。表示。与与a a、关系为：关系为：GibbsGibbs吸附公式吸附公式/10/10第41页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.2 正吸附与负吸附正吸附与负吸附 2.2.d/da20，增加溶质浓度使表面张力升高，增加溶质浓度使表面张力升高，G G 为为负负值值，是，是负吸附负吸附。表面层中溶质浓度低于本体浓度。表面层中溶质浓度低于本体浓度。3.3.d/da20，增加溶质浓度表面张力不变，增加溶质浓度表面张力不变，G G为为0 0，无吸附无吸附。表面层中溶质浓度与本体浓度相同。表面层中溶质浓度与本体浓度相同。1.1.d/da20，增加溶质浓度使表面张力下降，增加溶质浓度使表面张力下降，G G 为为正正值值，是，是正吸附正吸附。表面层中溶质浓度大于本体浓度。表面层中溶质浓度大于本体浓度。/10/10第42页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.3 饱和吸附饱和吸附大量试验显示大量试验显示/10/10第43页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 4.3 饱和吸附饱和吸附 依据试验，脂肪酸在水中浓度到达一定数值后，依据试验，脂肪酸在水中浓度到达一定数值后，它在表面层中超额为一定值，与本体浓度无关，而且它在表面层中超额为一定值，与本体浓度无关，而且和它碳氢链长度也无关。和它碳氢链长度也无关。这这表表明明吸吸附附已已到到达达饱饱和和，而而且且脂脂肪肪酸酸分分子子是是定定向向(纵纵向向）排排列列：羧羧基基向向水水，碳碳氢氢链链向向空空气。气。/10/10第44页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.3 饱和吸附饱和吸附 依据这种紧密依据这种紧密排列形式，能够估排列形式，能够估算每个分子横截面算每个分子横截面积积S S式式中中N为为阿阿伏伏加加德德罗罗常常数数，G G 原原来来是是表表面面过过剩剩，当当到到达达饱和吸附时饱和吸附时,G G能够作为单位表面上溶质物质量能够作为单位表面上溶质物质量。/10/10第45页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回13.7 表面活性剂及其作用表面活性剂及其作用无机盐无机盐醇、醛、羧酸醇、醛、羧酸肥皂等肥皂等试验显示：试验显示：/10/10第46页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.1 表面活性物质表面活性物质 能使水表面张力显著降低物质称为能使水表面张力显著降低物质称为表面活性物质表面活性物质 表表面面活活性性物物质质通通常常含含有有亲亲水水极极性性基基团团和和憎憎水水非非极极性性碳碳链链或或碳碳环环即即含含有有两两亲亲性性。亲亲水水基基团团进进入入水水中中，憎憎水水基基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。表面活性物质非极性成份愈大，表面活性也愈大。表面活性物质非极性成份愈大，表面活性也愈大。问：表面活性剂加入液体中后产生正或负吸附？问：表面活性剂加入液体中后产生正或负吸附？正正问：非表面活性剂加入液体中后产生正或负吸附？问：非表面活性剂加入液体中后产生正或负吸附？负负 能使水能使水表面张力显著升高表面张力显著升高物质称为物质称为非表面活性物质非表面活性物质。/10/10第47页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.2 表面活性剂分类表面活性剂分类表面活性剂通常按化学结构分类：表面活性剂通常按化学结构分类：/10/10第48页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.2 表面活性剂分类表面活性剂分类惯用表面活性剂：惯用表面活性剂：/10/10第49页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.2 表面活性剂分类表面活性剂分类阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐季胺盐|CH3/10/10第50页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.2 表面活性剂分类表面活性剂分类两性表面活性剂两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型甜菜碱型|CH3/10/10第51页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.2 表面活性剂分类表面活性剂分类R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚非离子非离子表面活性剂表面活性剂R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚/10/10第52页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.3 表面活性剂效率和有效值表面活性剂效率和有效值表面活性剂效率表面活性剂效率 使水表面张力显著降低所需要表面活性剂浓度使水表面张力显著降低所需要表面活性剂浓度。显。显然，所需浓度愈低，表面活性剂然，所需浓度愈低，表面活性剂效率效率愈好。愈好。表面活性剂有效值表面活性剂有效值 能够能够把水表面张力降低到最小值把水表面张力降低到最小值。显然，能把水。显然，能把水表面张力降得愈低，表面张力降得愈低，表面活性剂有效值越低，表面活性剂有效值越低，该表面该表面活性剂活性剂效率越高效率越高。表面活性剂效率与有效值在数表面活性剂效率与有效值在数率率值上经常是相反。值上经常是相反。比如，当憎水基团链长增加时，效率提升而有效值降比如，当憎水基团链长增加时，效率提升而有效值降低低。/10/10第53页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.4 胶束胶束(micelle)/10/10第54页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.4 胶束胶束(micelle)/10/10第55页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.4 胶束胶束(micelle)/10/10第56页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.4 胶束胶束(micelle)/10/10第57页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.4 胶束胶束(micelle)表面活性剂在水中表面活性剂在水中，伴随浓度增大，表面上聚集活伴随浓度增大，表面上聚集活性剂分子形成定向排列性剂分子形成定向排列成成紧密单分子层，多出分子在体紧密单分子层，多出分子在体相内部也三三两两以憎水基相互靠拢，聚集在一起形成相内部也三三两两以憎水基相互靠拢，聚集在一起形成胶束，胶束，开始形成胶束最低浓度开始形成胶束最低浓度称为称为临界胶束浓度临界胶束浓度，简称简称CMC/10/10第58页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用（1 1）润湿作用）润湿作用 比如，要使农药润湿带蜡植物表面，要在农药中比如，要使农药润湿带蜡植物表面，要在农药中加表面活性剂；加表面活性剂；假如要制造防雨布，就要在表面涂憎水表面活性假如要制造防雨布，就要在表面涂憎水表面活性剂，使接触角大于剂，使接触角大于9090。/10/10第59页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用（2 2）增溶作用）增溶作用 非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中溶解度大大增加，称为钠等表面活性剂后，苯在水中溶解度大大增加，称为增溶作用。增溶作用。增溶作用与普通溶解概念是不一样，增溶苯不增溶作用与普通溶解概念是不一样，增溶苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成胶是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成胶束中。束中。经经X X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不一样射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不一样程度增大，而整个溶液依数性改变不大程度增大，而整个溶液依数性改变不大。/10/10第60页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用（3 3）乳化作用）乳化作用 一个或几个液体以大于一个或几个液体以大于1010-7-7m m直径液珠分散在另一直径液珠分散在另一不相混溶液体之中形成不相混溶液体之中形成粗分散粗分散体系称为体系称为乳状液乳状液。要要使使它它稳稳定定存存在在必必须须加加乳乳化化剂剂。依依据据乳乳化化剂剂结结构构不不一一样样能能够够形形成成以以水水为为连连续续相相水水包包油油乳乳状状液液(O/W)O/W)，或以油为连续相或以油为连续相油包水油包水乳状液乳状液(W/O)W/O)。有有时时为为了了破破坏坏乳乳状状液液需需加加入入另另一一个个表表面面活活性性剂剂，称称为为破破乳乳剂剂，将将乳乳状状液液中中分分散散相相和和分分散散介介质质分分开开。比比如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。/10/10第61页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用 简单乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于简单乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于水有机物称油，将不连续以液珠形式存在相当为内水有机物称油，将不连续以液珠形式存在相当为内相，将连续存在液相当为外相。相，将连续存在液相当为外相。水包油乳状液水包油乳状液，用，用O/W表示。内相为油，外相表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。油包水油包水乳状液乳状液，用，用W/O表示。内相为水，外表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出原油。相为油，如油井中喷出原油。/10/10第62页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用检验水包油检验水包油型乳状液型乳状液加入水溶性染料加入水溶性染料如亚甲基蓝如亚甲基蓝.说说明水是连续相明水是连续相加入油溶性染料红加入油溶性染料红色苏丹色苏丹，.说说明油是不连续相明油是不连续相/10/10第63页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用(4)(4)洗涤作用洗涤作用 洗涤剂中通常要加入各种辅助成份，既要增加对被洗涤剂中通常要加入各种辅助成份，既要增加对被清洗物体润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面清洗物体润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功效。不被再次污染等功效。其中占主要成份表面活性其中占主要成份表面活性剂去污过程可用示意图说明：剂去污过程可用示意图说明：A.A.水表面张力大，对油污润湿水表面张力大，对油污润湿性能差，不轻易把油污洗掉。性能差，不轻易把油污洗掉。/10/10第64页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用B.B.加入表面活性剂加入表面活性剂后，憎水基团朝向后，憎水基团朝向织物表面和吸附在织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐污垢上，使污垢逐步脱离表面。步脱离表面。C.C.污垢悬在水中或污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被去除，洁净表面被活性剂分子占领。被活性剂分子占领。/10/10第65页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回7.5 表面活性剂主要作用表面活性剂主要作用 首先将粗矿磨碎，倾入浮首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。选池中。选择适当捕集剂，选择适当捕集剂，使使它亲水基团只吸在矿砂表面，它亲水基团只吸在矿砂表面，憎水基朝向水。憎水基朝向水。（5 5）浮游选矿）浮游选矿 当矿砂表面有当矿砂表面有5%5%被捕集剂覆被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性。盖时，就使表面产生憎水性。搅搅拌并从池底鼓气，矿砂会附在气拌并从池底鼓气，矿砂会附在气泡上一起升到液面，搜集并灭泡泡上一起升到液面，搜集并灭泡浓缩，从而到达富集目标。浓缩，从而到达富集目标。不含矿石泥砂、不含矿石泥砂、岩石留在池底，岩石留在池底，定时去除。定时去除。/10/10第66页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 13.8 固体表面吸附固体表面吸附 因因为为固固体体表表面面原原子子受受力力不不对对称称，它它能能够够吸吸附附气气体体或或液液体体分分子子，使使表表面面自自由由能能下下降降；又又因因为为表表面面结结构构不不均匀，不一样部位吸附和催化活性不一样。均匀，不一样部位吸附和催化活性不一样。/10/10第68页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.1 吸附剂和吸附质吸附剂和吸附质 当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为为吸附剂吸附剂，被吸附气体称为，被吸附气体称为吸附质吸附质。惯用吸附剂有：惯用吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等硅胶、分子筛、活性炭等。/10/10第69页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.2 物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附含有以下特点吸附称为物理吸附：含有以下特点吸附称为物理吸附：1.吸附力是由固体和气体分子之间范德华引力吸附力是由固体和气体分子之间范德华引力产生，普通比较弱。产生，普通比较弱。2.吸附热较小，靠近于气体液化热，普通在几吸附热较小，靠近于气体液化热，普通在几个个kJ/mol以以下。下。3.吸附无选择性，任何固体能够吸附任何气体，吸附无选择性，任何固体能够吸附任何气体，当然吸附量会有所不一样。当然吸附量会有所不一样。/10/10第70页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.2 物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。5.吸附能够是单分子层，也能够是多分子层。吸附能够是单分子层，也能够是多分子层。6.吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度升高吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度升高而变快。而变快。总总之之：物物理理吸吸附附仅仅仅仅是是一一个个物物理理作作用用，没没有有电电子子转移，没有化学键生成与破坏，也没有原子重排等转移，没有化学键生成与破坏，也没有原子重排等。/10/10第71页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.2 物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附含有以下特点吸附称为化学吸附：含有以下特点吸附称为化学吸附：1.吸附力是吸附剂与吸附质分子之间产生化学键吸附力是吸附剂与吸附质分子之间产生化学键力，普通较强。力，普通较强。2.吸附热较高，靠近于化学反应热，普通在吸附热较高，靠近于化学反应热，普通在40kJ/mol以以上。上。3.吸附有选择性，固体表面活性位只吸附与之可吸附有选择性，固体表面活性位只吸附与之可发生反应气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦发生反应气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦然。然。/10/10第72页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.2 物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。5.吸附是单分子层。吸附是单分子层。6.吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率加紧吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率加紧。总之：总之：化学化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质分子分子发生了化学反应发生了化学反应，在红外、紫外，在红外、紫外-可见光谱中会可见光谱中会出现新特征吸收带。出现新特征吸收带。/10/10第73页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.3 吸附量表示吸附量表示 吸附量通常有两种表示方法：吸附量通常有两种表示方法：(2)(2)单位质量吸附剂所吸附气体物质量。单位质量吸附剂所吸附气体物质量。(1)单位质量吸附剂所吸附气体体积。单位质量吸附剂所吸附气体体积。体积通常换算成标准情况体积通常换算成标准情况(STP)/10/10第74页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4 吸附曲线吸附曲线 对于一定吸附剂与吸附质体系，到达吸附平衡对于一定吸附剂与吸附质体系，到达吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力函数，即：时，吸附量是温度和吸附质压力函数，即：固固定定一一个个变变量量，反反应应另另外外两两个个变变量量之之间间关关系系曲曲线线，称称吸附曲线吸附曲线。例：。例：(1)T=常数常数，q=f(p)，得吸附得吸附等温线等温线。(2)p=常数常数，q=f(T)，得吸附得吸附等压线等压线。(3)q=常数常数，p=f(T)，得吸附得吸附等量线等量线。/10/10第75页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.1 吸附等温线类型吸附等温线类型 吸附等温线能够反应吸附剂表面性质、孔分布以及吸吸附等温线能够反应吸附剂表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间相互作用等相关信息。附剂与吸附质之间相互作用等相关信息。常常见见吸吸附附等等温温线线有有以以下下5 5种种类类型型：(图图中中p p/p ps s称称为为比比压压，p ps s是是吸吸附附质质在在该该温温度度时时饱饱和和蒸蒸汽汽压压，p p为为吸吸附质压力附质压力)/10/10第76页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.1 吸附等温线类型吸附等温线类型()()在在2.52.5nmnm以下微孔以下微孔吸附剂上吸附等温线吸附剂上吸附等温线属于这种类型。比如属于这种类型。比如78K78K时时N N2 2在活性炭上吸在活性炭上吸附及水和苯蒸汽在分附及水和苯蒸汽在分子筛上吸附。子筛上吸附。/10/10第77页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.1 吸附等温线类型吸附等温线类型()吸附剂孔径大小吸附剂孔径大小不一，发生多分子层不一，发生多分子层吸附。在比压靠近吸附。在比压靠近1 1时，时，发生毛细管和孔凝现发生毛细管和孔凝现象。象。常称为常称为S型等温线。型等温线。/10/10第78页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.1 吸附等温线类型吸附等温线类型()()当吸附剂和吸附当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会质相互作用很弱时会出现这种等温线，如出现这种等温线，如352352K K时，时，BrBr2 2在硅胶在硅胶上上吸附吸附。这种类型较少这种类型较少见。见。/10/10第79页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.1 吸附等温线类型吸附等温线类型()()多孔吸附剂发生多分多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。比如在细凝聚现象。比如在323323K K时，苯在氧化铁凝胶上吸时，苯在氧化铁凝胶上吸从属于这种类型。从属于这种类型。/10/10第80页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.1 吸附等温线类型吸附等温线类型()()发生多分子层吸发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。附，有毛细凝聚现象。比如比如373373K K时，水汽在时，水汽在活性炭上吸从属于这活性炭上吸从属于这种类型。种类型。/10/10第81页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.2 吸附等压线吸附等压线/10/10第82页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.4.2 吸附等量线吸附等量线/10/10第83页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式 Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之间定量关系。他在推导该公式过程引入了汽压力之间定量关系。他在推导该公式过程引入了几个几个主要假设：主要假设：(1)吸附是单分子层；吸附是单分子层；(4)吸附平衡是动态平衡。吸附平衡是动态平衡。(2)固体表面是均匀；固体表面是均匀；(3)被吸附分子之间无相互作用；被吸附分子之间无相互作用；/10/10第84页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式设：表面覆盖率设：表面覆盖率 =已被吸附质覆盖固体表面积已被吸附质覆盖固体表面积/固体总表面积固体总表面积则空白表面率为则空白表面率为(1-)v(吸附吸附)=k1p(1-)v(脱附脱附)=k-1到达平衡时到达平衡时，吸附与脱附速率相等。，吸附与脱附速率相等。v(吸附吸附)=k1p(1-)v(脱附脱附)=k-1=/10/10第85页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回k1p(1-)=k-1 设设a=k1/k-1得得 这这公公式式称称为为 Langmuir吸吸附附等等温温式式，式式中中a 称称为为吸吸附附系系数数，它它大大小小代代表表了了固固体体表表面面吸吸附附气气体体能能力力强强弱程度。弱程度。8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式/10/10第86页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式以以对对p 作图得：作图得：ap ap apapn n ap ap ap ap /10/10第87页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式1.当当p很小很小，或吸附很弱时，或吸附很弱时，ap1，=1，与与 p无关，无关，吸附已吸附已铺满单分子层铺满单分子层。3.当压力适中，当压力适中，pn，n介于介于0与与1之间。之间。ap ap apapn n ap ap ap ap /10/10第88页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式 这是这是LangmuirLangmuir吸附公式又一表示形式吸附公式又一表示形式。用试验数据，。用试验数据，以以P/VP作图得一直线作图得一直线。重排后可得：重排后可得：将将=V/Vm代入代入Langmuir吸附公式吸附公式从斜率和截距求出吸附系数从斜率和截距求出吸附系数a和和铺满单分子层气体体积铺满单分子层气体体积Vm。/10/10第89页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式m m为吸附剂质量为吸附剂质量 V Vm m是一个主要参数。有了是一个主要参数。有了VmVm从吸附质分子截面积从吸附质分子截面积A Am m，可计算吸附剂总表面积可计算吸附剂总表面积 S S 和比表面和比表面 A A。/10/10第90页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式对于一个吸附质分子吸附时解离成两个粒子吸附对于一个吸附质分子吸附时解离成两个粒子吸附到达吸附平衡时：到达吸附平衡时：则则Langmuir吸附等温式能够表示为：吸附等温式能够表示为：/10/10第91页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式当当A和和B两种粒子都被吸附时，两种粒子都被吸附时，A和和B分子吸附与解吸分子吸附与解吸速率分别为：速率分别为：达吸附平衡时，达吸附平衡时，ra=rd/10/10第92页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式两式联立解得两式联立解得A A，B分别为：分别为：对对i种气体混合吸附种气体混合吸附Lngmuir吸附公式为：吸附公式为：/10/10第93页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.5 Langmuir单单分子层吸附等温式分子层吸附等温式1.假设吸附是单分子层，与事实不符。假设吸附是单分子层，与事实不符。2.假设表面是均匀，其实大部分表面是不均匀。假设表面是均匀，其实大部分表面是不均匀。3.在覆盖度在覆盖度 较大时，较大时，Langmuir吸附等温式不适用。吸附等温式不适用。Langmuir吸附等温式吸附等温式缺点缺点：/10/10第94页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回8.6 Freundlich吸附等温式吸附等温式FreundlichFreundlich吸附等温式有两种表示形式：吸附等温式有两种表示形式：q