9章_表面物理化学

1.附加压力产生的原因是（ C （A）由于存在表面
）。
（B）由于在表面上存在表面张力σ （C）由于表面张力σ 的存在，在弯曲表面两边压力 不同 （D）难于确定 2.今有一球形肥皂泡，半径为r，肥皂水溶液的表 面张力为σ，则肥皂泡内附加压力是（ C ）。
2σ σ （A）∆p = （B） ∆p = r 2r 4σ （C） ∆p = r
(1) Wi = σ ( s / l ) − σ ( s / g ) = −σ (l / g ) cos θ = 0 (2)Wa = −σ (l / g )(1 + cos θ ) = −0.072 N ⋅ m −1 (3) S = σ (l / g )(cos θ − 1) = −0.072 N ⋅ m
例题： ℃ 时乙醇水溶液的表面张力γ随乙醇 例题 ： 25℃时乙醇水溶液的表面张力 随乙醇 浓度c的变化关系为： 浓度 的变化关系为：σ/10-3N·m-1=72－0.5(c/c ) 的变化关系为 － ＋ 0.2 (c2/c ) ， 试 分 别 计 算 乙 醇 浓 度 为 0.1mol·dm-3 和 0.5mol·dm-3 时 ， 乙醇的 表面吸附 乙醇的表面吸附 量(c =1.0 mol·dm -3)。 。
−1
1.某水溶液发生负吸附后，在干净的毛吸管中的上升 高度比纯水在该毛吸管中上升的高度低。（ × ） 2.溶液表面张力总是随溶液浓度的增大而减小。（ × ） 某物质B在溶液表面的吸附达到平衡时，则B物 质在表面的化学势µB(表)与溶液内部B物质的化学势 µB (内)的关系是（ C ）。 （A）µB(表)>µB(内) （C）µB(表)=µB(内) （B）µB(表)<µB(内) （D）不能确定
V1 = NV2
4 3 4 3 πr1 = N πr2 3 3
r1 N = = 109 r 2
3
A2 4 π r22 −6 = = 10 2 A1 4 π r1
∆A = NA2 − A1 = 109 ×10 −6 A1 − A1 = 999 A1
Wr' = σ∆A = 0.07288 × 999 × 4πr12 = 9.149 × 10 −4 J
1.液体的表面张力总是力图缩小液体的表面积。（ ） 1. 答： √ 2.液体表面张力的方向总是与液面垂直。（ 2. 答： × 3.分子间力越大的液体，其表面张力越大。（ 3. 答： √ ） ）
例题
20℃时水的表面张力σ =0.07288N·m-1，若在此温 度及101.325kPa时，将半径r1=1mm的水滴分散成半径 为r2=1µm的微小液滴时，问表面积增加了多少倍？表 面自由能增加了多少？环境至少需做功多少？。 [题解]：因为T、p恒定，所以σ为常数，环境所做的 最小功为可逆过程表面功Wr’，设A1、A2分别为水滴 分散前后的总面积，N为分散后的水的滴数，则：
=18.6 × 10 -9 mol·m -2 将c = 0.5 mol·dm -3代入
Γ 2=60.5 × 10 -9 mol·m -2
物理吸附和化学吸附
物理吸附在一定条件下可以转变为化学吸附，物 理吸附和化学吸附可以相伴发生。 物理吸附与化学吸附的区别 物理吸附 化学吸附 吸附力 分子间力 化学键力 吸附分子层 多分子层或 单分子层 单分子层 吸附温度 低 高 吸附热 小 大 吸附速率 快 慢 吸附选择性 无 有
Pr=1.108×4242.9=4701.6Pa
2σ 2 × 71.44 × 10 −3 （3 ） ∆ p = = = 1.43 × 10 7 Pa r 10 −8
例题： 已知水/萘的接触角为90 萘的接触角为 例题： 已知水 萘的接触角为 o，水的表面张 力为72mN·m-1。试求： 试求： 力为 萘在水中的浸湿功。 （1）每cm2萘在水中的浸湿功。 ） （2）水与萘的沾湿功； ）水与萘的沾湿功； （3）水在萘上的铺展系数。 ）水在萘上的铺展系数。
3.在水平放置的玻璃毛细管中注入少许水（水润湿 玻璃），在毛细管中水平水柱的两端呈凹液面，当在右 端水凹面处加热，毛细管中的水向何端移动？（ A） （A）向左移动 （B）向右移动 （C）不动 加热毛细管中液体 力与温度的关系为： （ 水的表面张力与温度的关系为：σ/（10-3N•m-1） =75.64-0.14（t/℃），今将 今将10Kg纯水在 纯水在303K及 （ ℃），今将 纯水在 及 100KPa条件下等温等压可逆分散成半径为 条件下等温等压可逆分散成半径为r=10-8m的 条件下等温等压可逆分散成半径为 的 球形小雾滴，计算： 球形小雾滴，计算： （1）环境所消耗的非体积功； ）环境所消耗的非体积功； 非体积功 （2）小雾滴的饱和蒸气压； ）小雾滴的饱和蒸气压； 蒸气压 （3）该雾滴所受的附加压力。 ）该雾滴所受的附加压力。 附加压力 （已知303K，100KPa时，水的密度为 已知 ， 时 水的密度为995Kg•m-3， 不考虑分散度对水的表面张力的影响， 不考虑分散度对水的表面张力的影响，303K时水的 时水的 p*=4242.9Pa） ）
∆G = Wr' = 9.149 ×10 −4 J
自由液滴或气泡通常为何都呈球形 ？ 1.假若液滴具有不规则的形状，则在表面上 的不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的 附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力， 必将迫使液滴呈现球形。 2.相同体积的物质，球形的表面积最小，则 表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状就最 稳定。
c ∂σ Γ =− B RT ∂cB T
由吉布斯溶液等温吸附理论，表面吸附量为：
c ∂σ Γ =− B ∂c RT B T
dσ = [－0.5 +0.4 ( c / c ) ]×10 -3 － × dc B
ΓB = −
0.1
× (−0.5 + 0.4× 0.1) ×10−3 8.314 × 298
亚铁氰化铜溶胶的稳定剂是亚铁氰化钾，该胶团的结构式是什么？胶粒所带电荷的符 号如何？
解： 胶团结构：
胶粒带负电。
{(Cu [(CN ) Fe])
2 6
⋅ n[(CN )6 Fe] ⋅ 4(n − x )K m
4−
， + 4 x−
}
⋅ 4 xK +
（ 1）σ =[75.64-0.14×（ 303-273） ]×10-3 =71.44×10-3 N•m-1 ） （ ） δWr=σ dA σ
10 × 3 Wr=σ ∆A=σ n4πr =71.44×10 × × 4πr 2 σ σ 995 × πr 3 × 4
2 -3
=2.154×105 J
Pr* 2σM B 2 × 71.44 ×10 −3 ×18 = = 0.1026 （ 2） ln * = ） 3 −8 P RTρ B r 8.314 × 303 × 995 ×10 ×10