表面及胶体化学
表面与胶体习题答案

第十三章 界面现象§13.1 表面张力及表面吉布斯自由能一、表面张力 在两相(特别是气-液)界面上,处处存在着一种张力,它垂直与表面的边界,指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力,用γ 表示,单位是N ·m -1。
二、表面功与表面自由能温度、压力和组成恒定时,可逆使表面积增加dA 所需要对体系作的功,称为表面功。
用公式表示为:s W dA γ∂=,式中γ为比例系数,它在数值上等于当T ,p 及组成恒定的条件下,增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。
B B B B ,,,,,,,,()()()()S V n S P n T V n T P n U H A G A A A Aγ∂∂∂∂====∂∂∂∂ ( 广义的表面自由能) 表面自由能考虑了表面功,热力学基本公式中应相应增加s dA γ一项,即由此可得:B BBB BBB BB B BBd d d d d d d d dA d d d d d d d s s s s U T S P V A dn H T S V P A dn S T P V A dn G S T V P A dn γμγμγμγμ=-++=+++=--++=-+++∑∑∑∑狭义的表面自由能定义:B ,,()p T n G Aγ∂=∂,表面吉布斯(Gibbs )自由能,单位:J ·m -2。
三、界面张力与温度的关系,,,,S B B A V n s T V n S A T γ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭,,,,S B BA P n s T P n S A T γ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 四、溶液的表面张力与浓度的关系对于纯液体,当温度、压力一定时,其表面张力一定。
但对于溶液,由于溶质的加入形成了溶液,表面张力发生变化。
这种变化大致有三种情况:A.表面张力随溶质浓度增大而升高如:NaCl 、KOH 、NH 4Cl 、KNO 3等无机盐类;B.表面张力随浓度增大而降低,通常开始降低较快而后减慢,如醇类、酸类、醛类、酮类等极性有机物;C.一开始表面张力急剧下降,到一定浓度后几乎不再变化,如含8个碳以上的有机酸盐、有机胺盐、磺酸盐等。
表面与胶体化学—胶体的基本性质(三)

离子晶体总是选择性地吸附与其晶格 相同或相似的离子,并形成难溶盐。
例如:当Na2SO4与过量的BaCl2在溶 液中形成BaSO4沉淀时,由于BaCl2过量, 生成的BaSO4沉淀物总是优先吸附溶液 中的Ba2+使表面带正电荷,Cl-以扩散状 分布于粒子附近。
实用文档
12
胶体粒子
可滑动面 扩散层
{ [AgI]m n I- . (n-x) K+ }x-
胶核
2.静电物理吸附
紧密层
x K+
带电固体表面对溶液中带 电符号相反离子有库仑引力 作用而使其浓集于表面周围 的扩散层中,并最终使表面 电荷中和。异电离子价数越 高,其吸附能力越强,这是 由静电引力决定的。
实用文档
9
不同电解质对溶胶的聚沉值/mmol·L-1
As2S3 (负溶胶)
LiCl
58
NaCl
51
KCl
49.5
ห้องสมุดไป่ตู้
KNO3 CaCl2
50 0.65
MgCl2 MgSO4
0.72 0.81
AgI (负溶胶)
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 Ca(NO3)2
165 140 136 126 2.40
-
I
-
I
-
I
-
II
-
I
-
I
+
K
-
-
+
+ I
-
-I
-
I
I
K+
+
K
K+ K I- I - I -
5-胶体与表面化学典型例题

一、 选择题1、弯曲表面上附加压力的计算公式中2p Rσ=,R 的取号为 ( A ) (A )液面为凸面时为正,凹面为负 (B )液面为凸面时为负,凹面为正(C )总为正 (D )总为负提示:凸面的附加压力方向与外压相同,附加压力与外压相加等于总压力。
而凹面的情况相反。
2、下列说法中不正确的是 ( B )(A )生成的新鲜液面都有表面张力(B )弯曲液面上的张力指向曲面的中心(C )平面液体上没有附加压力(D )弯曲液面上的附加压力指向曲面的中心提示:液面上的表面张力总是垂直于边界与表面相切,指向液体的方向。
3、 液体在毛细管中上升的高度与下列哪一个因素无关? ( D )(A )温度 (B )液体密度 (C )重力加速度 (D )大气压力提示:2p gh Rσρ==,与液体的性质和毛细管的半径r=Rcos θ,与大气压力无关。
4、在一定的温度和压力下,有两个半径相同的肥皂泡,泡(1)在肥皂水中,泡内的压力为1p ,泡(2)漂浮在空气中,泡内的压力为2p ,再者压力的关系为 ( C )(A )12p p > (B )12p p = (C )12p p < (D )无法比较提示:空中的肥皂泡有两个气-液界面,一个凸液面,一个凹液面,附加压力都指向球心,而肥皂水中的气泡只有一个凹球液面。
5、 在等温、等压下,将某液体可逆地增加一定的表面积,以下正确的是 ( D )(A )0,0,0G H S >=> (B )0,0,0G H S <=>(C )0,0,0G H S <<< (D )0,0,0G H S >>>提示:增加表面积是非自发过程,需对液体做表面功,表面积增大熵增加,要保持温度不变,需吸收一定的热量。
6、 将一洁净毛细管插入水中,在毛细管内水面上升了15cm 。
若将毛细管向下移动,只留5cm 高出水面,则水在毛细管上端管口的行为是 ( C )(A )水从毛细管上端溢出 (B )上端水面呈凸形弯月面(C )上端水面呈凹形弯月面 (D )上端水面呈水平面提示:水在毛细管中的水面的形状决定于接触角。
胶体与表面化学2-2

已知t1、t2时刻粒 子位置x1、x2,可求r
3、超离心机中粒子沉降
以1mol为基准,M(摩尔质量); V(摩尔体积) 即:F1=F2 NA ×F1 : NA×F1=NA×F2
4 3 N A r ( 0 ) 2 x V ( 0 ) 2 x 3
M 1 2 = ( r - r 0 )w x = M (1 - r 0 )w2 x r r
2、布朗运动示意图
3、布朗运动的研究
1903年发明了超显微镜,为研究布朗运动提供了物质 条件。用超显微镜可以观察溶胶粒子作不规则运动,从而
能够测出在一定时间内粒子的05年和1906年爱因斯坦(Einstein)和斯莫鲁霍夫 斯基(Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的本质:
3、 Einstein第一扩散公式
Einstein第一扩散公式
RT 1 D= NA 6 r
介质粘度(η );半径(r) D
已知
扩散系数(D);粘度(η ) 体系:T 由上式: 胶粒:r 介质:η
求
r 扩散快 扩散能力强、快 扩散速度快
4、公式的相关研究
测定扩散系数D的方法 孔片法 自由交界法 光子相关谱法(快、准)
NA ×F2 :
由Einstein 第一扩散公式:
dx N A F2 N A 6 r dt RT 1 D N A 6 r
RT dx N A F2 D dt
3、超离心机中粒子沉降
即:
RT dx M (1 V 0 ) x D dt
2
积分:
M (1 V 0 )
2
t2
t1
RT dt D
x2
x1
第八章表面化学及胶体化学课后习题答案

第八章 表面化学与胶体化学习 题1.在293 K 时,把半径为1×10-3m 的水滴分散成半径为1×10-6m 的小水滴,比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?环境至少需做功多少?已知293 K 时-1O H m mN 75.722⋅=σ。
(答案:9.15×10-4J )解: 一滴大水滴可分散成N 个小水滴:323132313434r r r r N ==ππ小水滴的面积为: 2312244r r r N ππ=⨯,大水滴的面积为: 4π21r面积增加倍数为:9991444212121231=-=-r r r r r r πππ J 10133.9)101101101(41075.72)44(4669321231s s -----⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=∆⋅=∆πππσσr r r A G2.在298 K 时,1,2—二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液的浓度为5.9×10-3mol·L -1,计算直径为1×10-8m 的NB 微球在水中的溶解度。
已知298 K 时NB /水的表面张力为25.7 mN·m -1,NB 的密度为1 566 kg·m -3。
(答案:2.625×10-3 mol ·dm -3)解:根据开尔文公式 :rRT M c c 12ln0⋅=ρσ,将数值代入,得: -1338330L mol 10625.2109.54449.04449.0105.0115.298314.8156610168107.252ln ⋅⨯=⨯⨯=∴=⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----c c c3.373 K 时,水的表面张力为58.9 mN·m -1,密度为958.4 kg·m -3,在373 K 时直径为 1×10-7m 的气泡内的水蒸气压为多少?在101.325 kPa 外压下,能否从373 K 的水中蒸发出直径为1×10-7m 的气泡? (答案:99.89kPa )解:气泡为凹面,且r = 0.5×10-7mkPa89.999858.0325.101)01427.0exp(01427.0105.01373314.84.9581018109.58212ln 0r 7330r =⨯=-⋅=∴-=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=---p p r RT M p p ρσ 因p r < p 外,故不能蒸发出直径为1×10-7m 的气泡。
胶体与表面化学 试卷A 答案

一、选择题(每小题2分,共20分)二、填空题 (每小题2分,共20分) 1. 离子吸附、固体物质的电离、晶格的取代 2. 布朗运动、胶粒的扩散、沉降平衡 3. O/W 、W/O4. 电泳、电渗、流动电势、沉降电势5. 颗粒与颗粒之间的空隙体积(V 隙)、颗粒内部的微孔体积(V 孔)、多孔物本身骨架的体积(V 骨)6. 47. 染色法、稀释法、导电法 8. 最可几孔径三、判断题(每小题1分,共8分) 1. ✗ 2. ✗ 3. ✓ 4. ✗ 5. ✗ 6. ✓ 7. ✗ 8. ✓四、计算题(1小题8分,2、3每小题6分共20分)1. bc abc T+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂1σ (2分) bccRT ab bc ab RT c c RT c T +⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-=Γ11σ (2分)2633331311101.8100.062.191100.015.293314.862.190298.01----------⋅⨯=⋅⨯⋅+⋅⋅⨯⋅⋅⋅⨯⋅=+⋅=Γm m ol dm m ol dm m ol dm m ol m ol K J dm m ol m N bcc RT ab (4分)2.设混合乳化剂中Span60的质量百分浓度为x ,则Tween60的质量百分浓度应为1-x15.0 × 70% + 4.3 × 30% = 4.7 × x + 14.9 × (1-x ) (3分)解得x = 30.5% (3分) 即:应以30.5%的Span60与69.5%的Tween60混合为佳。
3.解: 比表面积:g m m S N V S A m 218232002.21656.12240010448.01002.6282240010=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=-- (3分)平均孔半径:nm S V r 625.4102.2165.0210233=⨯⨯=⨯=-(3分)注:公式对得2分;计算结果1分五、简答题(1小题4分、2、3每小题6分,4 、5小题8分共32分) 1.体系1是牛顿体,其流变曲线是直线,且通过原点。
表面化学与胶体例题

和
若r2<r1,则c2 > c1, 即:物质颗粒越小,其溶解度越大; 物质颗粒越小,其溶解度越大; 因为固体颗粒的r> , 因为固体颗粒的 >0,所以微小物质的溶解度 (c r)大于正常条件下物质的溶解度 0) 大于正常条件下物质的溶解度(c 大于正常条件下物质的溶解度
参天大树是依靠树皮中的无数个毛细管将土壤中的 参天大树是依靠树皮中的无数个毛细管将土壤中的 水分和营养源源不断地输送到树冠( 水分和营养源源不断地输送到树冠(也有渗透压的 作用,树中有盐分,地下水会因渗透压进入树内, 作用,树中有盐分,地下水会因渗透压进入树内, 通过毛细管上升)。 通过毛细管上升)。 锄地保墒:地下水能通过土壤中的毛细管源源不断 锄地保墒: 地供给植物根须吸收。但大雨过后,土壤被压实了, 地供给植物根须吸收。但大雨过后,土壤被压实了, 使毛细管与地表相通,地下水分会被蒸发掉, 使毛细管与地表相通,地下水分会被蒸发掉,不久植 物会因缺水而枯萎。锄松地表的土壤, 物会因缺水而枯萎。锄松地表的土壤,切断地表毛细 管,保护地下水不被蒸发。 保护地下水不被蒸发。
在下列气体以活性炭作吸附剂时: 在下列气体以活性炭作吸附剂时: 乙烷;氮气;氯气;氧气。 乙烷;氮气;氯气;氧气。 若其中氯气最易被吸附, 若其中氯气最易被吸附,氮气最不易被吸 附,则说明 的沸点最高。 的沸点最高。 易挥发的气体最不易被吸附。 易挥发的气体最不易被吸附。 易液化的易被吸附。 易液化的易被吸附。 防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气, 防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气,是 因为一般毒气都易液化,而氧气难以液化。 因为一般毒气都易液化,而氧气难以液化。 的沸点最低, 的沸点最低,
胶体与表面化学-第三章 凝胶

第二节 凝胶的形成
(4)化学反应
凝胶 形 的方 法
第三节 凝胶的结构
球形质点相互联 结,由质点联成 的链排成三度空 间的网架,如 Ti02、SiO2等凝 胶。
棒状或片状质点 搭成网架,如 V2O5凝胶、白土 凝胶等。
线性大分子构成 的凝胶,在骨架 中一部分分子链 有序排列,构成 微晶区,如明胶 凝胶、棍花纤维 等
第五节 胶凝的性质
扩 散 作 用
水凝胶中的水是连续相 (构成凝胶骨架的分散 相也是连续相)。从这 个角度看:凝胶和液体 一样,可以作为在其中 进行各种物理过程和化 学反应的介质。
第五节 胶凝的性质
物质在凝胶中的扩散与凝胶浓度、结构以 及扩散物质的本性有关。 在低浓度凝胶中,低分子物质的扩散速度 与在纯液体中的扩散速度几乎没有差别; 而凝胶的浓度越高,物质的扩散速度越慢 (1)因为凝胶有骨架,物质在其中的扩散 途径变得弯曲,从而延长了扩散时间。 (2)凝胶浓度增加后,结构中的空隙变小 ,特别是在水化层中的运动更受阻碍,使 扩散速度减慢
第五节 胶凝的性质
离 浆 作 用
弹性溶胶的离浆是“可逆的”,是膨胀作用 的逆过程。 多数凝胶的离浆作用是不完全可逆的。如明 胶、洋菜等。 原因是因为这类物质的化学性质往往不均匀 ,经常是分子量不同的混合物,且容易发生某 些副反应
第五节 胶凝的性质
离 浆 作 用
非弹性溶胶离浆是不可逆的。 一般按溶胶-凝胶-浓缩凝胶-致密沉淀这一过程 进行, 不可逆的原因:凝胶中粒子间进一步强相互作 用(包括羟基间的脱水)
第三节 凝胶的结构
(1)靠质点间的分子吸引力形成结构
不同 凝胶 间的 结构 区别
这类结构不稳定,往往具有触变性,在外 力作用下结构遭到破坏,静置后又可复原, 当凝胶结构遭到破坏时发生无限膨胀。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
表面及胶体化学
1.水的表面张力与温度的关系为:γ / 10 -3 N·m-1 = 75.64 - 0.14(t / ℃)今将10 kg 纯水
在303 K及101325 Pa条件下定温定压可逆分散成半径r = 10-8 m的球形雾滴,计算:
(1)环境所消耗的非体积功;
(2)小雾滴的饱和蒸气压;
(3)该雾滴所受的附加压力。
(已知303 K,101325 Pa 时,水的体积质量为995 kg·m-3 ,不考虑分散度对水的表
面张力的影响。)
2.25 ℃时,水的表面张力为γ = 71.97×10 -3 N·m -1 ,113KmN10150.TA,p,
试计算在25℃,101 325 Pa下可逆地增大2 cm 2 表面时的表面功W
r
’ 及△G,△H,△S
和Qr。
3. NaNO3, Mg(NO3)2, Al(NO3)3 对AgI水溶胶的聚沉值分别为140mol·5dm-3,2.60
mol · dm-3,0.067mol·dm-3,试判断该溶胶是正溶胶还是负溶胶?
4. 在三支各盛有2×10-2mol·dm-3Fe(OH) 3溶胶的试管中,分别加入4.2×10-2dm3的
0.50mol·dm-3NaCl溶液;12.5×10-2dm3的0.005mol·dm-3Na2SO4溶液;7.5×10-2dm3的
0.0003mol·dm-3Na3PO4溶液。溶胶开始发生聚结,试计算各电解质的聚沉值,比较它们的
聚沉能力。制备上述Fe(OH)3溶胶时,是用稍过量的FeCl3与H2O作用制成的,写出其胶
团的结构式。
表面及胶体化学答案
1. 解:(1) 在303 K时,水的表面张力为
γ = (75.64 - 0.14×303)×10 -3N·m-1 = 7.144×10 -2N·m-1
定温定压下可逆分散成半径r = 10-8 m的球形雾滴时:
小雾滴比表面:rrrVAA/3)3/4/(4/320小小188m103m10/3
总表面积: 26280m10015.3m)995/10103(总VAA
环境所消耗的非体积功:
212,r)()(AAAAGWpT
表
J10154.2J)10015.310144.7(562
(2)小雾滴的饱和蒸气压:
1026.010995303314.8101810144.722ln832r
rRT
M
p
p
1026.0repp
(3)该雾滴所受的附加压力:
kPa1043.11010144.722482srp
2. 解:表面功: AGWpT,r)(表
J1044.1J)1021097.71(543
∵
113,,KmN1015.0
AppTTA
S
∴
2113,mKmN1015.0d21AATSApAA
1824113KJ100.3m102KmN1015.0
又∵
2
,,mJ027.0AppT
TTA
H
∴
242,m102mJ027.0d21
ATTH
A
A
Ap
J104.54
J1094.8KJ100.3K15.298618rSTQ
3. 答:负溶胶。
4. 解:NaCl:0.088mol·dm-3;Na2SO4:0.0019mol·dm-3;Na2PO4: 0.00008mol·dm-3。
聚沉能力的顺序为Na2PO4 > Na2SO4 > NaCl
FeCl3胶团结构式为:{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·Cl
-