教學(xué)指導(dǎo)(表面物理化學(xué)).doc

表面物理化學(xué)1 基本要求 1.1 掌握表面吉布斯能與表面張力的基本概念和有關(guān)計(jì)算，了解影響表面吉布斯能的主要因素。1.2 熟悉彎曲液面的性質(zhì)，掌握拉普拉斯公式和開(kāi)爾文公式，能用公式做簡(jiǎn)單的計(jì)算并解釋由于液面彎曲所引起的表面現(xiàn)象。1.3 了解液-液界面性質(zhì)，掌握判斷液體鋪展的標(biāo)準(zhǔn)。1.4 了解固體表面潤(rùn)濕的幾種類型，掌握判斷固體表面潤(rùn)濕的標(biāo)準(zhǔn)。1.5 了解溶液表面性質(zhì)，掌握吉布斯溶液表面吸附公式。1.6 了解不溶性表面膜的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)及一般性質(zhì)。1.7 了解表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征、主要特性及應(yīng)用。1.8 了解幾種典型的固體表面吸附等溫線，掌握固體表面吸附的基本理論、常用公式及應(yīng)用。2 重點(diǎn)難點(diǎn) 2.1 重點(diǎn) 主導(dǎo)本章的最重要概念是：物質(zhì)的比表面，表面吉布斯能和表面張力。具有較大比表面的物質(zhì)，由于表面吉布斯能的存在，表現(xiàn)出一些特殊的性質(zhì)。液體表面、溶液表面、液液界面、固體表面和固液界面所表現(xiàn)出的表面性質(zhì)（或界面性質(zhì)）都是非常重要的。2.2 難點(diǎn)表面吉布斯能和表面張力的概念，運(yùn)用表面吉布斯能和表面張力的概念分析表面現(xiàn)象。彎曲液面的附加壓力及蒸氣壓的改變，并由此產(chǎn)生的亞穩(wěn)定狀態(tài)及其它表面現(xiàn)象。吉布斯溶液表面吸附理論的建立及溶液表面吸附的概念。3 講授學(xué)時(shí) 建議68學(xué)時(shí)內(nèi)容提要4.1 第一節(jié) 表面積與表面吉布斯能4.1.1 表面積： 物質(zhì)的比表面 4.1.2 表面吉布斯能和表面張力在等溫、等壓和組成不變的情況下，每增加單位表面積時(shí)體系吉布斯能的增量稱表面吉布斯能。表面吉布斯能定義：。表面張力是一種表面收縮力，它的方向和表面相切，垂直作用在表面上的任意一條線段，和表面吉布斯能有相同的數(shù)值和量綱。4.1.3 表面的熱力學(xué)關(guān)系式：的廣義熱力學(xué)定義：表面吉布斯-亥姆霍茲公式：，4.1.4 影響表面吉布斯能的因素：表面吉布斯能和物質(zhì)性質(zhì)、組成、形成界面的另一相的性質(zhì)以及溫度、壓力有關(guān)。分子間相互作用力大的物質(zhì)表面吉布斯能也較大，溶液濃度對(duì)表面吉布斯能的影響和溶質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。4.2 第二節(jié) 彎曲表面的性質(zhì) 4.2.1 曲面的附加壓力：彎曲表面下的液體受到一個(gè)指向曲面圓心的附加壓力p：楊-拉普拉斯公式：毛細(xì)管現(xiàn)象是由曲面附加壓力引起的。毛細(xì)管液面高度：4.2.2 曲面的蒸氣壓：曲面附加壓力的存在使彎曲液面的蒸氣壓不同于正常液面的蒸氣壓：開(kāi)爾文公式：晶體溶解度和晶粒大小之間的關(guān)系：4.2.3 亞穩(wěn)狀態(tài)和新相的生成：用開(kāi)爾文公式解釋過(guò)飽和蒸氣、過(guò)熱液體、過(guò)冷液體、過(guò)飽和溶液等亞穩(wěn)定狀態(tài)。4.3 第三節(jié) 鋪展與潤(rùn)濕 4.3.1 液體的鋪展一種液體在另一種不互溶液體表面自動(dòng)展開(kāi)的過(guò)程稱為鋪展。液體A在液體B表面的鋪展條件：或鋪展系數(shù)4.3.2 固體表面的潤(rùn)濕 固體表面上的流體被另一種流體取代的過(guò)程稱作潤(rùn)濕，潤(rùn)濕分為沾濕、浸濕、鋪展三種類型。潤(rùn)濕能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是新生成的界面使體系的吉布斯能下降。液體表面和固液界面之間的夾角稱接觸角，楊氏公式給出了界面張力和接觸角之間的定量關(guān)系：ss,g -ss,l = sl,g cosq ，潤(rùn)濕的一般條件：q 90。4.4 第四節(jié) 溶液的表面吸附4.4.1 溶液的表面張力和濃度之間的關(guān)系4.4.2 溶液的表面吸附和吉布斯吸附等溫式4.4.3 表面活性物質(zhì)在溶液表面的定向排列溶液的濃度影響溶液的表面張力。溶液表面張力隨濃度變化的曲線稱表面張力等溫線，有三種基本類型的表面張力等溫線。能使溶液表面張力下降的物質(zhì)稱表面活性物質(zhì)。溶質(zhì)在表面的濃度與在體相中濃度不相等的現(xiàn)象稱為表面吸附。表面吸附量是單位面積表面層中溶質(zhì)的量與具有相同體積溶劑的體相中所含有的溶質(zhì)的量之差。表面吸附量可由吉布斯吸附等溫式定量計(jì)算。吉布斯溶液表面吸附等溫式：或在稀溶液中4.5 第五節(jié) 不溶性表面膜4.5.1 不溶性表面膜及其性質(zhì)一些極性不溶性物質(zhì)可在水面上形成單分子層表面膜，并產(chǎn)生表面壓。表面壓可由膜天平測(cè)定。不溶性表面膜的表面壓=0 。4.5.2 不溶性表面膜的應(yīng)用：不溶性表面膜可用于分子結(jié)構(gòu)的推定、大分子摩爾質(zhì)量的測(cè)定、抑制水分的蒸發(fā)以及進(jìn)行膜上的化學(xué)反應(yīng)等。4.5.3 其它表面膜 如高分子膜、LB膜、雙分子膜等。4.6 第六節(jié) 表面活性劑4.6.1 表面活性劑的分類表面活性劑是能使界面張力顯著降低的一類物質(zhì)。臨界膠團(tuán)濃度和親水親油平衡值是反映表面活性劑性質(zhì)的重要參數(shù)。表面活性劑具有潤(rùn)濕、乳化、發(fā)泡、增溶及去污等獨(dú)特作用，這使表面活性劑具有極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值。4.6.2 表面活性劑的親水親油平衡值親水親油平衡值(HLB)可以用來(lái)衡量表面活性劑分子親水性和親油性相對(duì)強(qiáng)弱。4.6.3 膠束濃度較高時(shí)，表面活性劑在溶液中形成膠束。形成膠束的最低濃度稱臨界膠束濃度（CMC），此時(shí)溶液的很多性質(zhì)如表面張力、電導(dǎo)率、滲透壓等發(fā)生突變。4.6.4 表面活性劑的幾種重要作用表面活性劑具有潤(rùn)濕、乳化、發(fā)泡、增溶及去污等獨(dú)特作用。4.7 第七節(jié) 氣體在固體表面上的吸附4.7.1 物理吸附和化學(xué)吸附氣體在固體表面上的吸附根據(jù)吸附機(jī)理的不同可以分為化學(xué)吸附和物理吸附。物理吸附的作用力是范德華力，吸附無(wú)選擇性且不穩(wěn)定，吸附既可以是單分子層又可以是多分子層，吸附速度較快，低溫即可完成?；瘜W(xué)吸附的作用力接近于化學(xué)鍵力，吸附熱接近于化學(xué)反應(yīng)熱，有選擇性，吸附很穩(wěn)定，是單分子層吸附，隨著溫度升高吸附速度加快。4.7.2 吸附等溫線固體對(duì)氣體的吸附曲線包括吸附等溫線、吸附等壓線和吸附等量線。最常用的是吸附等溫線，它是一定溫度下，吸附量與氣體壓力的關(guān)系曲線。4.7.3 弗侖因德立希吸附等溫式弗倫德利希公式是經(jīng)驗(yàn)式，適用于單分子層吸附。4.7.4 單分子層吸附理論蘭格繆爾吸附等溫式根據(jù)單分子層吸附模型導(dǎo)出的理論公式：或。4.7.5 多分子層吸附理論BET公式BET公式是根據(jù)多分子層吸附模型推導(dǎo)而得：。BET法是測(cè)定、計(jì)算固體的比表面的重要方法。