材料表界面期末复习.pdf

..一、绪论1、表界面的定义及其种类。定义；表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。假设其中一相为气体，这种界面通常称为外表。种类:表界面通常有五类：气-液界面〔外表〕，气-固界面〔外表〕，液-液界面，液-固界面，固-固界面。二、液体外表1、外表力定义及外表自由能定义答：外表力是单位长度上的作用力，单位是N/m。F外表力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功，单位为σ(2J/m21)，是功的单位或能2L的单位。所以σ也可以理解为外表自由能，简称外表能。表界面力的热力学定义为：由于经常在恒温、恒压下研究外表性能，故常用下式表示：由能量守恒定律，外界所消耗的功存储于外表，成为外表分子所具有的一种额外的势能，也称为外表能。广义外表自由能的定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位外表积时，相应热力学函数的增值。狭义的外表自由能定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位外表积时，Gibbs自由能的增加值称为外表Gibbs自由能，或简称外表自由能或外表能，用符号σ表示，单位为J·m-2。〔1J·m-2=1N·m·m-2=1N·m-1〕σ的物理意义——〔1〕外表自由能〔2〕外表力由于分子在体相部与界面上所处的环境是不同的，产生了净吸力。而净吸力会在界面各处产生一种力。把作用于单位边界限上的这种力称为外表力，用σ表示.2、计算：A、例：20℃时汞的外表力为4.85×10-1Jm-2，求在此温度及101.325kPa的压力下，将半径1mm的汞滴分散成半径10-5mm的微小汞滴，至少需要消耗多少功.解：σ＝4.85×10-1Jm-2r1=1mm,r2=10－5mmB、试求25℃，质量m＝1g的水形成一个球形水滴时的外表能E1。假设将该水滴分散成直径2nm的微小水滴，其总外表能E2又是多少.〔25℃时水的比外表自由焓Gs为72×10-3J*m-2)解：设1g水滴的体积为V，半径为r1，外表积为A1，密度为ρ,那么：〔2〕假设分散成r2＝1nm的水滴N个3、Laplace方程表达式就是Laplace方程，是外表化学的根本定律之一。注释：〔1〕假设：r1＝r2＝r，那么曲面为球面，回到〔2－15〕式；〔2〕假设：r1＝r2＝无穷大，那么液面为平面，压差为0。4、外表力的几种测定方法。〔1〕毛细管法〔2)最大气泡压力法(3)滴重法(4)吊环法5、Kelvin公式及其计算25℃时，水的饱和蒸气压为3.168kPa，求该温度下比外表积为106m2*kg-1时球形水滴的蒸气压〔水在25℃时的外表力为71.97×10-3N*m-1).解：先求水滴半径：代入Kelvin公式：6、Gibbs吸附等温式〔溶液的外表力〕外表力随溶液组成的变化规律一般有三种比较典型的类型优选..Γ表示单位面积上吸附溶质的过剩量，其单位是摩尔/cm2。它表示溶质的外表浓度和本体浓度之差。如果为正，为正吸附，溶质的外表浓度大于本体浓度，即称为外表超量；假设为负，那么为负吸附，溶质的外表浓度小于本体浓度，叫做外表亏量。三、固体外表1、比外表积定义：•1g某种固体，其密度为2.2g/cm3，把它粉碎成边长为10－6cm的小立方体，求其总外表积。2、吸附等温线：吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示。3、Langmuir吸附等温式A、Langmuir吸附公式b为吸附系数，Vm代表外表上吸满单分子层气体的吸附量，V代表压力为P时的实际吸附量。〔1〕低压或吸附很弱时，bp"1,那么θ=bp,即θ与p成直线关系〔2〕高压或吸附很强时，bp"1,那么θ≈1，即θ与p无关，〔3〕当压力适中，θ用式〔3-10〕表示。B、用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir吸附等温式，在0℃时的饱和吸附量为93.8dm-3*kg-1。CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为82.5dm-3*kg-1。试计算CHCl3的分压为为6.67kPa时的平衡吸附量。解：由Langmuir吸附等温式：：Vm＝93.8×10-3m3kg-1V=82.5×10-3m3kg-1P=13.4kPa代入上式，求得b＝5.45×10-4m2N-1以p=6.67kPa,Vm和b如上，代入Langmuir式，求得V＝73.6×10-3m3kg-14、BET多分子层吸附理论定义〔1〕固体外表是均匀的，吸附作用是吸附和解吸的平衡〔2〕吸附是多分子层的。各相邻吸附层之间存在着动态平衡。〔3〕第一层吸附是固体外表与气体分子之间的相互作用，其吸附热为ｑ１。第二层以上的Vbp=吸附都是吸附质分子之间的相互作用，吸附热接近被吸附分子的凝聚热ｑＬ。V1+bpm5、Young方程和接触角定义Young方程接触角：在三相交界处自固-液界面经过液体部到气-液界面的夹角叫接触角，以θ表示。〔1〕θ=0，完全润湿，液体在固体外表铺展。〔