第10章界面现象ppt课件.ppt

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1、2新作业物理化学电子教案物理化学电子教案第十章第十章第十章第十章-教学目的要求教学目的要求1. 掌握比表面自由能，表面张力等基本概念。掌握比表面自由能，表面张力等基本概念。2. 掌握液体弯曲液面的特性及掌握液体弯曲液面的特性及Laplace方程方程、Kelvin方方程程等相关公式及其应用。等相关公式及其应用。3. 掌握溶液的表面吸附，掌握溶液的表面吸附， 理解表面过剩物质的概念；理解表面过剩物质的概念； 理解理解 Gibbs方程。方程。4. 了解表面活性物质的结构特点及其应用，了解了解表面活性物质的结构特点及其应用，了解HLB值。值。5.掌握气固界面的吸附作用、特性及掌握气固界面的吸附作用、特

2、性及Langmuir（兰格（兰格缪尔）单分子层吸附定温式缪尔）单分子层吸附定温式等相关吸附理论。等相关吸附理论。6.了解液体对固体表面的润湿作用。理解接触角和了解液体对固体表面的润湿作用。理解接触角和 Young（杨氏）方程。（杨氏）方程。第十章第十章-教学重点教学重点比表面吉布斯函数，表面张力等基本概念。比表面吉布斯函数，表面张力等基本概念。液体弯曲液面的特性及液体弯曲液面的特性及Laplace（拉普拉斯）（拉普拉斯）公式、公式、Kelvin（开尔文）方程等。（开尔文）方程等。气固界面的吸附作用、特性。气固界面的吸附作用、特性。Langmuir（兰（兰格缪尔）单分子层吸附定温式等相关吸附理论

3、，格缪尔）单分子层吸附定温式等相关吸附理论，物理吸附和化学吸附的意义和区别，物理吸附和化学吸附的意义和区别，接触角和接触角和 Young（杨氏）方程。（杨氏）方程。第十章第十章-教学难点教学难点液体弯曲液面的特性、表面过剩物质的量液体弯曲液面的特性、表面过剩物质的量的概念。的概念。 Langmuir（兰格缪尔）单分子层吸附定温（兰格缪尔）单分子层吸附定温式及相关吸附理论。式及相关吸附理论。接触角的概念和接触角的概念和 Young（杨氏）方程。（杨氏）方程。第十章第十章 界面现象界面现象表面化学表面化学-溅水鱼跃出水面在树叶上产卵溅水鱼跃出水面在树叶上产卵-表面张力表面张力溅水鱼的鱼苗从树溅水鱼

4、的鱼苗从树叶上培育出来叶上培育出来第十章第十章 界面现象界面现象 溅水鱼却用非常特殊的方法，保护自己的卵在产卵时，溅水鱼却用非常特殊的方法，保护自己的卵在产卵时，雌雄种鱼雌雄种鱼会跳出水面，而会跳出水面，而将卵产于将卵产于鱼类不能到达之鱼类不能到达之岸边的岩岸边的岩石或水草上石或水草上, ,将产出的卵粘贴其上将产出的卵粘贴其上。每次产卵数为每次产卵数为100100 300300粒，粒，约经约经3 3日就可孵化。在孵化期间，雄鱼就在附近看守，经常用日就可孵化。在孵化期间，雄鱼就在附近看守，经常用其其尾鳍向鱼卵泼水，以防止卵的干燥，因得尾鳍向鱼卵泼水，以防止卵的干燥，因得“溅水鱼溅水鱼”之名。之名

5、。 10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度水滴为什么是球水滴为什么是球形而不是方形形而不是方形?10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度自然界中物质的存在状态：自然界中物质的存在状态：气气液液 固固界面现象界面现象气气液界面液界面液液液界面液界面固固液界面液界面固固气界面气界面固固固界面固界面 体相体相 体相体相界面层界面层S S 若其中一相为气体，这种界面通常称为若其中一相为气体，这种界面通常称为表面表面。10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度 界面层分子与内部分子相比，它们所处的环境界面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。不同。 界面层具有一些独特的性质而表现出不同的界面层

6、具有一些独特的性质而表现出不同的表面现象。表面现象。以液体及蒸气的表面为例。以液体及蒸气的表面为例。10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度 液体内部分子液体内部分子所受四所受四周邻近相同分子的作用力周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力是对称的，各个方向的力彼此抵销，彼此抵销，液体内部的分液体内部的分子所受合力为零。故内部子所受合力为零。故内部分子可以无规则的运动而分子可以无规则的运动而不消耗功。不消耗功。 表面层分子表面层分子一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到另一相中物质分子的作用，受到体相分子的拉力一方面受到另一相中物质分子的作

7、用，受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因气相密度低），故大，受到气相分子的拉力小（因气相密度低），故表面分子表面分子受到一个指向液体内部的力。受到一个指向液体内部的力。10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度 这种作用力使液体表面的分子总是趋于向液体内部这种作用力使液体表面的分子总是趋于向液体内部移动，移动，力图缩小表面积。力图缩小表面积。而球形是相同体积的物体具有表而球形是相同体积的物体具有表面积最小的一种形式面积最小的一种形式。 所以自然界中气泡、小液滴都呈球形的原因。所以自然界中气泡、小液滴都呈球形的原因。例：汞滴自动缩成球形，脱脂棉易被水润湿，水在毛细管例：汞滴自动缩成球形

8、，脱脂棉易被水润湿，水在毛细管中自动上升，固体表面会自动吸附其它物质，微小液体易中自动上升，固体表面会自动吸附其它物质，微小液体易于蒸发，微小晶体易于溶解等于蒸发，微小晶体易于溶解等自然界中许多现象都与界面的特殊性质有关。自然界中许多现象都与界面的特殊性质有关。10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度 一般情况下一般情况下，界面的质量和性质与体相相比，可忽，界面的质量和性质与体相相比，可忽略不计。略不计。但物质被高度分散时但物质被高度分散时，界面作用很显著。不可，界面作用很显著。不可忽略，否则会导致错误结论。忽略，否则会导致错误结论。 分散度分散度：把物质分散成细小微粒的程度，称为分散度：把

9、物质分散成细小微粒的程度，称为分散度 例：水滴分散成微小水滴例：水滴分散成微小水滴分为分为1018个个 直径：直径：10nm表面积：表面积：314.16 m2 直径：直径：1cm表面积：表面积：3.1416 cm2表面积是原来的表面积是原来的10106 6倍倍 一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度 物质的分散度可用物质的分散度可用比表面积比表面积as来表示，其定义为来表示，其定义为 as = As/m单位为单位为m2 kg-1。 人的大脑比猿的大人的大脑比猿的大脑总表面积大脑总表面

10、积大1010倍倍, ,据据研究资料表明爱因斯坦研究资料表明爱因斯坦的大脑的表面积比常人的大脑的表面积比常人的大的多。的大的多。 材料的比表面大，表面活性质点多，表面现象显著。材料的比表面大，表面活性质点多，表面现象显著。10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度 人们把粒径在人们把粒径在1 11000nm1000nm的粒子组成的分散系统称为的粒子组成的分散系统称为胶体胶体( (见第十二章见第十二章) )，由于其具有极高的分散度和很大的，由于其具有极高的分散度和很大的比表面积，会产生特有的界面现象，所以经常把胶体与比表面积，会产生特有的界面现象，所以经常把胶体与界面现象一起来研究，称为界面现象一

11、起来研究，称为胶体表面化学。胶体表面化学。 把一定大小的物质分割得越小，把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也则分散度越高，比表面也越大，表面效应也就越明显。越大，表面效应也就越明显。 可见可见nmnm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化的研究热点。多独特的表面效应，成为新材料和多相催化的研究热点。10.0 表面表面,界面界面,分散度分散度我们身边的胶体界面现象我们身边的胶体界面现象曙光晚霞曙光晚霞雨滴雨滴露珠露珠 在界面现象这一章中，将应用物理化学的基本原理，对界面的特殊性质在界面现象这一章中，

12、将应用物理化学的基本原理，对界面的特殊性质及现象进行讨论和分析。及现象进行讨论和分析。问题问题2:2:温度升高表面张力将怎样变化温度升高表面张力将怎样变化? ? 达临界温度时达临界温度时, ,又怎样又怎样? ?问题问题1:1:产生表面现象的热力学原因是什么产生表面现象的热力学原因是什么? ?1.1.液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数 的由来：的由来：表面分子受力不对称表面分子受力不对称受到一个指向液体内部的力，因此，受到一个指向液体内部的力，因此，。 若使膜维持不变，需若使膜维持不变，需在金属丝上加一力在金属丝上加一力F，其大，其大小与金属丝长度小与金

13、属丝长度 l 成正比，成正比，比例系数比例系数 。因膜有两。因膜有两个表面，故有：个表面，故有：即：即：/2/2FlFl 2 2FlFl 实验：实验：l表面张力表面张力 ：在液体的表面上，作用于单位长度线段上的表在液体的表面上，作用于单位长度线段上的表面紧缩力称为表面张力面紧缩力称为表面张力 ，单位是单位是Nm-1。方向方向:垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。图上有动画气气液液气气液液 气气液液气气 表面张力表面张力: :作用于单位长度线段上的表面紧缩力。作用于单位长度线段上的表面紧缩力。作用的效果：作用的效果：使液体表面缩小，使液体表面缩

14、小，作用方向：作用方向： 平液面平液面-是沿着液面并与液面平行，是沿着液面并与液面平行， 弯曲液面弯曲液面-表面张力的作用点在周界线上，方向垂直表面张力的作用点在周界线上，方向垂直 于周界线并与液面相切。于周界线并与液面相切。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈内如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，清楚的显示出表面圈绷成一个圆形，清楚的显示出表面张力的存在及方向。张力的存在及方向。 由于以线圈为边界的两边表面张力由于以线圈为边界的两边表面张力大大小相等方向相反小相等方向相反，所以线圈成任意形，所以线圈成任意形状可在液膜上移动。

15、状可在液膜上移动。 如果在金属线框中间系一线圈，一如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。成一液膜。如果刺破线圈中央的液膜，如果刺破线圈中央的液膜，会怎样？会怎样？小球上有动画在恒温、恒压可逆（缓慢）地在力在恒温、恒压可逆（缓慢）地在力F作作用下移动距离用下移动距离dx，使膜表面积增加，使膜表面积增加dA时，需克服表面张力作可逆表面功。时，需克服表面张力作可逆表面功。d2 ddd2 ddWF xl xAWF xl xA 即：即：r rs sd dW WA A 图上有动画r,sr,sddddT pT pWGAWGA s sT ,p,

16、NT ,p,NG GA A 当系统作表面功时，当系统作表面功时，G 还是面积还是面积A的函数，的函数，若系统内若系统内只有一个相界面，且两相只有一个相界面，且两相T、p相同相同 ，),(CBnnpTfG 对一般多组分体系：对一般多组分体系：( , ,)( , ,)sBCsBCGf T p AnnGf T p Ann B ( )B ( )sB ( )B ( )sB BddddddddddGSTVpnAGSTVpnA 同理同理BBBBBBBBBBBBddddddddddddUT Sp VdnHT SV pdnAS Tp VdnGS TV pdn dsAdsAdsAdsA相应的热力学基本方程相应的热

17、力学基本方程B B( ( ) )B B( ( ) )B B( ( ) )B B( ( ) )s ss ss ss sT T , ,p p, , n nS S, , V V , , n nS S, ,p p, , n nT T , , V V , , n nG GU UH HA AA AA AA AA A 在恒温恒压在恒温恒压, ,各相组成不变的情况下各相组成不变的情况下SdG = dA积分得积分得: :SG = A当系统有多个界面当系统有多个界面, ,则则 BSBBG= A，恒恒T、p、 、恒组分恒组分下积分，有：下积分，有：ssGA全微分得：全微分得：s,ssdddTpGAA可知自发降低可知

18、自发降低G有两种途径有两种途径降低表面积降低表面积 降低表面张力降低表面张力dT ,pG s (离子键离子键) (极性键极性键) (非极性键非极性键)（2） 与接触相的性质有关。与接触相的性质有关。其中：其中： 0与与n为经验常数。为经验常数。 0 01 1n nc cT T / /T T 因因T升高，物质体积膨胀，分子间距离增加，分子间相互作升高，物质体积膨胀，分子间距离增加，分子间相互作用减弱，表面张力也减小。用减弱，表面张力也减小。 Pa表面分子受力不对称的程度表面分子受力不对称的程度 b气体分子可被表面吸附，改变气体分子可被表面吸附，改变 , c气体分子溶于液相成分气体分子溶于液相成分

19、 1atm H2O = 72.8 mN/m10atm H2O = 71.8 mN/m一般：一般：p10atm, 1mN/m，例，例:表面张力的测定方法表面张力的测定方法表面张力的测定方法表面张力的测定方法当当r r气泡气泡r r毛细管毛细管时，时，r r最小，最小， p p有最大值有最大值max2pr毛细管2pr 气泡问题问题1:1:在装有纯水的玻璃毛细管外，在水的右端微微加热，液面将向哪边移动？在装有纯汞的玻璃毛细管外，在汞的右端微微加热，液面将向哪边移动？10.2-问问 题题 1问题问题2:2:如图所示，在一玻璃管的两端连有一大一小如图所示，在一玻璃管的两端连有一大一小的两个的两个肥皂泡。

20、肥皂泡。现打开活塞使两气泡相通时，试问现打开活塞使两气泡相通时，试问两个泡的大小有什么变化两个泡的大小有什么变化? ? 10.2-问题问题210.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果 34 弯曲液面可分两种：凸液面和凹液面。弯曲液面可分两种：凸液面和凹液面。由于弯曲液面由于弯曲液面表面张力的合力表面张力的合力不为零不为零,在其两侧存在一压力差在其两侧存在一压力差p，称为，称为弯曲液面的附加压力。弯曲液面的附加压力。p内内和和p外外分别为分别为 (球心球心)内侧相和外侧相的压力。内侧相和外侧相的压力。 定义为定义为:液液气气pgpl气气液液 ppgpl气气液液气气plpg p

21、p = p内内p外外弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果球形液滴的某一球缺，凸液面上方为气相，压力球形液滴的某一球缺，凸液面上方为气相，压力pg ；下方为液相，压力；下方为液相，压力pl ,底面与球形液滴相交处为一圆周。圆周外液体对球缺表面张力底面与球形液滴相交处为一圆周。圆周外液体对球缺表面张力 作用在圆作用在圆周线上，垂直于圆周线，而且与液滴表面相切。圆周线上表面张力合力对周线上，垂直于圆周线，而且与液滴表面相切。圆周线上表面张力合力对凸液面下液体造成额外压力。凸液面

22、下液体造成额外压力。附加压力附加压力p = p内内p外外 表面张力的方向是和液面相切的，并和两部分的分界线垂直。如果液表面张力的方向是和液面相切的，并和两部分的分界线垂直。如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。如果液面是曲面，表面张力则在这面是平面，表面张力就在这个平面上。如果液面是曲面，表面张力则在这个曲面的切面上。个曲面的切面上。 需要说明的一点是，如果在液体表面上任意划一条分界线把液面分成需要说明的一点是，如果在液体表面上任意划一条分界线把液面分成a、b两部分，则两部分，则 a 部分表面层中的分子对部分表面层中的分子对 b 部分的吸引力，一定等于部分的吸引力，一定等于 b 部分对部分对

23、 a 部分的吸引力，这两部分的吸引力大小相等、方向相反。这种表部分的吸引力，这两部分的吸引力大小相等、方向相反。这种表面层中任意两部分间的相互吸引力，造成了液体表面收缩的趋势。由于表面层中任意两部分间的相互吸引力，造成了液体表面收缩的趋势。由于表面张力的存在，液体表面总是趋于尽可能缩小，微小液滴往往呈圆球形，面张力的存在，液体表面总是趋于尽可能缩小，微小液滴往往呈圆球形，正是因为相同体积下球形面积最小。正是因为相同体积下球形面积最小。 10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果 该形式的该形式的Laplace公式只适用于球形液面。公式只适用于球形液面。 曲面内曲面内(凹凹)

24、的压力大于曲面外的压力大于曲面外(凸凸)的压力，的压力， p0。 r 越小，越小，p越大；越大；r越大，越大，p越小。越小。 平液面：平液面：r ，p0，（并不是，（并不是 = 0） p永远指向球心。永远指向球心。 对于空气中的小气泡，对于空气中的小气泡， 有内外两个表面，故有内外两个表面，故2 2p pr r Laplace方程方程r-液面曲率半径液面曲率半径p4 r 注意p = 2 rT p问问 题题 1-答案答案pppp问题问题1:在装有纯水的玻璃毛细管外，在水的右端微微加热，液面将向哪边移动？在装有纯汞的玻璃毛细管外，在汞的右端微微加热，液面将向哪边移动？右移左移问问 题题 2-答案答

25、案p4 r 外外ppp p内内小球上有动画10.2- 问题问题3问题问题3 3：锄地保墒的原理是什么？锄地保墒的原理是什么？10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果图上有动画图上有动画ghp 1cosr rgrcos 2h开始时，管内外液体的受力如图：开始时，管内外液体的受力如图：平衡时，则平衡时，则P外外P外外Ph h h hr r r r1 112 r1cos1 rr液体在毛细管内上升的高度公式液体在毛细管内上升的高度公式 gh2 cos r10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果液体

26、在毛细管中上升液体在毛细管中上升液体在毛细管中下降液体在毛细管中下降9 90 0, ,0 0o oh h 9 90 0, ,0 0o oh h 结论结论1:在一定在一定T下下,毛细管越细毛细管越细,液体的密度越小液体的密度越小,液体对管壁液体对管壁润润湿越好湿越好,则液体在毛细管中上升得越高。则液体在毛细管中上升得越高。 表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本原因，表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本原因，而毛细管现象则是弯曲液面具有附加压力的必然结果而毛细管现象则是弯曲液面具有附加压力的必然结果 。结论结论2:若液体能润湿毛细管，将发生液体沿毛细管上升的若液体能润湿毛细管，将发生液

27、体沿毛细管上升的现象，反之，则下降。下降的高度公式如上现象，反之，则下降。下降的高度公式如上问问 题题 3答案答案10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果 足够长的时间足够长的时间饱和蒸气压饱和蒸气压p*反比于液滴的曲率半径反比于液滴的曲率半径pppp 小小水水滴滴大大水水滴滴原因：原因： 平液面饱和蒸气压与平液面饱和蒸气压与物质的本性物质的本性、温度及压温度及压力力有关，而弯曲液面的饱和蒸气压不仅与上述因素有关，而弯曲液面的饱和蒸气压不仅与上述因素有关，有关，还与液面的弯曲程度（曲率半径）有关。还与液面的弯曲程度（曲率半径）有关。 由热力学推导可得凸液面、毛细管中凹液面

28、由热力学推导可得凸液面、毛细管中凹液面的曲率半径的曲率半径r r与其饱和蒸汽压与其饱和蒸汽压PrPr的关系的方程式的关系的方程式-KelvinKelvin公式。公式。 10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果ln0rppm22lnrpVMRTprr m22lnrpVMRTprrln0rpp开尔文公式开尔文公式Kelvin公式公式rpr1rprrpprpp10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果液滴越小，蒸汽压越大。液滴越小，蒸汽压越大。10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果式中式中c1、R1和和c2 、 R2分别为两微小晶体的

29、溶解度和分别为两微小晶体的溶解度和半径，半径，M 和和 s 分别为固体的摩尔质量和密度，分别为固体的摩尔质量和密度， s-l 为为固体与溶液间的界面张力。固体与溶液间的界面张力。1212112lnRRMccRTsls10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果r / m 10 - 5 10 - 6 10 - 710 - 810 - 9pr / p 1.0001 1.001 1.011 1.114 2.937表表10.2.1 20C时水的小液滴的饱和蒸气压与平液面水的饱和蒸气压之比时水的小液滴的饱和蒸气压与平液面水的饱和蒸气压之比 开尔文公式可以说明许多表面效应，开尔文公式可以

30、说明许多表面效应，例例:毛细管凝结。在化毛细管凝结。在化工生产中，采用喷雾干燥工艺。工生产中，采用喷雾干燥工艺。由计算可知，液滴越小，饱和蒸气压越大；当半径减小由计算可知，液滴越小，饱和蒸气压越大；当半径减小到到 1 nm时，其饱和蒸气压几乎是平面液体的三倍。时，其饱和蒸气压几乎是平面液体的三倍。 硅胶是一种多孔性物质，可自动吸附空气中的水蒸气，在毛硅胶是一种多孔性物质，可自动吸附空气中的水蒸气，在毛细管中发生凝结现象，用来干燥空气细管中发生凝结现象，用来干燥空气问题问题4 4：人工降雨的原理是什么人工降雨的原理是什么? ?10.2- 问题问题4、5问题问题5 5：为什么有机蒸馏中加了沸石？为

31、什么有机蒸馏中加了沸石？ 10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果(1) 过饱和蒸气过饱和蒸气一定一定T下，当蒸气分压超过该下，当蒸气分压超过该T下的饱和蒸气压，而蒸气仍不下的饱和蒸气压，而蒸气仍不凝结，称为凝结，称为过饱和蒸气。过饱和蒸气。 在在t0温度以下缓慢升高压力温度以下缓慢升高压力 至至A点，蒸点，蒸气对通常液体已达到饱和状态气对通常液体已达到饱和状态p0，但对微，但对微小液滴却未达到饱和状态，所以蒸气在小液滴却未达到饱和状态，所以蒸气在A点不能凝结出微小液滴。要继续提高蒸气点不能凝结出微小液滴。要继续提高蒸气的压力至的压力至B点，达到小液滴的饱和蒸气压点，达到

32、小液滴的饱和蒸气压p 时，才可能凝结出微小液滴。时，才可能凝结出微小液滴。 如图所示：如图所示：OC-平液面的饱和蒸气压曲线，平液面的饱和蒸气压曲线，OC-微小液滴的饱和蒸气压曲线。微小液滴的饱和蒸气压曲线。2lnrpMRTrp用飞机向云层中喷撒干冰或用飞机向云层中喷撒干冰或AgI微粒（或用高射炮向空中微粒（或用高射炮向空中发射干冰或发射干冰或AgI微粒），作为蒸气的凝结种子，使微粒），作为蒸气的凝结种子，使r增大，增大，pr 减小，使水蒸气凝结成水滴可减小，使水蒸气凝结成水滴可化云为雨化云为雨。问题问题4 4答案答案应用事件应用事件 人工降雨的发明，标志着气象科学发展到了一个新的人工降雨的发

33、明，标志着气象科学发展到了一个新的水平，但遗憾的是，它也曾被用于水平，但遗憾的是，它也曾被用于非正义的战争。非正义的战争。如如1967年年1972年，年，美国在侵越战争中出动了美国在侵越战争中出动了2600架次飞架次飞机进行人工降雨，机进行人工降雨，目的在于截断目的在于截断“胡志明小道胡志明小道”运输线，运输线，结果造成结果造成山洪暴发，交通堵塞山洪暴发，交通堵塞，其破坏效果超过了常规，其破坏效果超过了常规轰炸。美国政府这种滥用人工降雨的行径受到了轰炸。美国政府这种滥用人工降雨的行径受到了世界舆世界舆论的谴责。论的谴责。 应用事件应用事件 降雨原理降雨原理温度越低，饱和水蒸气压也越低，如果降低

34、空气的温度，就能使空气中原来饱和的水蒸气变成过饱和，空气中存在的尘埃成了水蒸气的凝聚中心，水蒸气凝结成微小的水滴，从而形成了云，如果云层中的温度低于0，则主要存在的是许多的小冰晶，也有低于0的过冷小水滴，用人为的方法促使云层降水（雨、雪）称为。对于（低于0的云层），可用飞机或高射炮把干冰小粒或细粉状AgI洒到或射到云层中，促使云层降水。干冰在云层中挥发成CO2气体，吸热，使云层温度急剧下降，原饱和水蒸气变为过饱和，此状态不稳定，使小冰晶增多、增大，空气浮力托不住，向下降落，如果云层到地面温度高于0，则下雨，若低则下雪。AgI颗粒中Ag与I之间的距离约为280pm，接近于H2O（冰）中两个O之间

35、的距离，可作凝聚核，供水蒸气向上凝结，创造降水条件，但AgI价格昂贵，故多用干冰。对于（云层温度在0以上），则只要撒播能提供水滴或吸湿性强的凝结核的物质（如NaCl、CaCl2、盐水等），便可使水蒸气凝结成水滴形成人工降水。意义意义朗缪尔开创了人工降雨的新时代。根据过冷云层冰晶成核作用的理论，科学家们又发现了可以用AgI等作为“种子”进行人工降雨，效果比干冰更好。可以在地上撒播，利用气流上升的作用，漂浮到空中的云层里，比干冰降雨简便易行。10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果液体内部产生气泡所需压力：液体内部产生气泡所需压力： pi = p大大+ p静静+p由此所需的温

36、度：由此所需的温度： Ti T正常正常因此很容易产生暴沸。因此很容易产生暴沸。在一定的在一定的P下，当液体的下，当液体的T高于该压力下的沸点，而液高于该压力下的沸点，而液体仍不沸腾的现象。此时的液体称为体仍不沸腾的现象。此时的液体称为过热液体过热液体。 。 (2) 过热液体过热液体原因：原因：过热液体产生的原因：过热液体产生的原因：由于弯曲液面的附加压力，使气泡难由于弯曲液面的附加压力，使气泡难以形成。以形成。10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果过热液体产生的原因：过热液体产生的原因：如图所示如图所示: :在在101.325kPa101.325kPa、100100的纯

37、水中，在离液面的纯水中，在离液面0.02m0.02m的的深处深处, ,假设存在一个半径为假设存在一个半径为10nm10nm的小气泡的小气泡, ,在上述条件下在上述条件下, ,纯水纯水的表面张力为的表面张力为58.85mN.m58.85mN.m-1-1, ,密度为密度为958.1kg.m958.1kg.m-3-3。hP大气大气=101.325kpaPP内P静3101.325 1177011.87 10pkPpakPap大大气气泡泡里里pppp大大气气泡泡里里静静kPa0.19hgp静静3922 58.85 1010 10r0=11770kPa 100pp继续加热，T 产生过热液体产生过热液体SP

38、水水T 气泡长大，气泡长大，P 直到直到 沸腾沸腾SPpp水水大大气气10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果过热液体产生的原因：过热液体产生的原因：由于弯曲液面的附加压力，由于弯曲液面的附加压力，使气泡难以形成。使气泡难以形成。由计算可知;小气泡要存在，气泡内蒸气SPpp水水大大气气小气泡不存在，小气泡不存在，液体不沸液体不沸SPpp水水大大气气100时，开始形时，开始形成的泡小，成的泡小， P P大大10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果(3) 过冷液体过冷液体 在一定压力下，当液体的温度已低于该压力下液体的凝固在一定压力下，当液体的温度已低于

39、该压力下液体的凝固点，而液体仍不凝固的现象。此时的液体称为点，而液体仍不凝固的现象。此时的液体称为过冷液体过冷液体。 OC-平面液体的饱和蒸气压曲线平面液体的饱和蒸气压曲线OA-普通晶体的饱和蒸气压曲线普通晶体的饱和蒸气压曲线O A -微小晶体的饱和蒸气压曲线微小晶体的饱和蒸气压曲线原因：原因：微小晶体的饱和蒸气压微小晶体的饱和蒸气压 普通晶体的饱和蒸气压普通晶体的饱和蒸气压10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果(4) 过饱和溶液过饱和溶液 溶液浓度已超过饱和液体，但仍未析出晶体的溶液浓度已超过饱和液体，但仍未析出晶体的溶液称为溶液称为过饱和溶液。过饱和溶液。原因：原因

40、：小晶体为凸面小晶体为凸面, prp ， 表明分子从固相中逸出的倾向大表明分子从固相中逸出的倾向大 ，这造成它的浓度大这造成它的浓度大，即，即溶解度大，溶解度大，由此产生过饱和现象。由此产生过饱和现象。1212112lnRRMccRTsls 这可以解释定量分析中为什么要有个这可以解释定量分析中为什么要有个“陈化陈化”过程过程10.2 弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果 由于小颗粒物质的表面特殊性，由于小颗粒物质的表面特殊性，造成新相难以生成。造成新相难以生成。从而形成四种不稳定状态从而形成四种不稳定状态（亚稳态）（亚稳态）： 过饱和蒸气，过饱和蒸气， 过热液体，过热液体， 过

41、冷液体，过冷液体， 过饱和溶液。过饱和溶液。亚稳状态能存在的原因亚稳状态能存在的原因: :是新相难以形成是新相难以形成弯曲液面有附加压力，弯曲液弯曲液面有附加压力，弯曲液面的饱和蒸气压与平液面不同。面的饱和蒸气压与平液面不同。答：答： 据开氏方程，最初形成的气泡半径小，其中的蒸气压也小。据开氏方程，最初形成的气泡半径小，其中的蒸气压也小。但但P大，气泡在到达正常沸点时，气泡内的压力不足抗衡大，气泡在到达正常沸点时，气泡内的压力不足抗衡P大大气气和和P ，液体仍未沸腾。再继续升温时，气泡长大，所受的，液体仍未沸腾。再继续升温时，气泡长大，所受的P减小，气泡内的蒸气压升高。减小，气泡内的蒸气压升高

42、。这时液体温度已超过沸点，这时液体温度已超过沸点，所有液体都想变成蒸气冲出，这就是暴沸。沸石是多孔固体，所有液体都想变成蒸气冲出，这就是暴沸。沸石是多孔固体，小孔中含有空气，在升温过程中空气逸出，提供小孔中含有空气，在升温过程中空气逸出，提供成泡中心，成泡中心，使使初形成的蒸气泡不致于太小。到达沸点时气泡上升，搅动溶液，初形成的蒸气泡不致于太小。到达沸点时气泡上升，搅动溶液，使液体保持正常的沸腾状态。使液体保持正常的沸腾状态。10.2 -问题问题5答案答案问题问题5：为什么有机蒸馏中加了沸石？为什么有机蒸馏中加了沸石？ 共同点共同点 ：表面层分子受力不对称的，表面层分子受力不对称的，因此固体表

43、面也有因此固体表面也有表面张力表面张力及及表面吉表面吉布斯函数布斯函数存在。存在。不同点：不同点：液体表面层分子可移动，通液体表面层分子可移动，通过减少表面积来降低表面吉布斯函数，过减少表面积来降低表面吉布斯函数，而固体的则不能。而固体的则不能。 固体表面与液体表面固体表面与液体表面10.3 固体表面固体表面大多数固体比液体具有更高的表面能大多数固体比液体具有更高的表面能GA 正由于固体表面原子正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，受力不对称和表面结构不均匀性，它可以从表面外部空间吸引气体或液体分子到表面，以减小它可以从表面外部空间吸引气体或液体分子到表面，以减小表面分子受力表面分子

44、受力( (表面张力表面张力) )不对称的程度。使表面吉布斯函数不对称的程度。使表面吉布斯函数下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。 例；活性炭放入充满溴蒸气的玻璃瓶中，片刻红棕色逐渐消例；活性炭放入充满溴蒸气的玻璃瓶中，片刻红棕色逐渐消失，说明，活性炭的表面有富集溴蒸气的能力。失，说明，活性炭的表面有富集溴蒸气的能力。10.3 固体表面固体表面产生吸附的原因产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。，也是由于表面分子受力不对称。 dG = dA+Ad 被吸附的物质被吸附的物质 有吸附能力的物质有吸附能力的物质 吸附吸附在固体或液体表面，某物质的浓

45、度与体相浓度不在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不 同的现象称为同的现象称为- 。 常用的吸附剂有：常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等硅胶、分子筛、活性炭等。吸附作用仅仅发生在两相的交界面上吸附作用仅仅发生在两相的交界面上,所所以它是一种表面现象。以它是一种表面现象。 日常生活及生产中，应用固体吸附剂的历史悠久。日常生活及生产中，应用固体吸附剂的历史悠久。l 从从湖南马王堆出土的湖南马王堆出土的1号汉墓号汉墓中发现，早在二千年前，人中发现，早在二千年前，人们利用木炭作防腐剂、吸湿剂、除臭剂。们利用木炭作防腐剂、吸湿剂、除臭剂。 一号汉墓出土的女尸，时逾一号汉墓出土的女尸，时逾2100

46、多年，形体完整，全身润泽，皮肤多年，形体完整，全身润泽，皮肤是淡黄色的，按下去有弹性，部分关节能够活动是淡黄色的，按下去有弹性，部分关节能够活动,几乎与新鲜尸体相似。几乎与新鲜尸体相似。翠绿的树枝和黄绿色的竹筐翠绿的树枝和黄绿色的竹筐,藕片藕片。是防腐学上的奇迹，震惊世界。是防腐学上的奇迹，震惊世界。l 制糖工业用活性炭制糖工业用活性炭吸附糖液中的杂质而脱色。吸附糖液中的杂质而脱色。l 防毒面具用活性炭防毒面具用活性炭吸附有毒气体。吸附有毒气体。 干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处理、催化剂、空气净化调节理、催化剂、空气净化调节10.3 固体表面固体表

47、面湖南马王堆出土的湖南马王堆出土的1号汉墓号汉墓一号汉墓出土的女尸，时逾一号汉墓出土的女尸，时逾2100多年，形体完整，全身润泽，部分关节多年，形体完整，全身润泽，部分关节可活动，软结缔组织尚有弹性，几乎与新鲜尸体相似。它既不同于可活动，软结缔组织尚有弹性，几乎与新鲜尸体相似。它既不同于木乃木乃伊伊，又不同于尸腊和，又不同于尸腊和泥炭鞣尸泥炭鞣尸。是一具特殊类型的尸体，。是一具特殊类型的尸体，是防腐学上的是防腐学上的奇迹，震惊世界，奇迹，震惊世界，吸引不少学者、游人观光。在填土中陆续发现吸引不少学者、游人观光。在填土中陆续发现了了翠绿翠绿的树枝和黄绿色的竹筐的树枝和黄绿色的竹筐，一切都那么一切

48、都那么不可思议不可思议。：。：“哎呀，这是哎呀，这是2000多多年的年的藕片啊！藕片啊！”剩下几片剩下几片 一锅汤了一锅汤了。究竟是什么原因使得最容易。究竟是什么原因使得最容易腐烂的东西保存腐烂的东西保存如此完好，又是什么原因让神奇的景象转瞬即逝呢？如此完好，又是什么原因让神奇的景象转瞬即逝呢？ 墓主人终于露出了面容，所有在场的人都目瞪口呆：她不像一具古尸，墓主人终于露出了面容，所有在场的人都目瞪口呆：她不像一具古尸，皮肤仍旧是皮肤仍旧是淡黄色的淡黄色的，按下去甚至还有弹性，部分关节能够活动。女尸，按下去甚至还有弹性，部分关节能够活动。女尸经过防腐处理后，被送到了湖南省医学院。注射防腐剂时，女

49、尸的经过防腐处理后，被送到了湖南省医学院。注射防腐剂时，女尸的软组软组织织随时鼓起，以后逐渐扩散，和新鲜尸体十分相似随时鼓起，以后逐渐扩散，和新鲜尸体十分相似 物理吸附：物理吸附：吸附质与吸附剂之间的作用力为吸附质与吸附剂之间的作用力为化学吸附：化学吸附：吸附质与吸附剂之间的作用力为吸附质与吸附剂之间的作用力为10.3 固体表面固体表面 物理吸附仅仅是一种物理作用，物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等学键的生成与破坏，也没有原子重排等。化学吸附相当于吸化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质分子附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应

50、发生了化学反应，在红外、紫外在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。可见光谱中会出现新的特征吸收带。1. 物理吸附与化学吸附：物理吸附与化学吸附：图上有动画图上有动画10.3 固体表面固体表面性质性质物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附力吸附力范德华力范德华力化学键力化学键力吸附层数吸附层数单层或多层单层或多层单层单层吸附热吸附热小（近于液化热）小（近于液化热）大（近于反应热）大（近于反应热）选择性选择性无或很差无或很差较强较强可逆性可逆性可逆可逆不可逆不可逆吸附平衡吸附平衡易达到易达到不易达到不易达到物理吸附和化学吸附的区别物理吸附和化学吸附的区别10.3 固体表面固体表面2. 等温吸