溶液的表面吸附课件.ppt

第四节 溶液的表面吸附,一、溶液的表面张力和浓度之间的关系,单组分系统：在指定温度、压力下，纯液体有确定的表面张力。溶液：在同一个温度下，溶液的表面张力随浓度的变化而改变。 溶液的表面张力与浓度之间的关系和溶剂、溶质的种类有关。 在恒温条件下，用溶液的表面张力对浓度作图，所得曲线称溶液表面张力等温线。,一、溶液的表面张力和浓度之间的关系,以水为溶剂，不同溶质水溶液的表面张力等温线：,I. 随着浓度的增加，这类溶液的表面张力略有上升。强电解质(无机盐类)、多羟基化合物(蔗糖、甘油)，溶质分子和水之间有很强的溶剂化作用，它们的存在增大了水溶液的表面张力。,一、溶液的表面张力和浓度之间的关系,II. 溶液的表面张力随浓度的增大而缓慢下降。一些极性较强的小分子有机物如醇、醛、酸、酯等，虽然也溶于水，但和溶剂间的相互作用力较弱。,III.表面活性剂：溶液在低浓度时，溶液的表面张力随浓度的增加而急剧下降，当达到一定浓度后，表面张力值趋于稳定，不再随浓度的增加而改变。 表面活性剂是一些分子量较大，同时具有较强极性和非极性基团结构的双亲性物质，如烷基磺酸盐、羧酸盐等。,二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式,（一）溶液的表面吸附现象,温度为T ，压力为 p 时，吉布斯能 G = A， dGT,p 0 的自发方向：纯液体 ：指定温度下 为定值，A自动缩小。溶液： 不仅是温度的函数，还和组成有关。溶液不仅会自发使表面积缩到最小，还会尽可能改变表面浓度使表面张力降到最低。,二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式,溶液自发降低表面张力的方式是改变表面层的浓度。,非表面活性物质：浓度增加表面张力增大，溶液表面层的溶质分子会自动向溶液本体转移降低表面层的浓度；浓差的出现又引起溶质向低浓度的表面扩散。,表面活性物质：降低表面张力，使溶质富集在表面层；溶液本体浓度降低，又引起溶质向溶液内部方向扩散。,这两种相反的作用达到平衡时，溶质在表面层与本体溶液中的浓度维持一个稳定的差值，这种现象称为溶液的表面吸附。,平衡后对于表面活性物质，在表层中的比例大于在溶液本体中的比例，为正吸附；对于表面活性物质，在表层中的比例小于在溶液本体中的比例，为负吸附,单位表面积上的吸附量称为表面超量,二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式,（二）吉布斯公式,吉布斯公式：表面超量与表面张力、溶液活度之间的关系：, 的单位是mol m2,称为表面活度：即表面张力随系统活度的变化率,二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式,当 0 时， 0，溶质在表面层的浓度小于体相浓度，溶液发生负吸附非表面活性物质。,当 0，溶质在表面层的浓度大于体相浓度，溶液发生正吸附表面活性物质。,吉布斯公式的实验验证：设计一个水槽，在上面装一个可以快速移动的刀片，能将溶液表层刮下约0.1mm的一个薄层；根据被刮下溶液中所含溶质的量及水槽的表面积，可以计算溶液的表面超量。实验结果与吉布斯公式相吻合。,例：298K时配制浓度为4.00g/kg的苯基丙酸溶液，用特制刮刀在310cm2的表面刮下2.3g溶液，测其浓度为4.103g/kg。(1)根据此实验数据计算表面吸附量。,(2)已知不同浓度下苯基丙酸溶液的表面张力为：,三、表面活性物质在溶液表面的定向排列,表面活性物质均可使水的表面张力降低；能使水的表面张力明显降低的物质为两亲性物质，又称为表面活性剂。两亲性物质：分子中同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团，一般为含8个以上碳原子的碳链或环。,脂肪酸分子：-COOH：亲水基碳氢链：憎水基,三、表面活性物质在溶液表面的定向排列,亲水基团使脂肪酸有进入水中的趋势，憎水基团有离开水而移向表面的趋势；非极性基团企图离开水移向表面，从而降低了增加表面积所需的功，使溶液的表面张力明显降低。,三、表面活性物质在溶液表面的定向排列,随着溶液浓度的增加，表面吸附量逐渐加大，直至达到一个极限值m。吸附在溶液表面的分子随着 的增大而逐渐站立起来，直至形成极性端在溶液中，非极性端伸向空气，定向排列紧密的表面层。,三、表面活性物质在溶液表面的定向排列,溶液在达到饱和吸附时，吸附为单分子层。 可以根据m计算被吸附分子的横截面积A。,计算所得分子的截面积比其他方法所得结果略大：分子的热运动使得分子不可能在表层排列得非常整齐；极性基团的溶剂化作用,