界面現(xiàn)象及其調(diào)控課件.ppt

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1、李俊宏化學(xué)工程與技術(shù)分離工程——界面現(xiàn)象及其調(diào)控目錄概述涉及界面現(xiàn)象的難定量因素，采用效率、傳質(zhì)系數(shù)、垢層系數(shù)等無法揭示傳質(zhì)的實(shí)質(zhì)從分子水平的微觀尺度看待各種新老分離技術(shù)更完善地解決化學(xué)工程技術(shù)問題表面張力水滴為什么是圓形而不是方形？表面張力它們?yōu)槭裁纯梢云谒嫔希勘砻鎻埩σ?、界面與界面現(xiàn)象自然界中物質(zhì)的存在狀態(tài)氣液固界面現(xiàn)象氣—液界面液—液界面固—液界面固—?dú)饨缑婀獭探缑娼缑妫核袃上嗟慕佑|面。圖1界面相示意圖界面并不是兩相接觸的幾何面，它有一定的厚度，一般約幾個(gè)分子厚，故有時(shí)又將界面稱為“界面相”。界面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與相鄰兩側(cè)的體相都不相同。表面張力界面界面現(xiàn)象有關(guān)的工藝、技術(shù)舉例液氣

2、云、霧、雨、露、泡沫、毛細(xì)作用等蒸發(fā)、蒸餾、吸收、冷凝、泡沫分離液液牛奶、豆?jié){、乳液聚合、液液鋪展等萃取、液膜分離、乳化、破乳固液潤濕、吸著與吸附、膠體溶液、動(dòng)電現(xiàn)象、電極過程等催化、電泳、電滲析、電解、吸附、溶解、結(jié)晶、沉淀、浮選、鋪展、侵取固氣塵、煙（氣溶膠）、升華、吸附、催化等氣固催化反應(yīng)、氣體吸附升華固固固相反應(yīng)、粘附、摩擦等滲混、篩分、球磨、制動(dòng)表面張力表1與界面性質(zhì)有關(guān)的界面現(xiàn)象與相關(guān)技術(shù)二、表（界）面張力圖2表面張力的產(chǎn)生表面相分子受力不均勻，其分子有被拉入液相的趨勢。液體的表面積因而有自發(fā)收縮的趨勢。這解釋了為什么液滴會(huì)以球形的形態(tài)存在。表面張力1.純液體的表面張力這種受力不

3、均勻性是表面現(xiàn)象產(chǎn)生的微觀成因。9表面張力從表面現(xiàn)象的微觀成因，我們還可以得出一個(gè)結(jié)論：表面相分子密度較液相分子低，因而表面相分子間存在較大吸引力。從宏觀層面來看，液體表面仿佛存在一層緊繃的液膜，在膜內(nèi)處處存在的使膜緊繃的力即為表面張力。表面張力的存在解釋了別針和蚊子為什么可以漂在水面上。圖3表面分子緊繃液膜表面張力表面功在恒溫恒壓下，可逆非體積功即為吉布斯函數(shù)變液體的表面張力圖4皂膜的拉伸表面張力表面張力是垂直通過液體表面上任意單位長度，與液體表面相切的收縮其表面的力。注意1.表面張力是作用在單位長度線段上的力，量綱為Ｎ·m-1。2.注意區(qū)分表面張力產(chǎn)生原因與表面張力的表現(xiàn)。3.σ也可看作

4、是系統(tǒng)增加單位面積的表面吉布斯函數(shù)變，所以稱為表面吉布斯函數(shù)單位J·m-2。表面張力2.表面張力的影響因素（1）與物質(zhì)的本性有關(guān)——分子間相互作用力越大，σ越大。（2）與接觸相的性質(zhì)有關(guān)。例：氣－液界面：σ(金屬鍵)>σ(離子鍵)>σ(極性鍵)>σ(非極性鍵)（3）溫度的影響：溫度升高，界面張力下降。極限情況：T→Tc時(shí)，σ→0。T↑，分子動(dòng)能↑，分子間吸引力↓，σ↓對(duì)Cd,Fe,Cu合金及一些硅酸鹽液體，T↑，σ↑。(4)與壓力的關(guān)系。一般：P↑1MPa,σ↓1mN/m。eg:0.1MPa?H2O=72.8mN/m1MPa?H2O=71.8mN/m表面張力表2水的壓力與表面張力關(guān)系表面張力

5、三、溶液的表面張力——組成的影響Ⅰ：無機(jī)鹽、蔗糖、甘醇等多羥基有機(jī)物等c?，??，稱為表面惰性物質(zhì)。在表面發(fā)生負(fù)吸附。Ⅱ：低碳鏈的醇、醛、酮、胺類有機(jī)物c?，??。在表面發(fā)生正吸附。Ⅲ：表面活性劑(8C以上的有機(jī)酸鹽、胺等)，c?，??。在表面發(fā)生正吸附。Ⅱ、Ⅲ類物質(zhì)均可稱為表面活性物質(zhì)圖5表面張力曲線的類型15四、動(dòng)態(tài)表面張力表面張力從0到T的時(shí)間內(nèi)，表面張力隨時(shí)間的變化值稱為動(dòng)態(tài)表面張力。時(shí)間（壽命），s表面張力，mN/m1071.96058.212054.4180039.2表3硬脂酸鈉的動(dòng)態(tài)表面張力t=0時(shí)，其表面張力定義為純動(dòng)表面張力。t=T時(shí)，表面張力達(dá)到平衡值，定義為靜態(tài)表面張力

6、。純液體無時(shí)間效應(yīng)，當(dāng)加入溶質(zhì)后：表面張力濃度越大，表面張力隨時(shí)間下降越多，達(dá)到平衡的時(shí)間越短。對(duì)離子型表面活性劑，有無機(jī)鹽存在時(shí)，可大大減少表面張力時(shí)間效應(yīng)。A、B、C、D四點(diǎn)之后的表面張力值為靜表面張力值。碳鏈小于8的醇類，時(shí)間效應(yīng)極小，1s以內(nèi)即達(dá)平衡。圖6葵醇水溶液的表面張力-時(shí)間關(guān)系四個(gè)基本定律水ps水在毛細(xì)管中為什么會(huì)上升？四個(gè)基本定律一、拉普拉斯(Laplace)公式——彎曲液面附加壓力右圖下為球形液滴的某一球缺，凸液面上方為氣相，壓力pg；下方為液相，壓力pl,底面與球形液滴相交處為一圓周。圓周外液體對(duì)球缺表面張力?作用在圓周線上，垂直于圓周線，而且與液滴表面相切。圓周線上表

7、面張力合力對(duì)凸液面下液體造成額外壓力。將凹液面一側(cè)壓力以p內(nèi)表示，凸液面一側(cè)壓力用p外表示，附加壓力圖7平液面和球形液滴的附加壓力?pgΔp?plplplpgΔp=p內(nèi)－p外四個(gè)基本定律pg??Δppl球形液滴(凸液面)，附加壓力為：液體中的氣泡(凹液面)，附加壓力:這樣定義的?p總是一個(gè)正值，方向指向凹面曲率半徑中心。——Laplace方程?p所做功做功等于表面自由能的變化?？傻脠D8凹頁面的附加壓力討論①該