界面现象及其调控课件.ppt

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1、李俊宏化学工程与技术分离工程——界面现象及其调控目录概述涉及界面现象的难定量因素，采用效率、传质系数、垢层系数等无法揭示传质的实质从分子水平的微观尺度看待各种新老分离技术更完善地解决化学工程技术问题表面张力水滴为什么是圆形而不是方形？表面张力它们为什么可以漂在水面上？表面张力一、界面与界面现象自然界中物质的存在状态气液固界面现象气—液界面液—液界面固—液界面固—气界面固—固界面界面：所有两相的接触面。图1界面相示意图界面并不是两相接触的几何面，它有一定的厚度，一般约几个分子厚，故有时又将界面称为“界面相”。界面的结构和性质与相邻两侧的体相都不相同。表面张力界面界面现象有关的工艺、技术举例液气

2、云、雾、雨、露、泡沫、毛细作用等蒸发、蒸馏、吸收、冷凝、泡沫分离液液牛奶、豆浆、乳液聚合、液液铺展等萃取、液膜分离、乳化、破乳固液润湿、吸着与吸附、胶体溶液、动电现象、电极过程等催化、电泳、电渗析、电解、吸附、溶解、结晶、沉淀、浮选、铺展、侵取固气尘、烟（气溶胶）、升华、吸附、催化等气固催化反应、气体吸附升华固固固相反应、粘附、摩擦等渗混、筛分、球磨、制动表面张力表1与界面性质有关的界面现象与相关技术二、表（界）面张力图2表面张力的产生表面相分子受力不均匀，其分子有被拉入液相的趋势。液体的表面积因而有自发收缩的趋势。这解释了为什么液滴会以球形的形态存在。表面张力1.纯液体的表面张力这种受力不

3、均匀性是表面现象产生的微观成因。9表面张力从表面现象的微观成因，我们还可以得出一个结论：表面相分子密度较液相分子低，因而表面相分子间存在较大吸引力。从宏观层面来看，液体表面仿佛存在一层紧绷的液膜，在膜内处处存在的使膜紧绷的力即为表面张力。表面张力的存在解释了别针和蚊子为什么可以漂在水面上。图3表面分子紧绷液膜表面张力表面功在恒温恒压下，可逆非体积功即为吉布斯函数变液体的表面张力图4皂膜的拉伸表面张力表面张力是垂直通过液体表面上任意单位长度，与液体表面相切的收缩其表面的力。注意1.表面张力是作用在单位长度线段上的力，量纲为Ｎ·m-1。2.注意区分表面张力产生原因与表面张力的表现。3.σ也可看作

4、是系统增加单位面积的表面吉布斯函数变，所以称为表面吉布斯函数单位J·m-2。表面张力2.表面张力的影响因素（1）与物质的本性有关——分子间相互作用力越大，σ越大。（2）与接触相的性质有关。例：气－液界面：σ(金属键)>σ(离子键)>σ(极性键)>σ(非极性键)（3）温度的影响：温度升高，界面张力下降。极限情况：T→Tc时，σ→0。T↑，分子动能↑，分子间吸引力↓，σ↓对Cd,Fe,Cu合金及一些硅酸盐液体，T↑，σ↑。(4)与压力的关系。一般：P↑1MPa,σ↓1mN/m。eg:0.1MPaH2O=72.8mN/m1MPaH2O=71.8mN/m表面张力表2水的压力与表面张力关系表面张力

5、三、溶液的表面张力——组成的影响Ⅰ：无机盐、蔗糖、甘醇等多羟基有机物等c，，称为表面惰性物质。在表面发生负吸附。Ⅱ：低碳链的醇、醛、酮、胺类有机物c，。在表面发生正吸附。Ⅲ：表面活性剂(8C以上的有机酸盐、胺等)，c，。在表面发生正吸附。Ⅱ、Ⅲ类物质均可称为表面活性物质图5表面张力曲线的类型15四、动态表面张力表面张力从0到T的时间内，表面张力随时间的变化值称为动态表面张力。时间（寿命），s表面张力，mN/m1071.96058.212054.4180039.2表3硬脂酸钠的动态表面张力t=0时，其表面张力定义为纯动表面张力。t=T时，表面张力达到平衡值，定义为静态表面张力

6、。纯液体无时间效应，当加入溶质后：表面张力浓度越大，表面张力随时间下降越多，达到平衡的时间越短。对离子型表面活性剂，有无机盐存在时，可大大减少表面张力时间效应。A、B、C、D四点之后的表面张力值为静表面张力值。碳链小于8的醇类，时间效应极小，1s以内即达平衡。图6葵醇水溶液的表面张力-时间关系四个基本定律水ps水在毛细管中为什么会上升？四个基本定律一、拉普拉斯(Laplace)公式——弯曲液面附加压力右图下为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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

7、面张力合力对凸液面下液体造成额外压力。将凹液面一侧压力以p内表示，凸液面一侧压力用p外表示，附加压力图7平液面和球形液滴的附加压力pgΔpplplplpgΔp=p内－p外四个基本定律pgΔppl球形液滴(凸液面)，附加压力为：液体中的气泡(凹液面)，附加压力:这样定义的p总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。——Laplace方程p所做功做功等于表面自由能的变化。可得图8凹页面的附加压力讨论①该