§12.6液-固界面——润湿作用

§12.6 液-固界面——润湿作用

润湿过程：滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固-气界面，产生了新的液-固界面。这一过程称之为润湿过程。

润湿过程可以分为三类，即：粘湿、浸湿和铺展

一、粘湿过程

定义：液体与固体从不接触到接触，使部分液-气界面和固-气界面转变成新的固-液界面的过程。

设各相界面都是单位面积，该过程的Gibbs 自由能变化值为：

a W 称为粘湿功。

注：粘湿功的绝对值愈大，液体愈容易粘湿固体，界面粘得愈牢。

二、浸湿过程

定义：在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气-固界面转变为液-固界面的过程称为浸湿过程。

该过程的Gibbs 自由能的变化值为：

i W 称为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故又称为粘附张力。

注：0≤i W 液体能浸湿固体。

三、铺展过程

定义：等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这种过程称为铺展过程。

等温、等压条件下，可逆铺展单位面积时，Gibbs 自由能的变化值为

S 称为铺展系数，若S ≥0，说明液体可以在固体表面自动铺展。

四、接触角与润湿方程

1、接触角：在气液固三相交汇点固液界面的平面与气液界面的切线通过液体内部的夹角。

2、杨氏方程：g l s l g s Cos ,,,γγγθ-=

可以利用实验测定的接触角和气-液界面张力，计算润湿过程的一些参数：

l-s l-g s-g G γγγ?=--a l-s l-g s-g

W G γγγ=?=--l s g s i G W γγ--?=-=l s g l g s G γγγ---?=+-g s g l l s S G γγγ---=-?=--a g l (1cos )W γθ-=-+i g l cos W γθ-=-g l (cos 1)S γθ-=-

润湿作用

润湿作用 润湿是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质及界面能的变化，其润湿的程度可以用接 触角的大小来判断。 一、表面张力与表面过剩自由能 表面张力与表面过剩自由能是描述物体表面状态的物理量。 液体表面或固体表面的分子与其内部分子的受力情形是不同的，因而所具有的能量也是不同的。以液体为例，如图1－1所示，处在液相内部的分子，四周被同类分子所包围，受周围分子的引力是对称的，因而相互抵消，合力为零；处在液体表面的分子则不然，因为液相的分子密度远大于气相的分子引力，致使合力不再为零，而是具有一定的量值且指向液相的内侧。由于这个拉力的存在，使得液体表面的分子，相对于液体内部分子处于较高能量态势，随时有向液体内部迁移的可能，处于一种不稳定的状态。液体表面分子受到的拉力形成了液体的表面张力，相对于液体内部所多余的能量，就是液体的表面过剩自由能。由于表面张力或表面过剩自由能的存在，在没有外力作用时，液体都具有自动收缩其表面成为球形的趋势，这是因为在体积一定的几何形体中球体的表面积最小。 图1-1液体表面分子与内部分子能量的不同

图1-2表面张力实验示意图 图1－2是表面张力实验的示意图。Ⅱ形框架的AB边是可以上下滑动的，长度为ι。将框架直立于液体中，AB边也被浸没。缓慢地提起AB边，便在框架内形成一个逐渐扩展的液体薄膜。随着液膜的扩展，提起长度为ι的AB边所需要的力也要逐渐增加。设：当AB 边提升到高出液面h的位置时，为保持液膜平衡而不收缩，需要施加的力为F，则此力F应与液膜的两个表面所提供的力相平衡。ι越长，F值越大。因此，在AB边上，单位长度液面上受的力为： F=γ·2ι（1-1） 比例系数γ定义为表面张力系数，表示垂直通过液体表面任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力，常简称为表面张力。 表面张力的量纲是〔力/长度〕，常用的单位是N/m（牛顿/米）。某一种液体，在一定的温度和压力下，有一定的γ值。因为温度升高时，液体分子间的引力减少，共存的气相蒸气密度加大，所以表面张力总是随温度的升高而降低。故测定表面张力时，必须固定温度，否则会造成较大的测量误差。 液体的表面张力是表面紧缩力，它使液体表面积有自动缩小的趋势。若要扩展液体的表面，即要把液相内的一部分分子移到表面上来，则必须克服其向液相内侧的拉力而作功，因此，液体自动收缩表面的趋势，也可以从能量的角度来解释。设：当表面扩展的微面积为dA时，表面张力所作的元功为－δW，因为表面分子受到的指向液相内侧的拉力，要扩展表面，液相内部的一部分分子，就要向表面移动，所以作负功。在表面扩展过程中，元功－δW 与微面积增量dW成正比，令γ为比例系数，则有： －δW=γ·dA（1-2） 又因为在怛温恒压条件下，在表面扩展的过程中，体系对外界所做的功即为δW，而δW 应等于在此过程中体系自由能的减少一DgT.P,故（1－2）式可以写作 dGT.P=γ·dA

固液界面的吸附

实验四 固液界面上的吸附 一．实验目的 1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich 等温式中的经验常数。 3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich ）吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 (一)计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时，固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同，即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 Γ=V （C 0-C ）/m (1) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ） C 0——被吸附物质的初始浓度（1 -?L mol ） V ——所用溶液的总体积（L ） 在 V 、C 0 、m 已知的情况下，Γ和C 的关系如何呢？ 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下，它在中等浓度溶液中的吸附量与 溶质平衡浓度的关系，可用Freundlich 吸附等温式表示：Γ=n kC m x 1 = (2) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol ） m x ——平衡吸附量（1 -?g mol ） C ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ）

k 、n ——经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（2）取对数，得 k C n m x lg lg 1 lg += (3) 以m x lg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和 k 。 （二）本实验操作原理： 本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freundlich 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和k ： NaOH+HAc==NaAc+H 2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知HAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器：150ml 磨口具塞锥型瓶6个，150ml 锥型瓶6个，长颈漏斗6个，称量瓶1个，50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5ml 移液管1支，10ml 移液管2支，25ml 移液管3支，电子天平1台，恒温振荡器1套，定性滤纸若干。 试剂：活性炭（20～40目，比表面300～400m 2/g ），0.41 -?L mol HAc 溶液，0.10001 -?L mol NaOH 标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 1. 打开恒温振荡器的开关，预热10分钟，调节温度为25℃。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号，并各称入1.0克活性炭。 3. 用移液管按下表分别加入0.41 -?L mol HAc 和蒸馏水，并立即盖上塞子，置于25℃恒温振荡器中，调节好速度，摇荡一小时。 4. 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V 取样，放入1~6标号的小锥形瓶中，各加入5滴酚酞指示剂，用NaOH 标准溶液各滴定两次（滴至粉红色刚好不褪去），碱量取平均值记入下表。 5. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器，关闭电源，整理实验台。 五、数据记录及处理 1. 将实验数据记入表,计算吸附前各瓶中醋酸的初浓度C 0和吸附平衡时的浓度C ，并按（1）式计算吸附量一同填入表.

气固吸附等温线的分类

气固吸附等温线的分类 陈思 化学与化工学院 14级化学基地班 201417110005 摘要：论述了从早期的BDDT 的5种类型吸附等温线，到 IUPAC 的6种类型吸附等温线，再到基于 Ono-kondo 晶格模型的 Gibbs 吸附分类的5种类型吸附等温线，并讨论了与各种类型吸附等温线类型相对应的吸附过程和机理。 关键词：气固吸附；等温线；分类；机理 1.引言 温度一定时，反映吸附质平衡分压p与吸附量a之间关系的曲线称为吸附等温线【1】。吸附等温线是有关吸附剂孔结构、吸附热以及其它物理化学特征的信息源。在恒定的温度和宽范围的相对压力条件下可得到被吸附物的吸附等温线。正确判断吸附等温线类型，对于吸附剂孔结构等参数的计算是非常重要的。 IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry，国际纯理论与应用化学协会）手册上就有说明：对于吸附过程的研究，第一步就是“确定吸附等温线的类型，然后再确定吸附过程的本质”【2】。 吸附等温线是吸附相平衡的具体描述，是吸附分离装置设计所必需的参数。对于气固吸附相平衡的研究，人们通常都是从对所研究的吸附等温线的归类开始入手的。通过对一系列吸附等温线的分类，人们可以更好地理解各种吸附机理并建立相应的理论模型。 目前，相关文献报导的众多吸附等温线包括了种类繁多的吸附剂和吸附质，然而这些吸附等温线还是呈现出一定的规律性，根据吸附线形状或吸附发生的压力及温度不同有以下几种分类方法。 2.BDDT 的 5 种类型吸附等温线 1940 年，在前人大量的研究和报道以及从实验测得的很多吸附体系的吸附等温线基础上，Brunauer S.，Deming L. S.，Deming W. E.和Teller E.等人对各种吸附等温线进行分类，将吸附等温线分为5类（如图 1 所示），称为 BDDT 分类【3】，也常被简称为 Brunauer 吸附等温线分类。 图1 BDDT 吸附等温线的5种类型【4】 类型Ⅰ是Langmuir 型曲线，表示吸附剂毛细孔的孔径比吸附质分子尺寸略大时的单层分子吸附或在微孔吸附剂中的多层吸附或毛细凝聚。该类吸附等温线，在吸附质平衡分压较小时，吸附量随气体分压的增大而增大，近乎成直线关系；在气体平衡分压很大时，吸附量

§12.6液-固界面——润湿作用

§12.6 液-固界面——润湿作用 润湿过程：滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固-气界面，产生了新的液-固界面。这一过程称之为润湿过程。 润湿过程可以分为三类，即：粘湿、浸湿和铺展 一、粘湿过程 定义：液体与固体从不接触到接触，使部分液-气界面和固-气界面转变成新的固-液界面的过程。 设各相界面都是单位面积，该过程的Gibbs 自由能变化值为： a W 称为粘湿功。 注：粘湿功的绝对值愈大，液体愈容易粘湿固体，界面粘得愈牢。 二、浸湿过程 定义：在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气-固界面转变为液-固界面的过程称为浸湿过程。 该过程的Gibbs 自由能的变化值为： i W 称为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故又称为粘附张力。 注：0≤i W 液体能浸湿固体。 三、铺展过程 定义：等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这种过程称为铺展过程。 等温、等压条件下，可逆铺展单位面积时，Gibbs 自由能的变化值为 S 称为铺展系数，若S ≥0，说明液体可以在固体表面自动铺展。 四、接触角与润湿方程 1、接触角：在气液固三相交汇点固液界面的平面与气液界面的切线通过液体内部的夹角。 2、杨氏方程：g l s l g s Cos ,,,γγγθ-= 可以利用实验测定的接触角和气-液界面张力，计算润湿过程的一些参数： l-s l-g s-g G γγγ?=--a l-s l-g s-g W G γγγ=?=--l s g s i G W γγ--?=-=l s g l g s G γγγ---?=+-g s g l l s S G γγγ---=-?=--a g l (1cos )W γθ-=-+i g l cos W γθ-=-g l (cos 1)S γθ-=-

固气界面吸附

固气界面吸附 吸附是指流体（气体或液体）与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表面并附着在这些表面上形成单分子层或多分子层的过程。 固体表面的特点 和液体一样，固体表面上的原子或分子的力场也是不均匀的，所以固体表面也有表面张力和表面能。但由于固体分子或原子不能自由移动，因此它表现出以下的特点： 1固体表面分子（原子）移动困难固体表面不像液体那样易于收缩和变形，因此固体表面张力的直接测定比较困难。任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面维于收缩，所以只能靠降低表面张力的方法来降低表面能，这也是固体表面能产生吸附作用的根本原因。 2固体的表面是不均匀的从原子水平上看，固体的表面是不规整的，存在多种位置，有附加原子，台阶附加原子，平台，平台空位，扭结原子等等。这些表面原子的差异，主要表现在它们的配位数的不同。这些不同类型的原子，它们的化学行为也不相同，吸附热和催化活性差异很大。另外，表面态能级分布是不均匀的，不同于均匀的体内电子态。 3固体表面层的组成不同于体相内部固体表面除在原子排队布及电子能级上与体相有明显不同外，其表面化学组成也往往与体相存在很大的差异。由多种元素组成的固体，由于具有趋势向于最小表面自由能及吸附质的作用，使某一元素的原子从体相向表层迁移，从而使它在表层中含量高于在体相的含量，这种现象称为表面偏析。它不仅与固体的种类及所暴露出的晶面有关，还受环境气氛的影响。 总之，固体表面结构和组成的变化，将直接影响到它的使用性能，吸附行为和催化作用等。 吸附等温线 当气体在固体的表面发生吸附时，固体叫做吸附剂，气体叫做吸附质。在发生气固吸附时，在一定的条件下（T，p），单位质量的固体在达到吸附平衡时，吸附气体的体积V（换算成标准状态下（STP）或物质的量称为吸附量q。 如q=V/m 实验表明，对于给定的系统（即一定的吸附剂与一定的吸附质），达到吸附平衡时的吸附量与温度和压力有关，即q=f(T,P) 在固定一个变量时，可以有三种吸附曲线，这三种吸附曲线是相互联系的，从一种吸附曲线可以得到另一种吸附曲线。三种吸附曲线各有用处，其中以吸附等温线被人们研究得最多。通过对吸附情况的实验测定，人们可以了解固体的许多性质，如表面积，孔径分布等。

润湿作用

润湿作用 关键词：表面张力比表面能 第一节润湿作用 润湿是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质及界面能的变化，其润湿的程度可以用接触角的大小来判断。 一、表面张力与表面过剩自由能 表面张力与表面过剩自由能是描述物体表面状态的物理量。 液体表面或固体表面的分子与其内部分子的受力情形是不同的，因而所具有的能量也是不同的。以液体为例，如图1－1所示，处在液相内部的分子，四周被同类分子所包围，受周围分子的引力是对称的，因而相互抵消，合力为零；处在液体表面的分子则不然，因为液相的分子密度远大于气相的分子引力，致使合力不再为零，而是具有一定的量值且指向液相的内侧。由于这个拉力的存在，使得液体表面的分子，相对于液体内部分子处于较高能量态势，随时有向液体内部迁移的可能，处于一种不稳定的状态。液体表面分子受到的拉力形成了液体的表面张力，相对于液体内部所多余的能量，就是液体的表面过剩自由能。由于表面张力或表面过剩自由能的存在，在没有外力作用时，液体都具有自动收缩其表面成为球形的趋势，这是因为在体积一定的几何形体中球体的表面积最小。 图1-1液体表面分子与内部分子能量的不同

图1-2表面张力实验示意图 图1－2是表面张力实验的示意图。Ⅱ形框架的AB边是可以上下滑动的，长度为ι。将框架直立于液体中，AB边也被浸没。缓慢地提起AB边，便在框架内形成一个逐渐扩展的液体薄膜。随着液膜的扩展，提起长度为ι的AB边所需要的力也要逐渐增加。设：当AB边提升到高出液面h的位置时，为保持液膜平衡而不收缩，需要施加的力为F，则此力F应与液膜的两个表面所提供的力相平衡。ι越长，F值越大。因此，在A B边上，单位长度液面上受的力为： F=γ·2ι（1-1） 比例系数γ定义为表面张力系数，表示垂直通过液体表面任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力，常简称为表面张力。 表面张力的量纲是〔力/长度〕，常用的单位是N/m（牛顿/米）。某一种液体，在一定的温度和压力下，有一定的γ值。因为温度升高时，液体分子间的引力减少，共存的气相蒸气密度加大，所以表面张力总是随温度的升高而降低。故测定表面张力时，必须固定温度，否则会造成较大的测量误差。 液体的表面张力是表面紧缩力，它使液体表面积有自动缩小的趋势。若要扩展液体的表面，即要把液相内的一部分分子移到表面上来，则必须克服其向液相内侧的拉力而作功，因此，液体自动收缩表面的趋势，也可以从能量的角度来解释。设：当表面扩展的微面积为dA时，表面张力所作的元功为－δW，因为表面分子受到的指向液相内侧的拉力，要扩展表面，液相内部的一部分分子，就要向表面移动，所以作负功。在表面扩展过程中，元功－δW与微面积增量dW成正比，令γ为比例系数，则有： －δW=γ·dA（1-2） 又因为在怛温恒压条件下，在表面扩展的过程中，体系对外界所做的功即为δW，而δW应等于在此过程中体系自由能的减少一Dg T.P,故（1－2）式可以写作 dG T.P=γ·dA 亦即

固液界面的吸附

固液界面的吸附

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实验四 固液界面上的吸附 一．实验目的 １. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线,求出Freu ｎd ｌic ｈ等温式中的经验常数。 ３. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附,验证弗伦特立希（Ｆreund ｌich)吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 (一)计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时,固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同,即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 Γ=Ｖ(C 0－C)／m (1） 式中:m ——吸附剂的质量(g) Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度(1 -?L mol ) Ｃ０——被吸附物质的初始浓度(1 -?L mol ) V ——所用溶液的总体积(L ） 在 Ｖ 、C ０ 、m 已知的情况下,Γ和C 的关系如何呢? 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下,它在中等浓度溶液中的吸附量 与溶质平衡浓度的关系，可用Freun ｄlich 吸附等温式表示:Γ＝n kC m x 1 = （2) 式中：m ——吸附剂的质量（g ） x ——吸附平衡时吸附质被吸附的量(mo ｌ） m x ——平衡吸附量(1-?g mol )

Ｃ——吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（1 -?L mol ） ｋ、n ——经验常数(与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（２）取对数,得 k C n m x lg lg 1 lg += (3) 以m x lg 对c lg 作图，可得一条直线，直线的斜率等于n 1，截距等于k lg ，由此可求得n 和 ｋ。 （二)本实验操作原理: 本次实验是在活性炭—醋酸体系中，验证Freu ｎdl ｉｃh 吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和ｋ: Na ＯH+ＨAc ＝=ＮaAc+Ｈ2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH 的量，可知ＨAc 的浓度c ，再根据 (1)式计算Γ值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器:15０ｍl 磨口具塞锥型瓶６个，１50ml 锥型瓶６个,长颈漏斗6个，称量瓶1个,50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5m ｌ移液管1支,10ml 移液管２支,25ｍl 移液管3支，电子天平1台,恒温振荡器1套,定性滤纸若干。 试剂:活性炭(2０～40目,比表面３00~4０0ｍ２ ／ｇ)，0.41-?L mol HAc 溶液,0.10０01 -?L mol ＮaOH 标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 1． 打开恒温振荡器的开关,预热10分钟，调节温度为25℃。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号,并各称入1．0克活性炭。 ３． 用移液管按下表分别加入0．４1 -?L mol HA ｃ和蒸馏水,并立即盖上塞子，置于25℃恒温振荡器中,调节好速度，摇荡一小时。 ４． 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V 取样,放入１~6标号的小锥形瓶中,各加入５滴酚酞指示剂，用N ａOH 标准溶液各滴定两次(滴至粉红色刚好不褪去)，碱量取平均值记入下表。 ５. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器,关闭电源,整理实验台。 五、数据记录及处理 1. 将实验数据记入表,计算吸附前各瓶中醋酸的初浓度Ｃ０和吸附平衡时的浓度C,并按(１）

表面活性剂的润湿性能

表面活性剂的润湿性能 一、润湿功能 例子：水润湿玻璃，加入表面活性剂润湿容易；水滴在石蜡上，石蜡几乎不被润湿，加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了；较厚的毛毡或棉絮放入水中，很难渗透，加入一些表面活性剂就容易浸透了。 表面活性剂具有渗透作用或润湿作用 所谓润湿是指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程。 润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。 1.润湿过程润湿作用是一个过程。润湿过程主要分为三类：沾湿、浸湿和铺展。产生的 条件不同。其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。 （1）沾湿主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程，在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。如喷洒农药，农药附着于植物的枝叶上。 沾湿附着发生条件：△G A=γSL-γSG-γLG＜0 W A=γSG-γSL+γLG≥0 （沾湿） 式中：γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力 （2）浸湿浸湿是指固体浸入液体的过程，原有的固气界面空气被固液取代。如洗衣时衣物泡在水中；织物染色前先用水浸泡过程 浸湿发生条件：△G i=γSL-γSG≤0 W i=γSG-γSL≥0 （W i：浸湿功） （3）铺展液体取代固体表面上的气体，固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。 铺展发生条件为：△G S=γSL+γLG-γSG≤0 S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：铺展功） 一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然能够发生。 从润湿方程可以看出：固体自由能γSG越大，液体表面张力γLG越低，对润湿越

固液界面的吸附

实验四固液界面上的吸附 1. 了解固体吸附剂在溶液中的吸附特点。 2. 做出在水溶液中用活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich等温式中的经验常数。 3. 通过测定活性炭在醋酸溶液中的吸附，验证弗伦特立希（Freundlich ）吸附等温式对此体系的适用性。 二、实验原理 （一）计算依据： 当一溶液与不溶性固体接触时，固体表面上溶液的成分常与体相溶液内部的不同，即在固-液界面发生了吸附作用。由于溶液中各组分被固体吸附的程度不同，吸附前后溶液各组分的浓度将发生变化，根据这种变化可计算出吸附量。 r =V （C0-C）/m ⑴ 式中：m 吸附剂的质量（g） C――吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（mol I，） C0――被吸附物质的初始浓度（mol丄‘） V ――所用溶液的总体积（L） 在V、C O、m已知的情况下，r和C的关系如何呢？ 活性炭是一种高分散的多孔性吸附剂，在一定温度下，它在中等浓度溶液中的吸附量与 1 x — 溶质平衡浓度的关系，可用Freundlich吸附等温式表示：r = kC n m ⑵ 式中：m 吸附剂的质量（g） x ----- 吸附平衡时吸附质被吸附的量（mol） ---- 平衡吸附量（mol g '）

m C――吸附平衡时被吸附物质留在溶液中的浓度（mol L^ ） k、n――经验常数（与吸附剂、吸附质的性质和温度有关）。将式（2）取对数，得 x 1 lg lg C lg k （3） m n x 1 以lg 对lg c作图，可得一条直线，直线的斜率等于，截距等于lgk，由此可求得n和m n k。 （二）本实验操作原理： 本次实验是在活性炭一醋酸体系中，验证Freundlich吸附等温式的适用性，并求出经验常数n 和k： NaOH+HAc==NaAc+H2O 根据这个中和反应，计量滴定所用的NaOH的量，可知HAc的浓度c,再根据（1）式计 算r值，即可作图。 三、仪器试剂 仪器：150ml磨口具塞锥型瓶6个，150ml锥型瓶6个，长颈漏斗6个，称量瓶1个，50ml 酸式、碱式滴定管各1支，5ml移液管1支，10ml移液管2支，25ml移液管3支，电子天平1台，恒温振荡器1套，定性滤纸若干。 试剂：活性炭（20?40目，比表面300?400m2/g） , 0.4 mol I* HAc溶液， 0.1000 mol L NaOH标准溶液，酚酞指示剂。 四、实验步骤 l. 打开恒温振荡器的开关，预热10分钟，调节温度为25 C。 2. 将6个干净的磨口具塞锥型瓶编号，并各称入 1.0克活性炭。 3. 用移液管按下表分别加入0.4mol L 4HAc和蒸馏水，并立即盖上塞子，置于25C恒温振 荡器中，调节好速度，摇荡一小时。 4. 从各号瓶中按下表所规定的平衡取样量V取样，放入1~6标号的小锥形瓶中，各加入5 滴酚酞指示剂，用NaOH标准溶液各滴定两次（滴至粉红色刚好不褪去），碱量取平均值记 入下表。 5. 用过的活性炭回收于托盘中，清洗仪器，关闭电源，整理实验台。

沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题

一、润湿作用 凝聚态物体表面一种流体被另一种流体取代的过程称为润湿。 润湿过程分为三类，即在日常生活中经常遇到的沾湿、浸湿和铺展。 1、沾湿 液体取代固体表面气体，液体不能完全展开的过程称为沾湿。 sl sg A W G =-+=?-γγγlg （黏附功） 当W A>0时，沾湿过程才是自发的。 固－液界面取代液－气界面和气－固界面的过程 2、铺展 液体在固体表面展开成薄层，此过程称为铺展。铺展是固气界面消失，气液界面和固液界面形成的过程。 G sl gs s = --=?-γγγlg （铺展系数） 铺展系数S>0，过程自发进行。 3、浸湿 固体浸于液体中的过程称为浸湿。此过程是固气界面被固液界面取代，气液界面无变化，此过程自由能变化为 sl sg I W G =-=?-γγ（浸润功） WI>0，过程自发进行。 二、接触角与Young 方程 将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上，若不铺展，将形成一平衡液滴，其形状由固液气三相交界面处所作气液界面之切线经液滴至固液界面所成之夹角决定，此角称为该种液体在所研究固体表面上之接触角，或称润湿角。接触角常以θ表示。

γθ< 90? θ> 90? ?接触角θ与各个界面张力 γγγcos lg =-sl sg 该式称为Young 方程或润湿方程。 θ越小，润湿过程越易进行。 习惯上，θ>90℃, 为不润湿 θ<90℃, 为润湿 三.决定和影响接触角大小的一些因素 1.物质的本性 对于指定的固体，液体表面张力越小，其在该固体上的θ也越小。对于同一液体，固体表面能越大，θ越小。 θ反应了液体与固体表面亲和作用大小，亲和力越强越易于在表面上展开， θ越小。 2.接触角滞后现象 若液体与固面无相对运动时，所形成的两个接触角是相等的即平衡接触角θe ； 若液体与固体发生相对运动时，则会形成两个不同的接触角。较大的θa 称为前进接触角，较小的θr 称为后退接触角。这种θa ＞θr 的现象称为接触角滞后。 3.吸附及其他因素对接触角的影响 固体表面，特别是高能固体表面能自发地从周围环境中吸附某些组分而降低表面能，同时也改变了表面性质，从而影响θ大小。

液固界面接触角的测量实验

液-固界面接触角测量实验 一、实验目的 1、了解固体表面的润湿过程与接触角的含义与应用 2、了解接触角的常用测量方法，掌握该实验中用到的量高法与量角法的原理 3、掌握JC2000C1接触角测量仪的使用方法 4、分析实验数据误差的来源与影响接触角的因素 二、实验原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。 图1 各种类型的润湿 当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。 图2 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即：γSV- γSL= γLV·cosθ(1)

式中γSV ，γLV ，γSL 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o -180o 之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。 接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在防腐、减阻、矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。 决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。 接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同, 可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率, 可分为静态接触角、动态接触角( 又分前进接触角和后退接触角) 和低速动态接触角。按照测试原理又可分为静止或固定液滴法、Wilhemly 板法、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。 量高法的测量原理：当1滴液体的体积小于6 μL 时，可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴呈标准圆的一部。如图3所示，只要测量液滴在固体表面上的高度h 以及与固体接触面的直径2r ，就可用式(2)计算出接触角。 r h 2arctan =θ（2） 图 3 量高法测接触角 量角法的测量原理：1)将等腰直角量角器的a 、b 两边下移，直到使角量角器的a 、b 两边分别和液滴相切；2)然后继续垂直下移等腰量角器，直到量角器的顶点和液滴边缘相交于点C ，从而确定液滴的最高点C 的坐标；3)最后绕着C 点逆时针转动，转动δ角度，直到a 边和液滴一气体一材料三相交点A 相交时，如图4所示，即可求出θ。

气体在固体上的吸附

气体在固体上的吸附 【摘要】据统计，世界上85%的化学制品要依靠催化反应制得，而催化与吸附关系密切，其中固体表面的吸附是多相催化的必经步骤，应用的最为广泛的是气固相的催化作用。笔者在本文中运用严谨的数学逻辑推理方法，论证中通过归纳、比较，指出吸附对于催化的重要意义，着力于BET公式的理论推导，同时进行了大量的理论上的证明与阐述，论述了气固相的吸附及其规律性。 气休在固体表面吸附的等温式通常可由动力学、热力学或统计力学等传统方法[1] 导出。但通常都只针对具体模型作推导, 而很少对方 法作较完整的论述。本文运用热力学方法, 在引人吸附相物质化学位表示式的基础上, 依据吸附平衡条件推导了各种典型的吸附等温式。 【关键词】催化；吸附；多分子层吸附；吸附热；吸附量；吸附表面；BET 公式。 吸附表面相模型 被吸附在固体表面的气体分子的动能小于固体表面吸附中心位阱时, 气体 分子在固体表面不能自由移动, 吸附呈定域形式。气体分子动能大于固体表面吸附中心位阱时, 气体分子在固体表面可以移动, 吸附呈离域形式[2]。1．单层定域吸附表面相模型具有N t个吸附中心的固体表面单层定域吸附了N t个气体分子, 且每个气体分子只占据一个吸附中心时, 吸附表面相由(Na 一N1)个空白中心和N l个结合在吸附中心上的吸附态分子的混合物构成, 混合物中粒子总数为N t。

2. 单层离域吸附表面相模型[3]具有Na 个吸附中心的固体表面单层离域吸附了N 1个气体分子而形成的吸附表面相由N 0个吸附中心和N : 个吸附态分子的混合物构成, 混合物中粒了总数为(N+ N 1 )。 3.多层吸附表面相模型 发生n 层吸附形成的吸附表面相是在发生了(n 一1) 层吸附而形成的表面上进一步发生单层吸附而得的吸附表面相. 当吸附中心在固体表面的分布是均匀的, 且被吸附了的分子之间无相互作用时, 空白中心与吸附态分子之间的混合是理想的。 吸附等温式 https://www.wendangku.net/doc/7b15031404.html,ngmuir 吸附等温式 根据Langmuir 假定[4]，气体在固体表面发生单层定域吸附。吸附中心的分布是均匀的。被吸附了的气体分子间无相互作用. 由上述吸附表面相模型可得吸附表面相的GibbS 自由能 （1-1） 其中Ns —吸附中心总数; N 1—被吸附了的气体分子数; μs * —纯态空白中心化学位;μ1* — 纯态的结合在吸附中心上吸附态气体分子化学位, 显然, μs *和μ1 *可是指定压力下纯态的化学位, 故只是温度的函数。 吸附态气体分子化学位μ1为: 1 1 11111 1ln )(ln ln )()(1 N N N KT N N KT N N N KT N G s s s s s s PN T s -+-=+---=??=****μμμμμ （1-2） 设气体为理想的，则气体分子化学位μ为：θ θμμp p KT g g ln += （1-3） 其中P 是气体的分压。 吸附达到平衡时，应有μg =μ1。结合（1-2）和（1-3）得: s s s s s s N N KT N N N N KT N N N N Ns G 11111ln ln )()1(--++-=* *μμ

液-固及液-气(空气)界面现象

7.4 液-固及液-气（空气）界面现象 7.4.1润湿现象 7.4.1.1 接触角 液体对固体表面的润湿作用是界面现象的一个重要方面，它主要研究液体对固体表 面的亲合状况。例如水能润湿玻璃，但不能润石蜡。荷叶上的水珠可以自由滚动，说明水不能润湿荷叶。一般来说，若液体能润湿固体，则液体呈凸透镜状；若不能润湿，则呈椭球状，如图。液体对固体的润湿的程度可用接触角来衡量。所谓接触角就是固-液界面经液相到气-液界面所转过的角度。接触角越小，润湿越好。一般以θ=90°为分界线。θ＜90°，为能润湿；θ=0°为完全润湿。θ＞90°，为不润湿；θ=180°，为完全不润湿。 现在我们导出接触角与界面张力之间的关系。点O 的液体受到三个表面张力的作用：s g -σ力图将点O 的液体拉向左方，以覆盖气-固界面，使气-固界面缩小；s l -σ力 图将点O 的液体向右拉，以缩小液-固界面； l g -σ力图将点O 的液体沿切线方向向上拉，以缩小液-气界面。在固体为光滑平面的情况下，润湿平衡时，有 s g -σ=s l -σ+l g -σθcos 或 （1） 式（1）就是表示界面张力和接触角关系的杨氏（Yong ）方程。因θcos ≤1，所以 l g s l s g ----σσσ≤1 或 s l s g ---σσ ≤l g -σ 或 （2）

所以由下面的公式和图形可得上图。 l g s l s g ----= σσσθcos 所以完全润湿的条件为 s l s g ---σσ＞l g -σ 即 （3） 完全不润湿的条件为 s l s g ---σσ＜-l g -σ 即 （4） 7.4.1.2 粘附功、内聚功、浸湿功和铺展系数 恒温恒压可逆条件下，将气-液和气-固界面转变为液-固界面，如果各界面都是单位面积时，该过程吉布斯自由能的变化是 G ?=l g s g s l -----σσσ= W a （5） W a 叫粘附功（work of adhesion ）。W a 越负，液体越易润湿固体。式（5）中的s l -σ和s g -σ较难测定，但可由式（1）l g s l s g ----=σσσθcos 将其消去： W a ＝－l g -σθcos －l g -σ＝－l g -σ（1+θcos ） （6） 由式（6）可测量W a 。如果ΔG ＞0，即 s l -σ＞l g s g --+σσ （7） 则液体不能润湿固体。式（7）就是式（4）。如果把上面的固体改成液体，则 s l s g --l g - l g -润湿 不润湿 完全不润湿 完全润湿 0 2π π θ→ cos θ

表面活性剂的润湿作用

表面活性剂的润湿作用 作者：xhh 指导教师： 作者单位： 学科专业： 2010年11月

摘要 表面活性剂是指在溶剂中加入很少量即能显著降低溶剂表面张力，改变体系界面状态的物质。表面活性剂可以产生润湿或反润湿，乳化或破乳，分散或凝集，起泡或消泡，增溶等一系列作用。素有"工业味精"之美称，广泛应用于洗涤剂、纺织、皮革、造纸、塑料、橡胶、农药、冶金、矿业、医药、建筑、化妆品等工业。它是精细化工最重要的产品之一。 表面活性剂能够显著降低体系的表面或表面张力，当浓度超过临界胶束浓度时，在溶液内部形成胶束，从而产生日常生活中的多种作用，其中破乳与乳化作用就是其各种重要作用之一。表面活性剂的发展十分迅速，其应用领域很广，如食品、制药、纺织、金属加工、石油、建筑等行业。 关键字：表面活性剂、润湿功能、作用原理、影响因素、 应用实例

目录 前言 (4) 一、润湿过程 (4) 二、表面活性剂的润湿作用 (5) 1.在固体表面发生定向吸附 (5) 2.提高液体的润湿能力 (5) 三、润湿剂 (6) 四、表面活性剂在润湿方面的应用 (6) 1.矿物的泡沫浮选 (6) （1）定义 (6) （2）浮选法原理 (6) （3）浮选过程 (7) 2.金属的防锈与缓蚀 (8) 3.织物的防水防油处理 (8) (1)防水处理 (8) (2)防油处理 (8) 参考文献： (10)

前言 润湿广泛存在于自然界的一种现象,最为普通的润湿是固体表面的气体被液体所取代,或是固-液界面上的一种液体被另一种液体取代。例如:洗涤.印染.润滑.农药喷洒等;还有一些场合往往不希望润湿发生,例如:防水.防油.防锈等。 润湿：是指一种流体被另一种流体从固体表面或固-液界面所取代的过程。即润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。 润湿是一种十分普遍的现象，常见的润湿过程是固体表面的气体被液体取代，或是固-液界面上的一种液体被另一种液体所取代。例如洗涤、印染、润滑、原油开采等润湿是前提。但有些场合又要防止润湿，如防水、防油等。 一、润湿过程 润湿过程分为三类：沾湿、浸润和铺展，产生不同的过程条件不同。 1.沾湿：主要指液-气表面和固-气表面的气体被液体取代的过程。如农药的喷洒时农药附着于植物的叶面上。 2.浸润：指固体浸入液体的过程，如洗衣时将衣物泡在水中。 3.铺展：液体取代固体表面上的气体，将固-气表面用固-液界面取代的同时，液体表面能够扩展的现象即为铺展。 通常用接触角θ来衡量润湿程度。θ?900，液体不润湿，θ?900 ，润湿，θ= 00，液体能在表面上自发展开或铺展。