大學(xué)物理化學(xué)核心教程第二版沈文霞課后參考答案第9章

1、第九章第九章表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象一基本要求一基本要求1了解發(fā)生各種表面現(xiàn)象的根本原因，掌握表面Gibbs自由能和表面張力的概念，了解它們的異同點。2了解彎曲表面下附加壓力產(chǎn)生的根本原因，知道附加壓力與曲率半徑的關(guān)系，會熟練使用Laplace公式。3了解彎曲表面下的蒸氣壓與平面相比有何不同，能熟練使用Kelvin公式計算凸面和凹面下的蒸氣壓，會用這個基本原理來解釋常見的過飽和現(xiàn)象。4了解產(chǎn)生表面吸附的原因，會使用Gibbs吸附等溫式解釋表面活

2、性劑和非表面活性劑的表面超額情況。5了解表面活性劑在潤濕、發(fā)泡、增溶、乳化、洗滌等方面的作用。6了解固體表面吸附的基本原理和會使用吸附等溫式。二把握學(xué)習(xí)要點的建議二把握學(xué)習(xí)要點的建議所有表面現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，是由于表面分子（原子）受力不均勻所造成的。就是由于表面分子（原子）具有這個不平衡的剩余力場，使得固體和液體表面都有吸附能力，使得在彎曲表面下產(chǎn)生附加壓力，而由于這個附加壓力使得彎曲表面上的蒸氣壓與平面不同，因而產(chǎn)生了一系列的過飽和

3、現(xiàn)象。所以，本章主要掌握表面現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因和Laplace公式、Kelvin公式和Gibbs吸附等溫式的意義和運用。表面Gibbs自由能和表面張力雖然數(shù)量相同，用同一符號表示，但它們的物理意義和單位卻不同，是從不同的角度來闡述表面分子受力不均勻的情況。這一章計算題的類型不多，主要使用Laplace公式、Kelvin公式和Gibbs吸附等溫式來做相應(yīng)的計算。但表面化學(xué)基本原理的應(yīng)用面卻十分廣泛，表面現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活、生命和環(huán)境等各個方

4、面處處都有體現(xiàn)，各種表面活性劑被廣泛應(yīng)用于化工、制藥、紡織、食品、采礦、農(nóng)業(yè)及洗滌等各種領(lǐng)域。在學(xué)習(xí)這一章時應(yīng)結(jié)合自己的專業(yè)實際和生活環(huán)境，將所學(xué)的表面化學(xué)的基本原理與實際的生產(chǎn)、生活進(jìn)行聯(lián)系，以加深對基本原理的理解和拓寬有關(guān)應(yīng)用的知識面。三思考題參考答案三思考題參考答案1表面Gibbs自由能與表面張力有哪些共同點和不同點？答：它們的共同點是：①都反映了表面分子（或原子）受力不均勻的情況；②兩者的數(shù)值相同，通常用同一個符號表示。它們的不

5、同點是：①兩者的物理意義不同，表面自由能是指在等溫、等壓、保持組成不變的條件下，可逆地增加單位表面積時，系統(tǒng)Gibbs自由能的增值。表面張力是指垂直而在有機(jī)液體中溶解的空氣一般都很少，在加熱過程中沒有空氣泡產(chǎn)生，而要讓有機(jī)物本身的蒸氣形成氣泡，這個新的氣相的產(chǎn)生是十分困難的。因為處于液體內(nèi)部的蒸氣泡的內(nèi)表面是凹面，凹面上所產(chǎn)生的附加壓力與氣泡中的蒸氣壓的方向相反，根據(jù)Kelvin公式，氣泡越小，曲率半徑越小，氣泡內(nèi)的壓力也就越小。當(dāng)升溫

6、至正常沸點溫度時，由于氣泡內(nèi)蒸氣的壓力仍小于外壓，所以有機(jī)溶液不會沸騰。于是就繼續(xù)升溫，隨著溫度的升高，蒸氣的壓力也不斷升高，當(dāng)氣泡終于出現(xiàn)時，開始形成的氣泡是很小的，泡內(nèi)的附加壓力很大，而蒸氣壓就很小，比液面上的外壓小，所以還看不到溶液沸騰。于是還要繼續(xù)加溫，這時的溫度實際上已超過了它的正常沸點。這樣，以下幾種因素相繼加在一起，就會發(fā)生暴沸：①隨著蒸氣壓增大，氣泡變大；②隨著氣泡變大，曲率半徑增大，凹面上的附加壓力變??；③隨著附加壓力

7、變小，氣泡內(nèi)的蒸氣壓增加，使氣泡迅速漲大；④氣泡在上升的過程中，液柱對氣泡的壓力變小，促使氣泡漲得更大，上升得更快。由于這時有機(jī)液體的溫度已超過了它的正常沸點，幾乎所有的液體都想在瞬間變成蒸氣沖出，這就形成了暴沸。發(fā)生暴沸的后果是很嚴(yán)重的，既浪費了產(chǎn)品，又有可能引發(fā)燙傷、損壞儀器和失火等事故。要防止暴沸，實際就是要防止過熱液體的生成，則必須給有機(jī)液體提供成泡中心。沸石是多孔固體，儲存在小孔中的空氣在加熱過程中逸出，可以提供成泡中心，使得

8、開始形成的蒸氣泡不是太小，使氣泡內(nèi)的蒸氣壓與平面上的蒸氣壓相差不要太大，到達(dá)沸點時氣泡上升，攪動溶液，保持正常的沸騰狀態(tài)。所以，在有機(jī)物蒸餾時，加了沸石或加了能提供成泡中心的其它多孔性物質(zhì)，或者加一頭封閉的玻璃毛細(xì)管，都可以達(dá)到防止暴沸的效果。6在噴灑農(nóng)藥時，為什么要在農(nóng)藥中加表面活性劑？答：植物有自身的保護(hù)功能，在葉子表面有蠟質(zhì)物，可防止被雨水潤濕，避免莖葉在下雨天因淋濕變重而被折斷。如果農(nóng)藥是普通水溶液，與葉子表面的接觸角大于90，