界面化学问答.doc

1问答题1 何谓增溶作用？简述表面活性剂增溶作用的机理答：增溶作用：不溶解于水的物质，在不使用醇及其它溶剂的情况下，由于添加少量表面活性剂（C > CMC）而透明地溶解于水的现象称为增溶增溶机理：（1）夹芯型增溶，增溶饱和脂肪烃、环烷烃以及其它不易极化的化合物于内核 ；（2）栅栏型增溶，即增溶质被增溶的位置在胶束内核的外部，与极性基相连的α 亚甲基之间形成“栅栏”结构区，增溶较长的极性分子，如长链醇、胺等 ；（3）吸附型增溶，即增溶质被吸附于胶束表面此类增溶质往往是高分子或者多官能基的甘油、蔗糖以及一些染料另外，一些油、水相都不溶的小分子，例如邻苯二甲酸二甲酯也属于此类 ； （4）聚氧乙烯醚链间增溶，增溶质增溶于 PEO 链之间，此类增溶方式只存在于聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的胶束溶液，相应的增溶质有苯酚、苯胺等2 何谓非离子型表面活性剂的浊点？解释其产生的原因及影响因素答：非离子型表面活性剂的浊点：聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂在水中溶解度随升高温度而降低，而且升达某温度时会发生混浊分相，通常称此温度为浊点，浊点也是一个可逆的相转变点产生的原因：水中的乙氧基链往往呈现醚基朝外的曲折型构象，朝外的醚基与水形成弱化学键—氢键，而且每个醚基能吸引 20~30 个水化水。

升高温度，分子链的热运动加剧，会脱去氢键，乙氧基链的亲水性降低，最终由水中析出而相分离影响浊点的因素：①疏水基 ：对于具有相同链长的聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂，其疏水基碳链越长，浊点越低支化度增大，特别是支链长度接近时，可能会影响亲水基的水化能力，从而降低亲水性，T p下降②亲水基 ：随乙氧基链长的增长，相同疏水基的聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的浊点则升高而其聚氧乙烯醚链长不变，若将端羟基用甲氧基取代则 Tp也会下降③电解质 ：不太敏感，通常电解质的加入，亲水性也会相应降低， Tp 则随之降低但是，如果加入 HCl 则相反， Tp 会升高，而 LiCl 则几乎无作用④极性有机物 ：加入极性有机物，例如脂肪醇，则聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的 Tp 明显降低，而且，脂肪醇的碳链愈长， Tp 降幅愈大⑤水结构调节剂：加入促进剂，亲水性降低， Tp 降低反之加入破坏剂，则亲水性提高， Tp 上升3 何谓离子型表面活性剂的 Krafft 温度？简述 TK的物理意义及其影响因素答：离子型表面活性剂的 Krafft 温度：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为 Krafft 点。

2Tk 的意义：①T> p*(液体饱和蒸气压)，因而容易沸腾，并且沸石内部吸附的空气，也因受热而脱附，成为形成气泡气核，又因沸石与瓶底紧密相接，而成为局部过热处，两者相接处的液膜在瞬间过热， pr＞ p*，便成为微泡，使沸石跳动，结果便成为一新气泡上升5．用三通活塞，在玻璃管的两端吹两个大小不等的肥皂泡，当将两个肥皂泡相通时，两个泡的大小有何变化?答：小泡变小，大泡变大，直到两边曲率半径相等时这是因为肥皂泡是曲面，表面上有附加压力，这个压力指向曲面圆心根据拉普拉斯公式，曲率半径越小，附加压力越大小泡受的附加压力比大泡大，则内部的平衡压力也比大泡大当活塞打开后，小泡中部分空气向大泡转移，所以小泡变小，大泡变大，直到两边曲率半径相等7．为什么水在玻璃管中呈凹形夜面，而水银则呈凸形？答：因水与玻璃的接触小于90°，水的表面的附加压力为负值，这样就使水在玻璃管中呈凹面而水银与玻璃的接触为大于90°，水银表面的附加力为正值，因而水银在玻璃管内呈凸形液面第十二章思考题1.纯液体，溶液和固体，它们各采用什么方法来降低表面能以达到稳定状态？这种现象在日常生活中有何应用？ 液体尽可能缩小表面积，液滴、气泡都呈球状;溶液除收缩表面积外，还能调节表面浓度（表面吸附）以降低表面能，固体主要靠吸附来降低表面能。

2.已知水在两块玻璃间形成凹液面，而在两块石蜡板间形成凸液面试解释为什么两块玻璃间放一点水后很难拉开，而两块石蜡板间放一点水后很容易拉开 水在两玻璃和两石蜡板间的状态如下图对玻璃板，附加压力 Δp 指向液体外部，说明液体压力 P 小 于外压力，且两板越靠近，此压力差越大，使两板难以拉开石蜡板的情况相反，液体压力 p 大于外压力,易于拉开3.如下图，在一玻璃管两端各有一大小不等的肥皂泡4当开启活塞使两泡相通时，试问两泡体积将如何变化？为什么开启活塞后，大泡将变大，小泡将变小活塞关闭时， 由于肥皂泡膜产生附加压力，Δp=p 内－p 外＝４σ/r.泡 的半径 r 越小，附加压力越大， 而大、小泡的 p 外是相同 的，故小泡内空气压力大于大泡内空气压力活塞后，小 泡内空气就流向大泡，导致小泡变成更大4.如下图，试标出玻璃毛细管 2～4 中水 面位置及凹凸情况玻璃管 1 水面的高度是平衡位置，四支毛细管直径相同 2 管中水面只能上升到 a 处，凹液面 ；3 管中水面上升至 b 处，凹液面; 4 管中的水面垂直高度同 1管，凹液面 5.如下图，玻璃毛细管 A 插入水中后，水面上升高度应能超过 h，因此推断水会从弯口 B 处不断流出，于是便可构成第一类永动机，如此推想是否合理？为什么？ 不合理，由于毛细管上方弯曲，当液面上升到顶端后，又沿弯曲管下降到弯口 B 处，液面下降时，由于弯曲部分 液体受到重力作用，使凹液面的曲率半径由 r 增大到 r',故 附加压力也相应减小到 Δp'＝２σ/r。

到 B 处，Δp'与 B 处 高度的静压力达到平衡，曲率不再变化（仍是凹液面） 故水滴不会落下6.分散度很高的细小固体颗粒的熔点比普通晶体熔点要高些、低些、还是一样？为什么会有过冷液体不凝固的现象？ 因为细小晶体颗粒比大颗粒具有更高的表面能，在较低的温度下即可达到晶体熔化所需的能量，故细小的熔点比普通晶体熔点要低些液体在凝固时首先形成极细小的晶核，而小晶核的熔点低于正常熔点故在正常凝固点时，不能形成小晶核，必须在更低的温度下才能形成，这就是过冷液体不凝固的现象7．表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是否是一个概念？ 答：表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是三个不同的概念表面浓度是表面上每单位体积中所含溶质的摩尔数表面吸附量与表面过剩量是同一个概念，表面吸附量是指溶液单位表面上与溶液内部相应部分的所含溶质的过剩量，即表面浓度与本体浓度之差对于由表面活性剂形成的溶液，由于体相浓度与表面浓度相比，其值甚小，因此， 表面浓度之值与表面吸附量之值相近或一致8．水在玻璃管中呈凹形夜面，但水银则呈凸形为什么？ 答：因水与玻璃的接触小于 90°，水的表面的附加压力为负值，这样就使水在玻璃管中呈凹面而水银与玻璃的接触为大于 90℃，水银表面的附加力为正值，5因而水银在玻璃管内呈凸形液面。

9．在装有部分液体的毛细管中，当一端加热时，如图所示；(a) 润湿性液体向毛细管哪一端移动？ (b) 不润湿液体向哪一端移动？ 为什么？ 答：(ａ)的情况，水液柱向着远离加热点(即向左)移动；(ｂ)的情况，水银柱面向着加热点(即向右)移动因此表面张力随温度的升高而降低加热处表面张力减少，未加热处不变在表面张力作用下，(ａ)润湿性液柱向左移动，(ｂ)不润湿性液柱向右移动10．表面活性剂在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面上，还是以胶束的形式存在于溶液中？为什么？答：表面活性剂在溶液表面形成定向排列，以降低水的表面张力，使体系趋向稳定，但在溶液内部，表面活性剂也能把增水基团靠在一起，形成胶束，一般来说，浓度较稀时以定向排列吸附在表面为主，但溶液内部也可能有简单的胶束形成；随着表面活性剂的浓度增加，表面定向排列增加的同时，内部胶束数量也增多，一旦表面形成单分子膜，这时便达到临界胶束浓度，以后再增加表面活性剂浓度，只增加胶束数量，表面张力不再改变第十三章1．江河入海处，为什么常形成三角洲？江水中常常夹带大量泥沙，到入海处河道变宽，流速变慢，泥沙沉积江水中的泥沙微粒是带负电的胶粒，碰到含有大量电解质的海水就凝聚下沉。

这样长时间的沉积就形成了三第 11 章 表 面 现 象1． 表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念？相同否？答：总的说来四者都是描述表面的过剩能量，但概念上有区别，表面能为物质表面较其内部多余的能量；若在 T，p 恒定时，这部分能量称为表面自由能（表面吉布斯自由能）；若在 T，p 恒定时，单位表面的自由能，便称为比表面自由能，其单位为 J·m－2，因 J＝N·m，故 J·m－2 也可化为 N·m－1，这样表面自由能又转变为另一 概念，成为垂直作用于单位长度相表面上沿着相表面的切面方向的力，称为表面张力虽然比表面自由能和表面张力的数值相同，也可混用，但概念有差别，前者是标量，后者是矢量3．铅酸蓄电池的两个电极，一个是活性铅电极，另一个是活性氧化铅电极，你是怎样理 解这理解这“活性”两字？答：这里活性是指铅或氧化铅处于多孔性，即具有大的比表面积，具有较高比表面自由能，处于化学活性状态这是在制备电极时经过特殊活化工序而形成6的高分散状态，根据热力学理论及表面性质，若铅蓄电池长期使用或者长期放置而未能及时充电，电极的高分散状态会逐渐减低，这种活性也就消失4 在化工生产中，固体原料的焙烧，目前很多采用沸腾焙烧，依表面现象来分析有哪些优点？答：沸腾焙烧是将固体原料碎成小颗粒，通入预热的空气或其它气体，使炉内固体颗粒在气体中悬浮，状如沸腾，这样就增大了固气间的接触界面，增强了传质与传热，使体系处于较高的化学活性状态。

5. 在滴管内的液体为什么必须给橡胶乳头加压时液体才能滴出，并呈球形？答：因在滴管下端的液面呈凹形，即液面的附加力是向上的，液体不易从滴管滴出，因此若要使液滴从管端滴下，必须在橡胶乳头加以压力，使这压力大于附加压力，此压力通过液柱而传至管下端液面而超过凹形表面的附加压力，使凹形表面变成凸形表面，最终使液滴滴下，刚滴下的一瞬间，液滴不成球形，上端呈尖形，这时液面各部位的曲率半径都不一样，不同部位的曲面上所产生附加压力也不同，这种不平衡的压力便迫使液滴自动调整成球形，降低能量使液滴具有最小的表面积6. 在进行蒸馏实验时要在蒸馏烧瓶中加些碎磁片或沸石以防止暴沸其道理何在？答：若无碎磁片或沸石，由于液体内部不易形成新相( 气相 )，因若形成新相的刹那间，该新气泡相的凹形表面的曲率很大，则根据开尔文公式，这样微小的气泡便自发消失，因此体系便不能在正常情况下沸腾，便会升高温度形成局部过热的介稳定状态，导至暴沸如果在液体内加上沸石，则在沸石表面的尖端有较大的凸端，此处 pr( 气泡内压强)＞＞p*(液体饱和蒸气压)，因而容易沸腾，并且沸石内部吸附的空气，也因受热而脱附，成为形成气泡气核，又因沸石与瓶底紧密相接，而成为局部过热处，两者相接处的液膜在瞬间过热，pr＞p*，便成为微泡，使沸石跳动，结果便成为一新气泡上升。

7．如果在一杯含有极微小蔗糖晶粒的蔗糖饱和溶液中，投入一块较大的蔗糖晶体，在恒温密闭的条件下，放置一段时间，这时这杯溶液有什么变化？答：任何物质的饱和溶液，当其中存在着大小不同的被溶解物质晶态物质时，实际上这些大小不同的同种晶态物质的溶解度是不同的，由公式：RTn(Cr/C*)＝2Mrσ(S)/rρ(S)可知，r 越小，即晶粒越小越微，其溶解度 Cr 越大，其溶解度大于大块晶体的溶解度 C*，因此，将这饱和溶液长期放置后，微晶、小晶体便逐渐消失，而大块晶体却逐渐增大8．表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是否是一个概念？7答：表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是三个不同的概念表面浓度是表面上每单位体积中所含溶质的摩尔数表面吸附量与表面过剩量是同一个概念，表面吸附量是指溶液单位表面上与溶液内部相应部分的所含溶质的过剩量，即表面浓度与本体浓度之差对于由表面活性剂形成的溶液，由于体相浓度与表面浓度相比，其值甚小，因此，表面浓度之值与表面吸附量之值相近或一致。