天津工业大学材料表界面作业题汇总解答

1课后习题解答第一次作业1、表面张力产生的原因？液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。这里的分子间作用力为范德华力。2、毛细管插入汞中，管中汞柱表面呈凸形，管中液面比管外液面低。若在常压下，气温降低了，此时毛细管中汞面是上升、不变、还是下降？为什么？（提示：表面张力随温度的降低而升高）毛细管中汞面是下降。因为气温降低，表面张力将升高，根据Laplace方程，rp/2，对于凸液面，表面张力增大，液面下降。下降高度pghh2。第二次作业1、请解释下列现象中的任一个：（1）过冷水（2）过热液体（3）过饱和液体（1）根据Kelvin公式，微小晶体的蒸气压要比大晶体的蒸气压大，故小晶2体的蒸气压曲线在上方，它与过冷水曲线的交点即为小晶体的熔点。小晶体的熔点低于O点对应的温度，所以对液态水来说，温度到达O点对应的温度不会结晶，形成虚线所示的过冷水。（2）沸腾时，气泡的形成必须经过从无到有，从小到大的过程。而最初形成的半径极小的气泡内的饱和蒸汽压远小于外压，液体中的小气泡，其曲率半径是负的，根据Kelvin公式，其半径越小，气泡内的饱和蒸气压越小。小气泡内部承受的压力=p外+p=p外+2/r因此在外压的压迫下，小气泡难以形成，液体不能沸腾，要想沸腾，必须过热，使小气泡的饱和蒸气压等于外压而沸腾。过热较多沸腾时，容易暴沸。（3）根据Kevlin公式，微小晶体颗粒的饱和浓度大于普通晶体的饱和浓度，晶体颗粒越小，溶解度越大。当溶液在恒温下浓缩时，溶质的浓度逐渐增大，达到普通晶体的饱和度时，对微小晶体仍未达到饱和，所以不析出微小晶体，溶液称为过饱和溶液。在一个饱和溶液中，若有大小不同的粒子存在，对于大粒子已饱和的溶液，对小粒子仍未达到饱和，所以陈放一段时间，小粒子将消失，大粒子略有增大，这就是重量分析中的陈化过程。第三次作业1、证明停滴法测定接触角的方程：222sinrhhr微微小小晶晶体体的的蒸蒸气气压压曲曲线线过过冷冷水水的的蒸蒸气气压压曲曲线线CCppTTOOAABB水水冰冰水水蒸蒸气气3当1滴液体的体积小于6μL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分。如图所示，在直角三角形ACO′中，α+β=90°，θ=90°+(β-α)=(β+α)+(β-α)=2β，rhOAOCtan22sinrhh，22cosrhr22222222cossin22sinsinrhhrrhrrhh2、20℃时水的表面张力为72.8mN/m，汞的表面张力为484mN/m，而汞－水的界面张力为375mN/m，请判断：（1）水能否在汞的表面上铺展开？（2）汞能否在水的表面上铺展开？（1）SLS=σSG-σSL-σLG=484-375-72.8=36.20水能在汞的表面上铺展。（2）SLS=σSG-σSL-σLG=72.8-375-484=-786.20汞不能在水的表面上铺展。第四次第五次作业1、什么是表面活性剂？表面活性剂的分子结构有什么特点？表面活性剂的浓度对溶液的表面张力有怎样的影响？为什么有这样的影响？（1）表面活性剂是指能使溶剂表面张力降低，且使表面呈现活性状态的物4质。（2）分子结构是由两种不同性质的基团所组成。一种为非极性亲油基团，另外一种为极性亲水基团，即表面活性剂既具有亲水性又有疏水性，形成一种所谓的“两亲结构”的分子。（3）随着表面活性剂浓度的增加，表面张力而下降，当达到临界浓度时，表面张力就不再发生变化。（4）表面活性剂其亲水端向水，亲油段相空气，其浓度的上升会使分子聚集在表面，这样，空气和水的接触面减小，表面张力急剧下降，与此同时，水中的表面活性剂也聚集在一起，排列成憎水基向里，亲水基向外的胶束。表面活性剂浓度进一步增加，水溶液表面聚集了足够多的表面活性剂的分子，无间隙地布满在水溶液表面上，形成单分子膜。此时，空气和水完全处于隔绝状态，表面张力趋于平缓。2、何谓HLB值？HLB值对表面活性剂的选用有何指导意义？（1）HLB值是指表面活性剂的亲水性与亲油性的相对大小。（2）HLB越大表示该表面活性剂的亲水性越强,HLB值越低，则亲油性越强.由此,可根据表面活性剂的HLB值的大小,初步选择我们所需要的活性剂类型。3、什么是相转移温度？用PIT表示表面活性剂的亲水、亲油性较HLB值有什么优点？（1）相转型温度是指非离子型表面活性剂在低温下可形成水包油(O/W)型乳状液,随着温度升高，溶解度降低,HLB值下降，使得乳状液从原来的（Ｏ／Ｗ）型转变为油包水型（Ｗ／Ｏ）所对应的温度。又称为亲水-亲油平衡温度。（2）与HLB都可以反映出亲水亲油性，PIT但是，PIT可以反映出油的种类、水溶液性质、温度和相体积等的影响。同时PIT测定简单、精度高。4、什么是CMC浓度？试讨论影响CMC的因素。请设计一种实验测定CMC的方法。（1）CMC浓度是指随着表面活性剂浓度上升，溶液的表面张力逐渐下降，直至表面张力几乎不变时所发生转折时的浓度。（2）疏水基的影响、亲水基、温度、添加剂（电解质、有机物）。（3）测定方法：测定电导率、渗透压、冰点、增溶性、洗净力等物理量发5生显著变化的转折点5、温度对离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂溶解度的影响有什么不同？为什么离子型表面活性剂在K.P点以上溶解度迅速增大，而非离子型表面活性剂溶液在C.P点变成浑浊？（1）离子型：在足够低的温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达到一定值后，溶解度会突然增大——Krafft现象非离子型：溶解度随温度升高而下降，当温度升高到一定温度时，溶液会突然变浑浊（2）离子型：表面活性剂以胶束形式溶解非离子型：温度上升时，氢键被削弱，达到C.P.点时，氢键断裂，表面活性剂从溶液中析出，溶液变得浑浊。