2011表面化学与胶体化学试卷

硕士研究生表面与胶体化学考试题

（本试卷共10题，每题10分，共100分）

1、表面张力与自由能的关系是什么，影响表面张力的因素有些？ 2、简要解释Laplace与Kevin方程，并说明其主要用途。 ①毛细凝结：在形成凹液面的情况下，孔中液 体的平衡蒸气压将低于液体的正常蒸气压。 故在体系蒸气压力低于液体正常饱和蒸气压 时，即可在毛细管中凝结，此即 毛细凝结 ②等温蒸馏

若存在曲率不同的液面与其蒸气相共存（封 闭容器中），由于相同温度下不同液面的蒸 气压力不同，体系中自发进行分子转移至凹 液面处的过程，此即 等温蒸馏

3、水溶液的表面张力曲线可分为几类，各表示什么含义？ 水溶液的表面张力曲线可分为三类：

?A??BCc

第一类（曲线A）：表面张力随溶质浓度增加而缓慢升高，且近于直

线。 属于这一类型的物质有： 多数无机盐：NaCl，Na2SO4，NH4Cl，KNO3等；多羟基有机物：甘油，蔗糖，甘露醇等。

第二类（曲线B）：表面张力随溶质浓度增加而下降，通常开始降低得快一些，后来慢一些 。一般低分子量的极性有机物（

第三类（曲线C）：表面张力在浓度低时急剧下降，至一定浓度时（后），表面张力几乎不再变化，达到最低点的浓度一般在1％以下；属于这一类的物质即表面活性剂。

4、举例说明表面活性剂的结构特征及HLB值的含义。 表面活性剂的结构特征：

A：两亲分子：整个分子可以分为性质不同的两部分，一是不易与水分子接近的原子团（如CH链），即非极性部分，称为憎水基或亲油基。另一部分是容易与水接近的原子团，即极性部分，称为亲水基或憎油基；

B：只有分子中疏水基足够大的两亲分子才显示SAa特性一般来说碳链长度要≥8C；

C: 如果疏水基过长，则溶解度过小，变为不溶于水的物质，亦非SAa，一般直链SAa在8—20碳原子左右；

D: 近年来，随L-B膜技术的发展，两亲分子不溶物也受到重视。HLB

值：表面活性剂为具有亲水基团和亲油基团的两亲分子,表面活性剂分子中亲水基和亲油基之间的大小和力量平衡程度的量,定义为表面活性剂的亲水亲油平衡值。

5、临界胶团浓度（CMC）的定义及各种影响因素有哪些？

critical micelle concentration简写作cmc是表面活性剂溶液开始大量形成胶团的浓度。

影响临界胶团浓度的各种物理化学因素 （一）表面活性剂结构的影响

SAa类型：1）疏水基相同，离子型SAa的cmc比非离子型SAa大，大约两个数量级；

疏水链：2）同系物中，疏水链长增加，cmc↓，lgcmc=A－Bn； 化学组成：3）碳氟链SAa的临界胶团浓度显著低于同长度的碳氢类SAa 全氟辛基磺酸钠：8.0×10-3，1.6×10-1M（碳氢）

4）SAa化学结构的影响：a：疏水基有分枝；b：亲水基位于疏水链中；c：疏水链上带有其它极性不饱和的基团；导致cmc↗ 5）离子型SAa在反离子价态相同时，反离子变换影响较小，但若反离子由一价变为二价，则表面活性剂的cmc↘（~10倍）； 6）非离子SAa，聚氧乙烯链越长，cmc↗ lgcmc=Aˊ+B nˊ； （二）添加剂的影响 1）无机盐

使离子型SAa的cmc显著降低（反离子与胶团结合，电性的排斥作用削弱）对非离子型SAa的cmc影响不如对离子型SAa明显，电解质浓度较高时才产生可觉察效应。（主要通过溶剂相互作用影响溶液有效浓度导致cmc下降）

0.4mol/LNaCl使 C12H25SO4Na的cmc降低为1/16cmc 而0.47mol/LNaCl仅使C8H17OCH(CHOH)5cmc降至2/3cmc 2）极性有机物：

a：中等长度或更长的极性有机物，可显著降低SAa的cmc； b：低分子量的强极性有机物（尿素、甲酰胺、乙二醇、1,4二氧六环）破坏水结构，使胶团不易生成，cmc↗；

c：低分子量醇兼有两类的作用（少降低，多升高cmc）；

d：强极性的化合物（果糖、木糖、山梨糖醇等）cmc↘ 作用强，即使尿素存在，cmc仍会下降； （三）温度的影响

离子型SAa受温度影响较小非离子型SAa随温度上升cmc下降 ； SAa 10℃ 25℃ 40℃ C10SO4Na 48 43 40 C12PyBr 1.17 1.14 1.12 C10OEO4H 0.082 0.064 0.059 cmc mmol/L

6、简要分析Langmuir-Blodgett膜的特点及主要影响因素。 L－B膜特点：（1）可以一层一层的排列到固体表面；（2）具有短期稳定性，熵减过程；（3）绝缘性好：1MV/cm/单层电阻；（4）耐压性好：100V／100个单层，（脂肪酸膜）；（5）导电性的各向异性； 影响膜上化学反应的因素：1、平衡常数；2、反应速度：a、到达界

面速度，b、界面对反应速度影响，c、反应物离开界面速度影响；3、体相浓度影响；4、表面压影响。

7、分析三类润湿过程的各自特点。 润湿过程可分为三类：

沾湿（adhesion）；浸湿（immersions）；铺展（spreading ）。 （1） 沾湿：液体与固体由不接触到接触，变液气界面和固气界面为

固液界面的过程；Wa：粘附功>0自发

（2） 浸湿：固体浸入液体的过程。（洗衣时泡衣服）固气界面为固液

界面替代；Wi：浸润功>0自发

（3） 铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。

8、以Young方程为基础用接触角分析润湿。

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