重庆交通大学表面物理化学
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1、第2章动力学性质Chapter 2 Kinetic properties 2-1液体介质中质点的运动 The motion of particles in liquid media 2-2布朗运动与平移扩散 Brownian motion and translational diffusion 2-3超速离心法 The ultracentrifuge 2-4渗透压 Osmotic pressure 2-5旋转的布朗运动 Rotary Brownian motion第第2 2章动力学性质章动力学性质2-12-1液体介质中质点的运动液体介质中质点的运动Thermal motion 热运动Gravi
2、tational重力的Centrifugal离心的Microscopic scale微观尺度Macroscopic scale 宏观尺度Gravity 重力Sedimentation 沉降Electric field 电场Sedimentation rate 沉降速度Uncharged 不带电的Specific volume比容Acceleration 加速度Buoyancy 浮力Velocity 速度，速率Frictional coefficient 摩擦系数Electrophoresis 电泳Frictional ratios 摩擦比Orientation 取向Random 无规的End-
3、on端头Side-on 侧面Solvation 溶剂化2-12-1液体介质中质点的运动液体介质中质点的运动在溶胶中，胶体粒子具有很大的表面积和表面能，在在溶胶中，胶体粒子具有很大的表面积和表面能，在热热力学力学上是上是不稳定不稳定的。而胶体在一定时间内又能够稳定存在，的。而胶体在一定时间内又能够稳定存在，表现出表现出动力学稳定性动力学稳定性。本章讨论分散于液体（特别是水）中的胶体分子或质点本章讨论分散于液体（特别是水）中的胶体分子或质点所产生的运动。所产生的运动。热运动热运动重力场（或离心力场）重力场（或离心力场）扩散与渗透扩散与渗透布朗运动布朗运动沉降沉降2-12-1液体介质中质点的运动液体
4、介质中质点的运动一、斯托克斯定律一、斯托克斯定律6Frv斯托克斯定律（斯托克斯定律（Stokes law）为）为: : 式中, -液态介质的粘度； -质点的半径； -质点沉降速度。摩擦系数（ f ）为：rv6fr斯托克斯定律假设：斯托克斯定律假设：（1）球形质点的运动速度极慢，即保持层流状态。）球形质点的运动速度极慢，即保持层流状态。（2）溶液或悬浮液是无限稀释的，质点间无作用力。）溶液或悬浮液是无限稀释的，质点间无作用力。（3）与质点大小相比，液体介质可以看作是连续的。）与质点大小相比，液体介质可以看作是连续的。斯托克斯定律斯托克斯定律二、摩擦比二、摩擦比 Fictional ratios
5、不对称质点的摩擦系数与不对称质点的摩擦系数与质点的取向质点的取向有关。有关。 当质点的大小均匀时，摩擦系数随当质点的大小均匀时，摩擦系数随不对称程度不对称程度的增加而的增加而增加。增加。 质点的溶剂化质点的溶剂化（或在水溶液中的水化）也会增加其摩擦（或在水溶液中的水化）也会增加其摩擦系数。系数。摩擦比摩擦比 f / f0即实际摩擦系数与相应的未溶剂化的球的摩即实际摩擦系数与相应的未溶剂化的球的摩擦系数之比。擦系数之比。摩擦比是衡量质点的不对称性与溶剂化的一个综合指标。摩擦比是衡量质点的不对称性与溶剂化的一个综合指标。Brownian motion布朗运动Translational diffus
6、ion 平移扩散Fundamental consequence 基本推论Suspended 悬浮的Collision 碰撞Vessel 容器Botanist 植物学家Pollen grain 花粉粒Random walk 无规行走Agitation 搅动Configuration 构造Gamboge 藤黄Ultramicroscope 超显微镜Migrate 迁移，移动Concentration gradient 浓度梯度2-22-2布朗运动与平移扩散布朗运动与平移扩散Minus sign 减号，负号proportionality factor 比例系数Diffusion coefficien
7、t扩散系数Brownian displacement equation 布朗位移方程Plane平面Free boundary methods 自由界面法 Free diffusion 自由扩散Sliding method 滑移方法Failitate 使便利，使容易Capillary毛细管，毛细作用的Convection 对流Ultracentrifuge 用超高速离心器Porous plug method 多孔塞法Sintered glass 烧结玻璃Cross-section横截面2-22-2布朗运动与平移扩散布朗运动与平移扩散布朗运动布朗运动: 溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的溶胶中
8、的分散相粒子的不停息的和无规则的运动。用超显微镜可以观察布朗运动运动。用超显微镜可以观察布朗运动。一、布朗运动 Brownian motion 1827 年英国植物学家年英国植物学家布朗（布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等的粉末也化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为布朗运动布朗运动。 但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。但在很长的一段时间里，这种现象的
9、本质没有得到阐明。 2-22-2布朗运动与平移扩散布朗运动与平移扩散1903年发明了年发明了超显微镜超显微镜，为研究布朗运动提供了物质条件。，为研究布朗运动提供了物质条件。 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之之”字字形的运动。形的运动。 通过大量观察，得出结论：通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈。粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。随温度的升高而增加。布朗运动 1905年和年和1906年年爱因斯坦（爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍夫斯基和斯莫鲁
10、霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了分别阐述了Brown运动的本质。运动的本质。认为认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子的所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子的增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。布朗运动的本质布朗运动的本质当半径大于5 m，Brown运动消失。布朗运动分散介质分子处于无规则的分散介质分子处
11、于无规则的热运动状态热运动状态, , 从各个方向不从各个方向不断撞击分散相粒子。断撞击分散相粒子。 布朗运动是布朗运动是分子热运动分子热运动的的必然结果必然结果, , 是胶体粒子的是胶体粒子的热运动热运动。布朗运动布朗运动1905年左右年左右, 爱因斯坦用几率的概念和分子运动论的观点爱因斯坦用几率的概念和分子运动论的观点, 创立了布朗运动理论创立了布朗运动理论, 得出得出 爱因斯坦爱因斯坦-布朗运动平均位移公式。布朗运动平均位移公式。 在时间在时间 t 内粒子沿内粒子沿 x 轴方向的平均位移轴方向的平均位移; r 粒子半径粒子半径; 介质粘度介质粘度; NA阿佛加德罗常数。阿佛加德罗常数。x1
