《表面化学》PPT课件

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1、第十三章表面化学与胶体的基本知识引言：表面化学(界面化学)：研究各种相界面的性质，具有巨大界面积系统的特殊性质(界面效应)。胶体：是一类具有巨大界面积的系统。应用广泛。本章：实用性强，科研活跃。以前各章为什么不提出表面的特殊性。13－1表面张力及表面Gibbs自由能gl表面一、表面能1.表面分子的特殊性受力情况特殊：内部分子：合力为0热运动不需要做功表面分子：不对称力场(不均匀力场)分子倾向于钻入液体内部能量特殊：将一个内部分子移动到表面上，环境要克服不对称力场而作功。(表面分子)>(内部分子)

2、2.表面能：表面分子比内部分子多出的能量二、表面吉布斯自由能将内部分子移至表面，环境作功。结果(1)分子能量增加，(2)系统As↑，因此称“表面功”。定义：在等温等压定组成的条件下，可逆地增大系统的表面积时所作的功，Wf计算：等T、p、组成时，可逆增大面积dAs，则若比例系数为-，则1.表面功的物理意义：为系统增大1m2表面积时环境所作的表面功。2.比表面能：也可看作：1m2表面上的分子比同数量的内部分子多出的能量，称比表面能，J.m-2。表面能：As3.比表面吉布斯自由能：等T、p、组成

3、时，在等T,P及组成不变的条件下，系统增大1m2面积时，吉布斯自由能的增量，J.m-2。称比表面吉布斯自由能4.表面热力学的基本关系式任意系统的基本关系式为在表面热力学中，Wf为表面功∵以上四式是全微分∴其中分别为比表面Gibbs函数三、表面张力表面的不对称力场→表面分子企图“钻入”内部→表面收缩(A↓)：即宏观存在表面收缩力1.定义：作用在表面上，企图使表面收缩的力，，N.m-1。它是表面不对称力场的度量。表面是平面，则表面张力的方向与液面平行弯曲表面上表

4、面张力的合力指向圆心2.与比表面吉布斯自由能的关系：lFdx膜环境以力F将理想横杆可逆下拉距离dx，则W´＝Fdx(环境作功)＝F上dx(可逆)＝2ldx(膜有两个表面)＝2dA即dA＝dA＝结论：与是两个意义不同、单位不同、数值相同、量纲相同的物理量。两者相通，是同一表面性质的两种不同描述方式。统称表面张力，符号。其他界面张力：s-g，l-l，s-l，s-s3.表面张力的大小：P314表13.2安托诺夫规则表面张力存在的结果：液滴总趋于呈圆球型存在

5、3.影响表面张力的主要因素所以与T，p，组成有关。对一指定的液体，＝f（T，p）(1)T对的影响：T↑，l-g差异↓，↓即p对的影响很小(2)p对的影响：(3)溶液表面张力与溶液浓度的关系在等T等p下：=(cB)*Ⅰ(无机盐)Ⅱ(极性有机物)Ⅲ(表面活性剂)cB四、巨大表面系统是热力学不稳定系统表面能A随A的增大而增大，例如：1g水（25C）(1)球体，A=4.85×10-4m2，A=3.5×10-5J，可忽略；(2)若为r＝10-9m的小球，A=3000m2，A=220

6、J。(可使1g水升温50K)因此，巨大表面系统是高G系统13－2弯曲表面下的附加压力一、附加压力的产生以液体表面为例ABpp外平面AB，受力平衡，p＝p外ABpp外凸面AB，不能完全抵消，合力指向液体内部，p>p外ABpp外凹面AB，不能完全抵消，合力指向外部，p

7、p是由引起的一种表面现象。(2)小气泡大气泡(3)对由液膜形成的气泡，Y－L方程为(5)其他弯曲界面的Y－L方程：(4)若液滴不是球型，Y－L方程为例：室温时小水滴，r=1mm时，p≈200Pa(1.5mmHg)r=10-5mm时，p≈145p∴当颗粒半径可用mm描述时，可忽略p；当颗粒半径小至不可用mm描述时(超细粉，纳米材料)，由于p值巨大，会使液、固体许多性质发生巨变，与正常液、固体不同。三、毛细现象液体在毛细管中上升液体在毛细管中下降四、弯曲表面上的蒸气压-Kelvin公式定性

8、说明：在一定T和(p外)下，当液滴半径r很小时，压力p很大，其很高，从而蒸气压增大。(1)各量的意义：pv—半径为r小液滴的蒸气压pvo—蒸气压的正常值(查手册)—液体的表面张力M—液体的摩尔质量—液体的密度(2)r↓，pv↑(3)固体颗粒的蒸气压也服从Kelvin方程以上所讨论的诸现象是一类表面现象，即由表面张力引起的弯曲表面现象。以下几节主要讨论具有巨大表面系统的热力学不稳定性，这类系统将自动降低A↓A↓：如液滴呈球形，液面呈平面↓：主要通过自发改变表面