表面化学课件.ppt

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1、第七章 表面化学界面(interface)表面(surface)定义：密切接触的两相之间的过度区(约几个分子的厚度)称为界面，如果其中一相为气体，这种界面通常称为表面。界面现象(interfacePhenomena)、表面现象(surfacePhenomena)定义：在相界面上所发生的一切物理化学现象。通常将气-液、气-固界面现象称为表面现象.表面化学(界面化学)定义：以多相体系为对象，研究界面上特殊的物理化学性质和由此而产生的一系列现象及其应用的科学。表面化学的理论被广泛应用于工农业、生物医学、能源、材料、气象及

2、环境科学等各个领域。粒子大小与比表面例：1cm3的物体，分割为小颗粒颗粒大小颗粒数每粒表面积总表面积1cm316cm26cm21μm310126μm26m21nm310216nm26000m2达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。比表面specificsurfacearea分散度degreeofdispersion单位体积(单位质量)的物质所具有的表面积。表面Gibbs能液体表面与体相分子受力情况比表面吉布斯能(specificsurfaceGibb

3、senergy)在温度、压力和组成恒定的条件下，可逆扩张单位表面积A，体系Gibbs能的增加。表面张力界面张力(interfacialtension)表面张力(surfacetension)沿着与表面相切的方向，垂直作用于单位长度相界面上的表面收缩力。表面张力的测定表面张力仪(德国KRuSS公司)表面的热力学关系式有表面功时的热力学基本公式“dAs”表示表面积的微变dU=TdS-pdV+dAs+BdnBdH=TdS+Vdp+dAs+BdnBdF=-SdT-pdV+dAs+BdnBdG=-SdT+V

4、dp+dAs+BdnB又称为单位表面亥姆霍茨自由能或单位表面吉布斯自由能，简称为单位表面自由能（4）影响表面张力的因素A分子间力的影响σ(金属键)>σ(离子键)>σ(极性共价键>σ(非极性共价键)液体或固体中的分子间的相互作用力或化学键力越大，表面张力越大。一般p，B(g);p，气体分子易被液面吸附;p，气体在液体中的溶解度增加。一般p,液体的，因为C压力的影响B温度的影响一般T,液体的—这是由于物质的[B(l)-B(g)]，使表面层分子受指向液体内部的拉力减小。B——液体的体

5、积质量第二节曲面的附加压力和蒸汽压一、曲面的的附加压力（一）弯曲液面的附加压力用一根玻璃管吹肥皂泡后用手堵住管口，肥皂泡能存在一段时间，一松手肥皂泡将很快自动缩小。说明：肥皂泡内外，即弯曲液面两侧存在压力差，称为附加压力。（二）杨-拉普拉斯（Yang-Laplace）公式附加压力的大小与液面曲率半径和表面张力有关。如图：毛细管下端有一半径为r的球形液滴，p内=P外+△P。设在等温等压下，对活塞稍加压力，液滴体积增加dV，表面积相应增加dA，此时为克服表面张力产生的附加压力为△P，环境消耗的功和可逆增加掖滴表面积的吉

6、布斯自由能相等，即△PdV=σdA液滴为为球形，A=4πr2，Da=8πrdr；V=4/3πr3；Dv=4πr2dr△P=2σ/r由此可知：1、对指定液体，弯曲液面附加压力的大小与曲率半径成反比，方向指向液体曲面的球心；2、对凸液面（空气中的液滴），其曲率半径r为正值，△P>0，液体内部压力大于外界压力；对凹液面（如液体中的气泡），其曲率半径r为负值，△P<0，液体内部压力小于外界压力，倘若是液泡（如肥皂泡），因液膜有内、外两表面，△P=4σ/r>0，对于水平液面，r=∞，△P=0。(c)附加压力p总是指向球面的

7、球心（或曲面的曲心)。附加压力方向示意图气液ppgpl••••••••••••••(a)气液pplpg•••••(b)p=0液气pl•••••••••pg•弯曲液面可分为两种：凸液面和凹液面，如图9-6所示。(b)气泡（凹液面）液气•••••••••••(a)液滴（凸液面）气液••••••••••••••••••••••(c)、两相平衡液3、不同液体，当曲率半径相同时，附加压力与液体的表面张力成正比。任意曲面的附加压力△P与曲率半径及表面张力的关系：△P=σ（1/r1+1/r2）—

8、—杨-拉普拉斯公式根据公式可以解释自由液滴或气泡（在不受外加力场影响时）呈球形的原因。只有球形才最稳定。式(9-14)表明p与成正比，与r成反比。若弯曲液面为球面，则r1=r2=r，则(9-13)变为(9-1４)（三）毛细现象将毛细管插入液面后，会发生液面沿毛细管上升(或下降)的现象，称为毛细管现象。(a)液体在毛细管中上升h(b)液体在毛细管中下降h表