北航材料考研-物化教案-7

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1、第七章界面现象¾界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的。混沌未分天地乱，茫茫渺渺无人见。自从盘古破鸿蒙，开辟从兹清浊辨。¾界面(表面)现象随处可见°球型的液滴和气泡、它们碰撞后的自动聚集长大；°桌面上水滴与汞滴的不同、及在玻璃管中呈凹和凸液面；°液体的过热、过冷，溶液的过饱和；°活性炭的脱色、多孔硅胶的吸水干燥功能等。第七章界面现象¾表面（界面）现象的形成：例：°一边长l=1cm的立方体。V=1cm3、总表面积1A=6l2=6cm2；S,11°分割成l=10-7cm的小立方体(1021个)，V=1cm3，2总A=6l2×1021

2、cm2=6×107cm2；S,22表面积也增加一千万倍；表面能也增加一千万倍。即是说：粉碎机对物料所做功转化为物料表面能。即分散度愈高，表面能愈高。第七章界面现象¾表面（界面）现象的形成：处于表面(界面)的分子具有比其内部分子过剩的能量。系统分散度愈大过剩能量愈大。¾分散度的度量—比表面：单位质量(或体积)的物质的表面积。ASAS2−1a≡=单位：m⋅kg;SmρVAS−1或a≡单位：mSV2−1多孔硅胶aS=300−700m⋅g2−1活性炭aS=1000−2000m⋅g第七章界面现象¾高的表面能必将引起特殊的表面性质。°人脑的总

3、表面积比猿脑大10倍；°绿叶具有大的质量表面，提高了光合作用的量子效率；°固体催化剂的催化作用，在于其高活性的表面；°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。第七章界面现象¾界面性质的应用：°轻工业(日化、造纸、涂料、橡胶);°催化化工;°材料制备及加工；°採油、选矿及冶金；°生物医药；°环境治理等。第七章界面现象¾本章要求：°理解表面吉布斯函数和表面张力的概念、测量及影响因素，理解界面变化的自发方向的判断；°掌握弯曲液面附加压力的概念及相关计算，掌握开尔文方程，正确

4、分析几种亚稳状态；°理解固体及溶液吸附概念及区别，掌握Langmuri和Gibbs吸附等温式的含义及计算；°了解几种润湿现象，掌握杨氏方程及计算；习题：P191，10.3-5，10.9-10，10.13，10.20第七章界面现象¾本章内容：§6-1表面吉布斯函数和表面张力§6-2弯曲液面的附加压力§6-3分散度对物质性质的影响与亚稳状态§6-4润湿现象§6-5吸附现象§7-1表面吉布斯函数和表面张力一、(比)表面吉布斯函数二、表面张力三、影响界面张力的因素四、界面现象热力学§7-1表面吉布斯函数和表面张力一、(比)表面吉布斯函数考

5、查一个与蒸气平衡的纯液体，其内部及表面分子的受力情况：由于有：glρ<<ρ，则表面分子受到指向液体内部的拉力。表面功：克服内部引力形成新表面所做的功。为非体积功。'显然：δW∝dAS对于定温定压、可逆过程：'dG=δW=γ⋅dAT,prSF≠0⎛∂G⎞∴γ=⎜⎟⎜⎟⎝∂AS⎠T,p,nF=0一、(比)表面吉布斯函数⎛∂G⎞γ=⎜⎟——(比)表面吉布斯函数(7-1-1)⎜⎟⎝∂AS⎠T,p,n物理意义：定温定压、定组成下，增加dA表面积所S引起系统Gibbs函数的增量。单位：J·m-2G体+G表AS积分：dG=γdA∫G∫0S体G表

6、=γAS∴γ=G表AS单位表面积上的分子比同量内部分子过剩的Gibbs能。二、表面张力（界面张力）γ的单位：J·m-2=N·m-1单位长度上的力例1图a图b二、表面张力（界面张力）l例2表面功：'δW=Fdxrdxm=⋅dA=⋅2ldxγγSFFγ=单位：N·m-1(7-1-2)2l物理意义：沿着与界面相切的方向，垂直作用在界面任意单位长度线段上的界面紧缩力。注：(1)γ≠液体内部的拉力；(2)表面张力与比表面吉布斯能是同一物理量的不同表述。三、影响界面张力的因素1、物质本质—分子间作用力：γ随分子间作用力的增强而增大。一般有：γ

7、(金属键)>γ(离子键)>γ(极性键)>γ(非极性键)如：γ(液态金属)>γ(熔融盐)>γ(水)>γ(有机溶剂)三、影响界面张力的因素2、温度：定压升温，密度减小，分子间作用力减小，γ减小。do−3−1γ如HO20C,γ=72.88×10N⋅m即：<02dTo−3−180C,γ=62.61×10N⋅m线性关系：2/3();0γV=kT−TT=T时γ=mCC2/3n修正为：γV=k(T−T−6K)及γ=γ(1−TT)mC0C−7−1对非缔合液体：k=2.1×10J⋅K例外：铸铁、钢、铜及其合金，某些硅酸盐、炉渣等。三、影响界面张力的

8、因素3、压力：定温加压γ将降低。这是由于定温加压时气体密度增加，同时气体更多地被液面吸附，且气体在液体中的溶解度也增大。4、界面介质及溶液的组成一般γ(l-g)、γ(l-l)易测；而γ(s-g)、γ(s-l)12难测，可依半经验公式计算。一定温度下