《表面物理化学》PPT课件

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1、第十三章表面物理化学§13.1表面张力及表面Gibbs自由能§13.2弯曲表面下的附加压力和蒸气压§13.3溶液的表面吸附§13.4液-液界面的性质§13.5膜§13.6液-固界面－润湿作用§13.7表面活性剂及其作用§13.8固体表面的吸附§13.9气-固相表面催化反应2自然界中物质的存在状态：气液固界面现象气—液界面液—液界面固—液界面固—气界面固—固界面界面：所有两相的接触面界面现象的本质体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能

2、相互抵销，这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质比表面（specificsurfacearea）比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：式中，m和V分别为固体的质量和体积，As为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。分散程度越高，比表面越大，表面能也越高§13.1表面张力及表面Gibbs自由能表面张力表面热力学的基本公式界面张力与

3、温度的关系溶液的表面张力与溶液浓度的关系7若使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小与金属丝长度l成正比，比例系数。因膜有两个表面，故有：：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：N·m-1。（1） 液体的表面张力即：实验：l表面张力表面张力也可以这样来理解：温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公式表示为：式中为比例系数，它在数值上等于当T，p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对系统做的可逆非膨胀功。测定表面张力方法很多，如毛细管上升法、滴重法、吊环法、最大压力气泡法、吊片法和静液法等Antonoff规则纯物质的表面

4、张力与分子的性质有关，通常是Antonoff发现，两种液体之间的界面张力是两种液体互相饱和时的表面张力之差，即水因为有氢键，所以表面张力也比较大(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)这个经验规律称为Antonoff规则表面热力学的基本公式根据多组分热力学的基本公式对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本公式为所以考虑了表面功的热力学基本公式为从这些热力学基本公式可得表面自由能(surfacefreeenergy)广义的表面自由能定义：狭义的表面自由能定义：又可称为表面Gibbs自由能表面自由能的单位：133.表面张力

5、及其影响因素：（3）温度的影响：温度升高，界面张力下降。极限情况：T→Tc时，→0。（1）与物质的本性有关——分子间相互作用力越大，越大。例：气－液界面：(金属键)>(离子键)>(极性键)>(非极性键)（2）与接触相的性质有关。T↑气相中分子密度↑液相中分子距离↑↓（有例外）其中：0与n为经验常数。14（4）压力的影响。P↑a．表面分子受力不对称的程度↓b．气体分子可被表面吸附，改变,↓c．气体分子溶于液相↓1atmH2O=72.8mN/m10atmH2O=71.8mN/m一般：p↑10atm,↓1mN/m，例:界面张力与温度的关系Ramsay和

6、Shields提出的与T的经验式较常用:Eötvös（约特弗斯）曾提出温度与表面张力的关系式为溶液的表面张力与溶液浓度的关系表面活性物质加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。Traube规则Traube研究发现，同一种溶质在低浓度时表面张力的降低与浓度成正比表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，可以从曲线中直接看出。不同的酸在相同的

7、浓度时，每增加一个CH2，其表面张力降低效应平均可增加约3.2倍稀溶液的曲线的三种类型曲线ⅠⅠⅢ非离子型有机物曲线Ⅱ非表面活性物质曲线Ⅲ表面活性剂§13.2弯曲表面上的附加压力和蒸气压弯曲表面上的附加压力Young-Laplace公式弯曲表面上的蒸气压——Kelvin公式弯曲表面上的附加压力1.在平面上设向下的大气压力为po，向上的反作用力也为po，附加压力ps等于零。弯曲表面上的附加压力2.在凸面上所有的点产生的合力和为ps，称为附加压力凸面上受的总压力为：弯曲表面上的附加压力3.在凹面上所有的点产生的合力和为p