《表面物理化学》PPT课件

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1、表面物理化学体相粒子（分子、原子或离子）密度约为1022cm-3，表面离子密度约为1015cm-2，可见对于边长为1cm的立方体而言，表面相中的粒子数占总粒子数的比例是很低的。但是，随着该立方体不断被细分，虽然物质的总体积和总粒子数不变，但是其总表面积和比表面积均不断增大，当物质被分散到纳米尺度时，表面相中的粒子数已经远远大于体相中的粒子数了。§1表面自由能和表面张力一、表面自由能及其定义二、表面张力§2弯曲液体表面的现象一、弯曲液面的附加压力气泡二、附加压力与曲面的曲率半径和表面张力的关系杨-拉普拉斯（Young-Laplace）方程式附加压力与表

2、面张力成正比，而与曲率半径成反比,即曲率半径越小，附加压力越大。两块平板玻璃间夹一滴水三、表面张力的测定1、毛细管上升法2、最大气泡压力法四、表面曲率与液体蒸气压的关系开尔文方程液滴越小饱和蒸气压越大毛细孔越细，与液体成平衡的饱和蒸气压越小过饱和蒸气过热水毛细凝结人工降雨???永动机???§3液固界面上的润湿作用润湿：液体和固体接触后体系吉布斯自由能降低的现象润湿作用能否有效发生取决于气液、气固和液固界面上的表面张力的相对大小。粘湿浸湿内聚铺展在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。若接触角大于90°，说明液

3、体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。§4表面相热力学§5表面活性剂凡能降低界面张力的、由亲水基和亲油基组成的化合物称为表面活性剂Sac。表面活性剂分类表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。1.离子型2.非离子型阳离子型阴离子型两性型表面活性剂常用表面活性剂类型阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-O

4、PO3Na2磷酸酯盐阳离子表面活性剂R-NH2·HCl伯胺盐CH3

5、R-N-HCl仲胺盐

6、HCH3

7、R-N-HCl叔胺盐

8、CH3CH3

9、R-N+-CH3Cl-季胺盐

10、CH3两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型CH3

11、R-N+-CH2COO-甜菜碱型

12、CH3R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性剂在水表面的定向排列和在水中的自组

13、织结构表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。胶束(micelle)胶束(micelle)胶束(micelle)胶束(micelle)临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束

14、浓度。这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)润湿作用：改变固体表面的润湿性乳化作用检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。增溶作用§6气体在固体表面的吸附和表面化学从实验上讲，表面是具体的，是有一定厚度的。有时指第一原子层，有时指上面几个原子层，有时指厚度达几个纳米的表面层。表面与体相性质的不同：化学组成、原子排列、

15、原子振动、电子性质等原因：表面向外的一侧没有近邻原子，表面原子有一部分化学键伸向空间，因此表面具有活泼的化学性质表面化学研究的难点1.表面原子数远少于体相，对表面的实验分析困难如对于立方体边长为1cm的冰，体相分子密度约为1022cm-3，表面分子密度～1015cm-2所以要求表面技术不仅表面专一（surfacespecific），而且表面灵敏（surfacesensitive）2.为维持表面原子级的清洁，实验必须在真空系统中进行IrvingLangmuir(31January1881–16August1957)wasanAmericanchemis

16、tandphysicist.Hismostnotedpublicationwasthefamous1919a