《表面现象》课件

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1、第八章表面现象主讲：行鹏飞E-mail：xpf304@126.comTel：15937384514表面现象物理化学意义上的相界面是一个有几个分子直径厚度的薄层，是两相之间的过渡区。气—液界面气—固界面液—液界面液—固界面固—固界面根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.液-固界面5.固-固界面§8.1表面积与表面吉布斯能一、表面积及比表面积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：m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。目

2、前常用的测定表面积的方法有BET法。§8.1表面积与表面吉布斯能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。例如，把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109§8.1表面积与表面吉布斯能从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。可见达到nm级的超细微粒具

3、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。§8.1表面积与表面吉布斯能二、表面吉布斯自由能及表面张力界面现象的本质：对于单组分体系，不平衡的作用力主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则来自于界面层的组成与两侧任一相的组成均不相同。界面层的分子，受到体相内相同物质分子的作用，同时受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力不能相互抵消；而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消。§8.1表面积与表面吉布斯能最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以抵消

4、，但表面分子受到体相分子的拉力大于气相（气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。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，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。§8.1表面积与表面吉布斯能§8.1表面积与表面吉布斯能根据热力学第二定律定义表面吉布斯能单位为Jm2。表面功的大小和dA成正比：W=dA式中为比例系数σ的物理意义是温度压力组成不变时，增加单位面积时体系吉布斯自由能变。σ又称为比表面吉布斯能或比表面功。将体相分子移至表面需要对体系做功，故表面层的分子具有更高的能量，比表面能正是表面分子比其处于体

5、相时所高出的那部分能量。自然界中的物体为了能够稳定存在，都遵循能量最低的原理；通过改变自身的结构，而尽可能处在能量最低的状态。对于一个分散度很高，蓄积了大量表面吉布斯自由能的体系，为了维持其能量最低，会尽可能的缩小其表面积。§8.1表面积与表面吉布斯能用肥皂液在一个系有线圈的金属环上形成一个液膜，由于线圈周围都是相同的液体，受力均衡，线圈可以在液膜上自由移动位置。若将线圈内液膜刺破，线圈两边受力不再平衡，立即绷紧成圆形。§8.1表面积与表面吉布斯能这些现象表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力，称表面张力（surfacetension）或界面张力（interf

6、acialtension）。表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。在温度、压力恒定的条件下，在AB边施加向右的力F，使AB在可逆的情况下向右移动dx。F和液膜表面边缘的长度l成正比，因为液膜有正反两个表面，设AB=l′，则F=·l=•2l'式中为比例常数，是作用于液面上单位长度线段上的力，即表面张力，单位是N·m-1。§8.1表面积与表面吉布斯能影响表面张力的因素温度：温度升高，界面张力下降；当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。温度升高，分子间距增大（密度减小），表面层中的分子受到不平衡力减小。压力：压力升高，界面张

7、力下降；压力增大对气体、液体、固体的影响依次减小。故压力升高使表面层两边的不同相的密度差别减小，表面层中分子的不平衡力减小。表面张力的大小关系：金属键>离子键>极性键>非极性键§8.1表面积与表面吉布斯能比表面吉布斯自由能与表面张力的区别与联系比表面吉布斯能：增加单位面积时体系表面吉布斯能的变化（环境所作的表面功）。单位：J·m-2.表面张力：与液面相切（平行），垂直作用在单位长度表面上的收缩力（数值上等于比表面自由能）。单位：N·m-1.W=-ΔG=σ·2Lx=σ·A二者的物理意义不同；数值相等；单位不同；量纲相同。§8.1表面积与表面吉布斯能表面的热力学关

8、系式对于多组分均相体系，如果考虑了表面