《表面现象》PPT课件(I)

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1、第八章界面现象引言：相的概念，界面、表面分散度aS=AS/V单位：m-1比表面积aS=AS/m单位：m2kg-1一、表面吉布斯函数第一节表面吉布斯函数和表面张力图1界面层分子与体相分子所受的作用力不同液体蒸气F≠0f=0在T、P一定，可逆条件下，增加dA表面积，则有：dGTP=δW，=γdA比表面吉布斯函数物理意义：恒温恒压可逆地增加一个单位表面积所引起系统吉布斯自由能的增量。单位：Jm-2表面张力和比表面吉布斯函数，虽然概念、单位不同，但具有相同的数值和量纲。二、液体的表面张力γF=r2Lγ=F/2L定义：表面单位长度上与表面相切的紧缩力叫表面张力，用γ表

2、示。单位：Nm-1δWr'=F·dx=r2Ldx=rdA=dG所以γ==F/2LJm-2=Nmm-2=Nm-1←←←←←←←←←←FdxL再看一个实验，把一个系有细线圏的金属丝环在肥皂液中浸一下，使环中形成一层液膜，细线圏可以在液膜上游动，如图三、表面热力学基本方程以前在讨论热力学基本方程式时，都假设只有体积功.现在考虑到表面功时，热力学基本方程式中应增加rdA一项。G=G(T,p,nB,nC,…，A)式中称为比表面吉布斯函数由以上关系式可得经热力学推导dG=-SdT＋Vdp+rdA+ΣBµBdnB同理：dU=TdS-pdV+rdA+ΣBµBdnBdH=Td

3、S＋Vdp+rdA+ΣBµBdnBdA=-SdT-pdV+rdA+ΣBµBdnB上面四个关系式称为热力学基本方程式四、影响界面张力的因素：1）物质的种类γ（金属键）＞γ（离子键）＞γ（极性）＞γ（非极性）见P466表10.1.1、10.1.22）温度的影响T↑，γ↓见P468表10.1.43）共存另一相的影响γ（s-s）＞γ（s-l）＞γ（l-l）见P467表10.1.34）压力的影响（复杂）一般P↑，γ↓五、分散度比表面积越大，分散度越大，γ越大，表面吉氏函数越大，系统越不稳定例：20℃时，水的γ=0.073Jm-2。20℃时，1g水若形成一个球滴，表面积

4、是4.84×10-4m2。当将其分散成半径10-9m的小水滴,约2.4×1020个小水滴。问表面吉氏函数增加多少？解：小水滴的表面积为：A=4×3.14×（10-9）2×2.4×1020=3000m2dG=0.073×（3000-4.84×10-4）J=219J第二节弯曲液面的一些现象1、弯曲液面下的附加压力由于表面现象的存在，任何液体表面都有尽量缩小表面积的趋势，弯曲的液面就会产生附加压力。ΔP=Pl-PgrplpgrΔppgpgplplΔpΔP=Pg-PlPl=Pg经推导得：（拉普拉斯公式）分析：1）ΔP∝γγ↑ΔP↑2）ΔP∝1/rr↓ΔP↑凸面，ΔP

5、＞0附加压力的方向指向液体凹面，ΔP＜0附加压力的方向指向气体（ΔP的方向总是指向曲率中心）平面，r=∞ΔP=0注:对于气泡Δp=4γ/r2、蒸汽压与曲率半径对于小液滴，蒸汽压与小液滴半径有关，经热力学推导：开尔文公式r越小，γ越大，pr越大。见P472表10.2.1对于凸液面（液滴），r>0，pr>p0，即液滴的蒸气压大于平面液体的蒸气压，且r越小，其饱和蒸气压越大；对于凹液面（气泡），r<0，pr

6、a)液体在毛细管中上升h(b)液体在毛细管中下降hθRr4、微小晶体的溶解度可见，颗粒越小，溶解度越大。式中cr和c0分别为微小晶体和普通晶体的溶解度。5、亚稳状态和新相形成（1）过饱和蒸气（2）过热液体（3）过冷液体（4）过饱和溶液思考题：1、已知水在两块玻璃板间形成凹液面，而在两块石蜡板间形成凸液面。试解释为什么两块玻璃板间放一点水后很难拉开，而两块石蜡板间放一点水后很容易拉开？2、在一玻璃管两端各有一大小不等的肥皂泡。当开启活塞使两泡相通，试问两泡的体积将如何变化？为什么？3、在毛细管里装入润湿性的液体，当毛细管的一端被加热时，则管内的润湿液体将向哪个

7、方向移动？4、将玻璃毛细管一端弯曲，另一端插入水中后，水面上升超过h时，水是否能从弯曲端不断流出？作业：P50310.2，10.3，10.5第三节气固表面上的吸附现象1、吸附定义:气体分子在固体表面相对浓集的现象叫～吸附剂：固体；吸附质：气体2、吸附类型物理吸附化学吸附吸附力范得华力化学键吸附选择性无选择性有选择性吸附分子层可单分子层，可双分子层只有单分子层吸附热较小，接近气体的凝固热。放热较大，接近化学反应热。放热吸附速度较快，受温度影响小，易达平衡，较易脱附较慢，升温速度加快，不易达平衡，较难脱附3、吸附平衡ν吸ν脱吸附量na=n/m（mol.kg-1）

8、Va=V/m（m3kg-1）4、吸附曲线吸附等温线（