物理化学中国药科大学表面现象

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1、第七章　表面现象Interface:俩相紧密接触的过渡区称为界面。一般仅几个分子层的厚度.L-S;L-G;S-G;S1-S2;L1-L2等等，如果其中的一相是gas,则称为surfaceliquit1liquit2liquit1liquit2界面现象(表面现象,surfacephenomena)讨论的是在界面上发生的一些行为.surfacephenomenaphysics在biology;material;chemicalengineering;pharmacologyetc.有着广泛的应用.本章主要讨论相的表面分子和体相分子的差异，

2、以及在L-S;L-G;S-G;S1-S2;L1-L2等界面上的一些现象。7/26/2021界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。常见的界面：1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.液-固界面5.固-固界面第一节　表面吉布斯能一个相的表面分子和其内部分子的能量是不同的，如图所示是液体和气体呈平衡时表面分子和其内部分

3、子的受力情况示意图：界面现象的本质式中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体系做的可逆非膨胀功。由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：二、表面吉布斯能和表面张力（一）表面吉布斯能在T；p一定时，扩展dA表面所做的功为W´球内液体的压力为p´W´和dA成正比，如右图。比例系数为W´=-dAW´=

4、-dGT,pdGT,p=dAp´的单位为J·m-2，称为比表面吉布斯能J=N·m的单位又可为N·m·m-2=N·m-1N·m-1是力的单位的物理意义定温定压条件下，增加单位表面积引起的系统吉布斯能的增量。单位表面积上的分子比相同数量的体相分子“超额”的吉布斯能。比表面吉布斯能和表面张力的单位是相同的，它们的数值也是相同的。半径0.01m的水滴分散后吉布斯能的增加r(m)NAS=N·4r2am(m2·kg-1)GS=A(J)10-2112.5710-43.0010-19.1610-510-310312.5710-33

5、.009.1610-410-410612.5710-23.001019.1610-310-510912.5710-13.001029.1610-210-6101212.573.001039.1610-110-7101512.571013.001049.1610-8101812.571023.001059.1610110-9102112.571033.001069.16102（二）表面张力（surfacetension）如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。(a)(b)

6、由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见(a)图。如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张力的存在。（a）（b）理解表面张力的物理意义：垂直于边界线，沿着表面的切线方向W2f=·l=w2切线方向表面张力和界面张力比表面能或表面张力是强度性质，其值与物质种类、共存的另一相以及温度、压力等因素有关。对纯液体来说，若不特别指明，共存的另一相就是指标准压力时的空气或饱和蒸气。如果另一相不是空气或饱和蒸气，表面张力的数值就有可能有

7、相当大的变化，因此必须注明共存相，此时的表面张力通常又称为界面张力1-2。20°C一些液体的表面张力物质物质水0.0728四氯化碳0.0269硝基苯0.0418丙酮0.0237二硫化碳0.0335甲醇0.0226苯0.0289乙醇0.0223甲苯0.0284乙醚0.0169phase1phase2phase1phase2汞汞蒸气0.4716水水蒸气0.0728汞乙醇0.3643水异烷0.0496汞苯0.3620水苯0.0326汞水0.375水丁醇0.0017620°C界面张力三、表面的热力学关系式可见，比表面吉布斯能是特定条

8、件下增加单位表面积时，热力学量的增量。组成不变的恒容或恒压体系：在上述四个基本公式上使用Maxwell公式：QR＝TdST（dS/dA)T,P相当于扩展单位表面积而吸收的热，一般是正值，所以表面张力随温度的升高而降低。极