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《课件第9章表面现象9-1～》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第九章 表面现象§9.1表面Gibbs自由能和表面张力界面化学是研究任意两相之间界面上所发生的物理化学变化过程的科学。界面指密切接触的两相之间的过渡区(约几个分子厚度)，若其中一相为气相则常称界面为表面。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。对于高度分散的系统，由于界面上的分子和体相中的分子所和状处的位置态不同,性质也不同,从而其具有各种新的性质和现象。表面现象。表面现象是自然界中普遍存在的基本现象:界面层具有某些特殊性质！雨滴自动呈球形；脱脂棉易被水所润湿；毛细管上升现象
2、；活性碳有吸附能力等等…….一、分散度与比表面对于高度分散的系统，常用比表面Ao来表示物质的分散度。比表面：每单位体积的物质所具有的表面积。即：（9-1）系统的分散度越大，比表面越大，系统的总表面积也越大。例如1g水作为球体存在时,其表面积为:若1g水分为半径10-7cm的小水珠，可得表面积为:可见，分割得愈细表面积愈大。胶体是高分散度度系统，粒子的尺寸在10-9～10-7m之间，具有很大的表面积，突出地表现出表面效应。因此胶体化学中所研究的许多问题属于表面化学问题。二.比表面Gibbs自由能与表面张力界面上
3、的分子和体相内分子处境不同(下图是g-l表面分子受力情况示意图)，液体表面层分子受到一个指向液体内部的拉力。因此在没有其它功存在时，任何液体都有自动缩小表面的趋势。若要扩展液体表面,则需把液体内部分子拉到表面上,此时要克服体相内分子的引力而作功—称为表面功。1.比表面Gibbs自由能图9-1表面层分子受力图在温度、压力、组成恒定时，可逆地使液体表面增加dA面积所做的功为：根据热力学原理，在恒温恒压可逆条件下:式中σ称为比表面功，也称为比表面Gibbs自由能。意义：是指在温度、压力和组成一定的条件下，可逆地增加
4、单位表面时所引起系统的Gibbs自由能变化。σ单位为J·m-2.（9-6）表面Gibbs自由能广义概念：考虑表面功时,热力学基本关系为：于是可见，是在相应变不变的条件下，扩展单位表面积所引起体系热力学函数的增量。2.界(表)面张力表面张力的物理意义:指垂直作用于表面边界线上任意单位长度并与表面相切而指向表面中心的界面紧缩力。σ的单位:J·m-2=(N·m)·m-2=N·m-1为力的量纲。故σ也称为表面张力。图9-2表面张力示意图图9-3表面张力的作用和方向小实验:将金属丝环同软丝线圈侵入肥皂液中。三、影响表面
5、张力的因素１.与物质的本性有关是物质的特性，其大小与温度、压力、组成及共存的另一相有关。２.与所接触邻相的性质有关3.与温度有关4.与溶液的组成有关5.固体的表面张力难以准确测定；其表面张力通常大于液体的表面张力。σ与物质的本性有关σ金属键>σ离子键>σ极性共价键>σ非极性共价键Antonow规则：σAB为A、B两液体间的界面张力，σA(B)为饱和了B的A液体表面张力，而σB(A)为饱和了A的B液体表面张力。（9-9）Antonow规则对许多有机液体-水系统是近似适用的，如表9-3所示：式中：M为液体的摩尔质
6、量，ρ为液体密度，x是液体的缔合度，Tc是临界温度，而k是一个常数。（9-10）Ramsay-Sheilds公式：固体的表面张力大于液体的表面张力§9.2弯曲液面的附加压力和毛细现象1.弯曲液面的附加压力由于表面张力的作用,弯曲液面下液体受力情况与静止的平液面不同,会产生一个额外的附加压力(见下图)。Laplace方程（9-14）r球形液面曲率半径弯曲液面下，垂直作用于单位截面的力为附加压力。图9-6曲率大小对附加压力影响的试验讨论:②凸液面：r>0,Δp>0,附加压力指向液体内部，液体所受压力大于外压；凹液
7、面：r<0,Δp<0，附加压力指向气相，液体所受压力小于外压；①液滴愈小,则所受到的附加压力愈大;平液面：r→∞，无附加压力。③若曲面有两个曲率半径:④若为气泡:（9-15）（9-16）图9-7液面下气泡形成的条件在实际工作中，若要在液面下深度为h处形成一个稳定存在的气泡，则气泡内压力必须满足下列条件：式中:pe——外压,ρ——液体密度,g——重力加速度。ρgh为液面下深度h处的液体静压力，Δp为气泡的附加压力。（9-17）一些界面现象的解释:不规则的液滴和气泡,表面不同部分的曲率半径大小和符号不同,具有的附
8、加压力大小和方向不同,受不均衡力的作用液滴或气泡将自动改变形状成为球形,使系统能稳定存在。①自由液滴或气泡呈球形②毛细管上升和下降现象如液体能润湿毛细管,液面呈弯月凹面,则毛细管内液柱上升。达平衡时，管中液柱静压力等于凹液面的附加压力。即则上升高度为:如液体不润湿毛细管，则液面呈凸面而下降，下降高度仍由上式计算。图9-8毛细管上升法测定表面张力◆毛细现象的应用①用毛细管法测定液体的表面张力。②农民中
