表面积与表面吉布斯能

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1、第八章表面现象水滴为什么是圆形而不是方形？荷叶效应表面现象物理化学意义上的相界面是指两相之间具有几个分子直径厚度的过渡区。气—液界面：涂层、润湿、泡沫气—固界面：吸附、催化、污染、气-液色谱液—液界面：乳液、净洗、三次采油液—固界面：洗涤和净化、粘合、润滑、胶体固—固界面根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为1、定义有点模糊；2、具有“稳定”的边界；3、能量最低原理。第一节表面积与表面吉布斯能凝聚相的物质的表面积与分散程度有关，分散程度越高，表面积越大。一、表面积通常用单位质量物质所具有的表面积as表示物质的分散程度比表面（specificsurfacearea）单位体积物

2、质所具有的表面积aV单位为m2kg1或m2g1。单位为m1。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。如：多孔硅胶的比表面积可达300～700m2·g-1,活性炭1000～2000m2·g-1。一、表面积例8-1：分割半径为r的液滴，使成为半径的小液滴，若液滴为球形，试计算分割后的液滴总表面积A1和原液滴表面积A之比。解:球形表面积A=4r2,体积分割后的液滴数目分割后液滴的表面积A1=n14r12=10×4r2分割前后液滴表面积之比在高度分散体系中表面效应不容忽视。把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。可以证明当rn=r/10n时，An/A=10n，即

3、分散度越高，比表面也越大。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表面效应---指物质高度分散，比表面积和比表面能与同种大块物质相比产生107倍的变化，给物理性质、热力学性质、动力学性质带来显著的影响。二、表面吉布斯能和表面张力1.表面吉布斯能以l-g表面为例，液体表面分子与内部分子受力情况不同内部：分子作用力合力＝0，移动时能量没有变化表面：分子作用力合力指向液体内部，环境作功转化为表面能表面积增加当把体相分子拉向表面时（T,p,

4、n不变）体积V表面积S（小）体积V不变表面积S（大）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：Wr=dA式中为比例系数二、表面吉布斯能和表面张力式中为表面吉布斯能或表面能，其物理意义为当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时体系吉布斯能的增量。2.表面张力二、表面吉布斯能和表面张力这些现象表明，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（interfacialtension）。表面张力是平行于表面，并垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。表面张力的推导膜收缩张力F所作的功：δW

5、’=Fdx在此过程中吉布斯能的减少为：σdA=σ2ldx所以σ=F/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。表面张力是强度性质。表面吉布斯能和表面张力是完全等价的，具有等价的量纲和相同的数值。二、表面吉布斯能和表面张力液体表面张力的测定方法有：毛细管上升法（这是最简单也是最准确的方法）、最大泡压法、滴重法、吊片法等。固体表面张力的测定很困难，直至现在还没于直接可靠的测定方法。表面张力的测定方法三、影响表面吉布斯能的因素1.组成表面的物质物质内部的分子间引力引起表面吉布斯能，分子间作用力越大，表面吉布斯能越大。表面吉布斯能的大小还和

6、形成相界面的另一相有关。液体/空气表面能/J·m2液体/液体表面能/J·m2水72.75103苯/水35.0103苯28.88103橄榄油/水22.8103乙醇22.27103液体石蜡/水53.1103甘油63.0103乙醚/水9.7103液体石蜡33.1103正丁醇/水1.8103橄榄油35.8103苯/汞357103汞484103水/汞3751032.温度升高温度分子的动能增加分子间的相互作用力减弱同时升高温度使两相之间的密度差减小。以此多数液体物质，温度升高，物质的表面张力下降。四、影响表面吉布斯能的因素

7、一些经验公式描述了表面张力和温度之间的关系，其中一个关于纯液体的经验公式为=0(1T/TC)n式中为TC为临界温度，为液体在温度T时的表面张力，0和n为常数，对于多数有机液体n等于11/9。3.浓度浓度对表面吉布斯能的影响，与溶液的性质有关。四、表面的热力学关系式在考虑到系统做非体积功——表面功时，多组分系统的热力学函数基本关系式可以表示为：在指定变量和组成不变的条件下，表面吉布斯能表面Gibbs－Helmholtz公式由于表面积增加表面熵也增加，在等温等压条件下形成新的表面时，系统从环境吸热