第十章 界面现象

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1、第十章物理化学电子教案2021/8/10界面？产生表面（界面）现象的原因是什么？日常自然界中表面现象的例子：1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹形。3.露珠在荷叶、草叶上呈球形。4.液体的过热、过冷，溶液的过饱和。2021/8/1010.1表面和界面(surfaceandinterface)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。界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，界面现象讨论的是在界面上发生的一些行为。若其

2、中一相为气体，这种界面通常称为表面。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2021/8/10界面现象的本质最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。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。2021/8/10比表面（specificsurfacearea）比表面表示物质分散的程度，即：目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法把物质分散成

3、细小微粒的程度称为分散度。在高度分散系统中界面现象不可忽视m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。2021/8/10分散度与比表面例如，把边长为1cm的立方体1cm3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2021/8/10分散度与比表面边长l/m立方体数比

4、表面Av/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，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。多孔硅胶分子筛等纳米材料2021/8/10表面张力（surfacetension）（a）（b）2021/8/10若使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小与金属丝长度l成正比，比例系数。因膜有两个表面，故有：即：：引起表面收缩的

5、单位长度上的力，指向液体方向并与表面相切。单位：N·m-1。1.液体的表面张力§10.1界面张力2021/8/10γ：使液体增加单位表面时所需作的可逆功，称比表面功。单位：J·m-2。当用外力F使皂膜面积增大dA时，需克服表面张力作可逆表面功（把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须对体系做功，称为表面功）：2.表面功2021/8/103、表面自由能(surfacefreeenergy)由此可得：2021/8/10表面自由能(surfacefreeenergy)表面广义自由能定义：表面自由能(

6、表面吉布斯函数)定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学特性函数的增值。γ：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。单位：J·m-2。2021/8/10表面张力、表面功、表面吉布斯函数的异同点1.相同点：它们的数值和量纲相同2.不同点：（a）物理意义不同（b）单位不同2021/8/10恒T、p、恒组分下积分，有：全微分：可知自发降低表面自由函数两种途径——降低表面积降低表面张力dT,pG<0在恒温恒压下，系统总界面吉布斯函数减少的过程是自发过程（液体对固体的润湿、小液

7、滴聚集成大液滴，多孔固体表面吸附气体等。）2021/8/10影响界面张力的因素物质的本性温度压力分散度2021/8/10界面张力与物质性质的有关极性液体（如水）有较大的表面张力，而非极性液体的表面张力较小。熔融的盐以及熔融的金属，分子间以离子键和金属键相互作用，表面张力较高。固体物质一般要比液体物质具有更高的表面张力①与物质的本性有关——分子间相互作用力越大，越大。例：(金属键)>(离子键)>(极性键)>(非极性键)②与接触相的性质有关。一种液体与不互溶的其他液体形成液-液界面的表面张力取决

8、于两种液体的性质。2021/8/10界面张力与温度的关系温度升高，分子间作用力减弱，界面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。(饱和液体与饱和蒸汽性质趋于一致,相界面趋于消失)表面积增加，熵总是增加的。所以随T的增加而下降。2021/8/10界面张力与所处压力的关系一般是压力增大，表面张力下降。通常每增加1MPa的压力，表面张力约降低1mN.m-1因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加