物理化学 表面物理化学

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1、物理化学电子教案—第十三章表面物理化学8/5/2021第十三章界面现象13.1表面吉布斯自由能和表面张力13.2弯曲表面下的附加压力和蒸气压13.3液体界面的性质13.4不溶性表面膜13.5液-固界面现象13.6表面活性剂及其作用13.7固体表面的吸附8/5/2021概述界面（interface)是指两相密切接触的过渡区（约几个分子厚度），若其中一相为气体，这种界面通常称为表面（surface)。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或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

2、面称为液体或固体的表面。1、表面和界面(surfaceandinterface)8/5/2021表面和界面(surfaceandinterface)（1）气-液界面8/5/2021表面和界面(surfaceandinterface)（2）气-固界面8/5/2021表面和界面(surfaceandinterface)（3）液-液界面8/5/2021表面和界面(surfaceandinterface)（4）液-固界面8/5/2021表面和界面(surfaceandinterface)（5）固-固界面8/5/2021界面现象产生的原因表面层分子与内部分

3、子相比，它们所处的环境不同。2、界面现象产生的原因8/5/2021界面现象产生的原因对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，主要来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，产生净吸力。因此，界面层会显示出一些独特的性质。8/5/2021界面现象产生的原因液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉

4、力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以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。8/5/2021比表面（specificsurfacearea）比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。3、比表面（specificsurfacearea）8/5/2

5、021分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。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。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）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×1094、分散度与比表面8/5/2021分散度与比表面从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。边长l/m立方体数比表面Av

6、/（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。8/5/202113.1表面张力和表面吉布斯自由能表面功表面自由能表面张力界面张力与温度的关系影响表面张力的因素8/5/2021将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。一、表面张力（su

7、rfacetension）8/5/2021表面张力（surfacetension）如果重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。这时l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是液体表面收缩作用在单位长度上的力，称为表面张力。8/5/2021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)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

8、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。(b)8/5/2021二、表面功