第1章 界面现象-1

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1、第一章界面现象1本章内容（1）表面吉布斯自由能和表面张力（2）弯曲表面下的附加压力和蒸气压（3）液体界面的性质（4）不溶性表面膜（5）液-固界面现象（6）表面活性剂及其作用（7）固体表面的吸附2第一节表面吉布斯自由能和表面张力水滴为什么是圆形而不是方形？3它们为什么可以漂在水面上？4水ps水在毛细管中为什么会上升？空气5表面和界面(surfaceandinterface)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

2、，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。6表面和界面(surfaceandinterface)1.气-液界面7表面和界面(surfaceandinterface)2.气-固界面8表面和界面(surfaceandinterface)3.液-液界面9表面和界面(surfaceandinterface)4.液-固界面10表面和界面(surfaceandinterface)5.固-固界面11界面现象(interfacePhenomena)——在相界面上所发生的一切物理化学现象。表面现象(surfacePhenomena)——通常将气-液、气-固界面现象称为表面现

3、象。表面化学(界面化学)——以多相体系为对象，研究界面上特殊的物理化学性质和由此而产生的一系列现象及其应用的科学。表面现象、界面现象和表面化学12界面现象的本质表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。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；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消。对于单组分体系，特性源于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，特性源于界面层的组成与任一相的组成均不相同。13界面现象的本质表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉

4、力小（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。界面层分子与体相分子所处状态不同液体蒸气F≠0f=014比表面（specificsurfacearea）比表面通常用来表示物质分散的程度：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（多点及单点物理吸附法）和色谱法（连续流动吸附色谱法）。15分散度与比表面分散度——把物质分散成细小微粒

5、的程度称。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。161cm3立方体分散为小立方体时体积表面的变化17分散度与比表面当将边长为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。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。18表面功（surfacework）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。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

6、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：19表面自由能(surfacefreeenergy)考虑了表面功，增加dA20表面自由能(surfacefreeenergy)广义的表面自由能定义：狭义的表面自由能定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号或表示，单位为J·m-2。保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。21表面分子具有比内部分子高的能量例如：（1）一滴水（1克水），比表面积A0=4.85cm2·g-1表面能约为4.8

7、5×72.8×10-7=3.5×10-5J（2）r=10-7cm小水滴，比表面积A0’=3.0×107cm2·g-1表面能达到220J，是原有表面能的6.3×106倍。表面自由能(surfacefreeenergy)22表面张力（surfacetension）在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面相切。金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂。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。把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用g表示，单位是N·m-1。23表面张力