物理化学09章 表面现象.ppt

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1、第9章表面现象Surfacephenomena化学化工学院宋建华研究表面现象的意义表面现象不仅是胶体化学、多相催化和纳米科学的重要理论基础之一，而且还渗透到生命科学、药物学、林学、农学等其他学科。在实践上，它对催化剂的制备、洗涤剂的合成、纺织印染工业、农药的使用和药物的制备使用等都有指导意义，而且与人们的日常生活、治病保健等都有密切的关系。问题1、在自然界中，为什么气泡、小液滴都呈球形？这种现象在实际生活中有什么应用？问题2、煮开水时为何不见暴沸现象，而在有机蒸馏时却会发生暴沸？如何防止暴沸的发生？问题3、在纯水的液面上放一纸船，纸船显

2、然不会自动航行。若在船尾靠水部分涂抹一点肥皂，再放入水中，情况又将如何？问题4、形成过饱和蒸汽、过饱和溶液、过冷液体、过热液体等的原因？表面现象9.1、表面自由能和表面张力9.2、弯曲液面的附加压力9.3、弯曲液面的蒸气压9.1、表面自由能和表面张力1.表面现象及其本质2.表面自由能3.表面张力1.表面现象及其本质常见的界面有：气-液界面但没有气-气界面，不同气体接触总是很快就混合均匀。气-固界面液-液界面什么是界面?不同相态之间，两相紧密接触、约有几个分子厚度的过渡区，称为该两相的界面（interface）。液-固界面固-固界面1.表

3、面现象及其本质气-液界面空气气-液界面1.表面现象及其本质气-固界面气-固界面1.表面现象及其本质液-液界面液-液界面1.表面现象及其本质液-固界面玻璃板液-固界面1.表面现象及其本质固-固界面铁管Cr镀层固-固界面1.表面现象及其本质表面现象的本质由于两相密度不等，其作用力不能相互抵消。正由于这剩余价力的存在，界面层显示出一些独特的性质。如表面张力表面吸附毛细现象小气泡和液滴都呈球状1.表面现象及其本质表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，受力不等。体相内部的分子如红球所示。它受四周邻近相同分子的作用力是对称的，

4、各个方向的力彼此抵销，没有剩余的作用力。2.表面自由能在等温、等压和组成不变的条件下，系统总的表面自由能有自发向减小的方向变化。所以液体表面有自动收缩的趋势。这就是为什么小液滴、小气泡都呈球形。因为相同体积的物质，构成球形时表面积最小，具有的总表面自由能最低。3.表面张力什么是表面张力？在表面上，表面张力无处不在，只是在液体表面上不与边界接触的部分，作用于任意边界两边的表面张力相互对消，看不出来而已。表面张力的单位是：即在一定温度和压力下，在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种不平衡的力，这种力垂直于单位长度的边界，指向液体方向并

5、与表面相切。就是作用于单位边界上的力，称为表面张力。表面张力相当于使表面收缩的力3.表面张力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。若刺破线圈中央的液膜，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，如图清楚地显示出表面张力的存在。由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，故线圈成任意形状可在液膜上移动。表面张力（Surfacetension）(a)(b)3.表面张力表面张力是物质本身的特性对纯液体或纯固体，表面张力的大小取决于分子间相互作用能的强弱。(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非

6、极性共价键)一般化学键越强，表面张力越大。液体中，汞的表面张力最大，因为是金属键水的表面张力也很大，因为有氢键非极性有机液态化合物的表面张力很小3、表面张力温度升高，表面张力下降表面张力与温度的关系当达到临界温度Tc时，表面张力趋向于零。这是因为温度升高后（1）分子振动加剧，彼此作用力减弱。（2）气相与液相的密度差下降，表面层分子的剩余价力变小。到达临界温度时气相与液相的密度相同，气-液界面消失，表面张力趋向于零。9.2、弯曲液面的附加压力1.弯曲液面的附加压力2.Laplace公式3.毛细管现象1.弯曲液面的附加压力研究液面任意小圆圈

7、A周围的受力情况，由于边界上每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力。设向下的大气压力为po，向上的反作用力也为po，附加压力ps等于零。液面正面图（1）.在平面上1.弯曲液面的附加压力（2）.在凸面上在液滴球面上A小圈周围的受力情况，由于每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平面上，不能相消，会产生一个向下的合力。这合力称为附加压力，指向圆心所有点产生的合力之和为球面上受的总压力为1.弯曲液面的附加压力（3）.在凹面上这合力称为附加压力，指向圆心所有点产生的合力之和为气泡内壁受的总压力为在气泡内壁上

8、A小圈周围的受力情况，由于每点两边的表面张力都与内壁相切，大小相等，但不在同一平面上，不能相消，会产生一个向圆心的合力。溶液2.Laplace公式Laplace公式给出了附加压力、表面张力与曲率半径之间的定