第八章 界面现象.ppt

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1、第八章界面现象我们身边的界面现象雨滴露珠曙光晚霞碧海蓝天我们身边的界面现象活性碳粉脱色；硅胶吸水、塑料防水；玻璃毛细管内水面上升、汞面下降；牛奶、豆浆成乳状液而稳定存在；肥皂、洗衣粉起泡去污；水过冷而不结冰、液体过热而不沸腾；溶液过饱和而不结晶；界面?气液固气—液界面气—固界面液—液界面液—固界面固—固界面（固体表面）（液体表面）界面的特殊性？考虑界面效应的必要性？界面即两相的接触面界面的特殊性界面是系统中的特殊部分界面层分子所处力场不对称在高度分散系统中界面效应不可忽视例：水滴分散成微小水滴表面积：

2、3.1416cm2314.16m2分为1018个直径10nm直径1cm相差106倍§10.1界面张力实验:金属丝移动dx扩展皂膜,皂膜有上下两个面,因此:F=·2l界面张力：引起液面收缩的单位长度上的力，，单位：N·m-1。1、界面张力Fldx肥皂膜表面功：用外力F使皂膜面积增大dAs时，需克服表面张力作可逆表面功：Fldx肥皂膜：使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功，单位：J·m-2表面吉布斯函数:恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变：界面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉

3、布斯函数三者物理意义不同，但数值和量纲是等同的，单位均可化为N·m-1：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-22、界面张力的性质方向：影响因素：切线方向，使液面紧缩物质的本性接触相温度压力、分散度一般随温度升高而减小。极限情况：T→Tc时，→0。分子间相互作用力越大，越大(金属)>(离子键)>(极性键)>(非极性键)(水-汞)=415mN·m-1；(水-苯)=35mN·m-13、考虑界面效应的热力学公式多组分体系同理于是：恒T,p,nB,下积分下式：

4、得：解释界面现象对求全微分降低表面积降低界面张力液滴自动成球形固体、液体表面自动吸附其它物质§10.2弯曲液面的附加压力附加压力——拉普拉斯(Laplace)方程微小液滴的饱和蒸气压——开尔文公式亚稳状态及新相的生成1.弯曲液面的附加压力附加压力Δp=p内－p外pgΔpplplpgΔp方向：指向曲率中心做功使液滴半径增大dr,则表面积增加dA，体积增加dV毛细管实验：dVr2.拉普拉斯(Laplace)方程Lapace方程使用该方程应注意：①该形式的Laplace公式适用于球形液面。②曲面内（

5、凹）的压力大于曲面外（凸）的压力，Δp＞0。③r越小，Δp越大；r越大，Δp越小。平液面r→∞，Δp→0，（并不是=0）④Δp永远指向球心。毛细现象液体在毛细管中上升液体在毛细管中下降3.开尔文公式（微小液滴的饱和蒸气压）微小液滴的饱和蒸气压不仅与物质的本性、温度及外压有关，还与液滴的大小有关。dnplprr+drdG小液滴面积：增加dn液体由ppr:而开尔文公式由Kelvin公式可知：凸液面r越小pr越大对于凹液面：比较饱和蒸气压：p凸>p平>p凹4.亚稳态及新相生成系统分散度增大、粒径减小引起

6、液滴和固体颗粒的饱和蒸气压大于普通液体、固体的情况，只有在粒径很小时才需要考虑。在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾、溶液结晶等过程中，新相从无到有，最初尺寸极其微小，比表面积和表面吉布斯函数都很大，新相的产生非常困难，会出现一些特殊的状态——亚稳态(介安态)。常见的亚稳态过饱和蒸气OC：通常液体的饱和蒸气压曲线O´C´：微小液滴的饱和蒸气压曲线按照相平衡条件，应当凝结而未凝结的蒸气称为过饱和蒸气。应用：喷洒微小AgI颗粒的人工降雨。pT正常TlgT小CC´AOO´p0过热液体按照相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的

7、液体称为过热液体。ρghp大气压p假设在101.325kPa、100℃距离液面0.02m的深度处有半径为10nm的小气泡，其承受的压力：消除：投入沸石等。过冷液体O´C：平面液体的饱和蒸气压曲线AO：普通晶体的饱和蒸气压曲线A´O´：微小晶体的饱和蒸气压曲线一定外压下，温度低于正常凝固点还不凝固的液体称为过冷液体。TTf

8、溶液过饱和程度大会生成细小的晶粒，不利于后续操作。常采用投入晶体种子的方法，获得较大颗粒的晶体。消除亚稳态——加入新相的种子：沸石、晶种等；利用亚稳态——金属淬火等；小结——亚稳态及其产生原因亚稳态：热力学上不稳定，但又能够在一定条件下稳定存在的状态。产生的原因：新相的种子难以生成。§10.3固体表面1.吸附现象吸附：在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同的现象。吸附质：被吸附的物质；吸附剂：有吸附能力的物质。物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力