8-1 界面张力.ppt

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1、第八章界面现象第八章界面现象本章要求：理解表面张力、表面功及表面吉布斯函数。了解湿润现象，弯曲液面的附加压力和毛细现象，亚稳状态和新相生成。了解固体表面上的吸附作用，等温吸附，溶液表面的吸附和表面活性物质。自然界的物质有三种相态,三种相态相互接触可以产生五种界面。所谓界面即是：两相的接触面。表面：与气体的接触面。前言：物质的存在状态：界面类型气—液界面固—气界面液—液界面固—液界面固—固界面表面现象气液固第八章界面现象B相A相相界面特征：几个分子厚、结构与性质与两侧体相均不同界面不是接触两相间的几何平面！界面有一定的厚度，所以有时又称界面为界面相。第八章界面现象常见的界面有：气-液

2、界面第八章界面现象气-固界面第八章界面现象液-液界面第八章界面现象液-固界面第八章界面现象固-固界面第八章界面现象产生表面（界面）现象的原因是什么？是由于当物质被高度分散时，界面的质量与体相相比不可忽略，界面的作用很明显。日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关，例如：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，在玻璃管中上升，呈凹形。3.固体表面会自动吸附其它物质。4.微小液滴更易于蒸发。第八章界面现象例：总表面积314.16m2表面积相差106倍直径10nm的圆球形小液滴分成1018个直径为1cm的球型小水滴表面积：3.1416cm2物质的分散度

3、用比表面积as表示，它的定义为物质的表面积As与质量m的比：单位：m2·kg-1第八章界面现象1.液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以气-液表面分子与内部分子受力情况为例，如左下图。液体内部的任一分子，皆处于同类分子的包围之中，平均来看，该分子与周围分子间的吸引力是球形对称的，各个方向上的力彼此抵消，其合力为零。然而表面层的分子处于不对称的环境中。8.1界面张力液体内部分子对它的吸引力，远远大于液面上蒸气分子对于它的吸引力。使表面层分子受到指向液体内部的合力。因而液体表面的分子总是趋向移往液体内部，力图缩小表面积。所以液体表面如同

4、一层绷紧了的富有弹性的橡皮膜。这即是为什么小液滴总是呈球形，肥皂泡要用力吹才能变大的原因：因为球形表面积最小，扩大表面积需要对系统作功。8.1界面张力实验:F无摩擦、可自由活动肥皂膜ldx中即为表面张力另一方面，当用外力F，使金属丝向下移动dx，皂膜面积增大dA，则表面张力作可逆表面功：8.1界面张力γ可理解为：使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功，称比表面功。单位：J·m-2。实验:F无摩擦、可自由活动肥皂膜ldx8.1界面张力因为，恒温，恒压下，可逆非体积功，等于系统的吉布斯函变：所以：等于系统增加单位面积时，吉布斯函数的增加，所以，也称为表面吉布斯函数。单位J·m-2

5、表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉布斯函数三者的数值、量纲等同，但它们有不同的物理意义，是从不同角度说明同一问题。8.1界面张力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)(b)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。8.1界面张力2.热力学公式对一般多组分体系，未考虑相界面面积时：8.1界面张力当体系作表面功时，G还是面积A的函数8.1界面张力下标中nB(a)表示各相

6、中各物质的量均不变。8.1界面张力在恒温、恒压、各相中各种物质的量不变时，可逆非体积功为：若表面张力不变，积分得：若有多个表面：8.1界面张力3.界面张力与温度的关系温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：因为运用全微分的性质，可得：等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加的。所以随T的增加而下降。8.1界面张力Ramsay和Shields提出的与T的经验式较常用:Vm2/3=k（Tc-T-6.0）式中Vm为摩尔体积，k为普适常数，对非极性液体，k=2.2×10-7J·K-1。8.1界面张力4.影响表面张力的因素（1）分子间相互作用

7、力的影响（2）温度的影响温度升高，表面张力下降。（3）压力的影响表面张力一般随压力的增加而下降。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，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。8.1界面张力