南京工业大学物理化学课件——第十章表面现象.ppt

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1、第九章表面现象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。表面现象：发生在相界面上的物理化学现象产生表面现象的主要原因：就是处于表面层中物质的分子与系统内部物质的分子在力场上存在差异；或从能量的角度来看，也可以解释成为处于表面层的分子比内部分子具有较高的能量。比表面：就是指每单位体积的物质所具有的表面积，用比表面Αs来表示即：As=§9.1表面

2、张力一、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，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。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。§9.1表面张力在宏观上表面张力表现:图10－2

3、表面张力的作用（a）(b)图10－3表面功示意图§9.1表面张力为了准确地讨论表面张力的物理意义，人们又理想化设计了一个模型，比表面功:仅仅是用来增加系统的表面积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的物理意义：等温等压下增加单位表面积所引起的系统吉布斯函数的变化。有两种意义:既是表面张力又是比表面吉布斯函数§9.1表面张力二、界面的热力学方程§9.1表面张力三、影响表面张力的因素：（1）表面张力与物质的本性有关表面张力是分子之间相互作用的结果，不同的物质其分

4、子间的作用力不同，表面张力也不相同。（2）与接触相的性质有关：一种物质与另外一种物质接触时，表面层（界面层）分子所受的力场则不相同，因而表面张力会出现明显的差异。（3）温度的影响升高温度，一般液体的表面张力都降低。这是因为升高温度时，液体分子间距离增大，引力减小，而与之共存的蒸气密度加大，对液体表面分子的作用力增强，致使表面分子所受到的指向液体内部的拉力减小，表面分子的吉布斯函数减小。另外，压力分散度及运动情况对也有一定的影响。§10-2润湿现象与接触角一、润湿的分类润湿是固体表面上的气体被液体取代的

5、过程。润湿现象就是指液体与固体接触时发生的一种界面现象，当液体和固体接触时，由于液体表面性质和固体自身表面性质以及液—固界面性质的不同，液体对固体的润湿情况也不同。按照润湿程度的深浅或润湿性能的优劣来把润湿分为三大类。（1）沾湿（ahhensionalwetting）所谓沾湿是指当固体表面与液体相接触气—固界面和气—液界面在恒温恒压可逆条件下，将液体沾附在固体的接触面上。如图10-4所示。在沾湿过程中，假定其各个界面都为单位面积。该过程的吉布斯函数的变化值。假定其值为。图10-4沾湿过程§10-2润湿

6、现象与接触角则此过程中，即称为沾湿功。对于一个自发过程来讲，。是液固沾湿时，系统对外所做的最大功。值愈大，液体愈容易润湿固体。（2）浸湿（immersionalwetting）所谓浸湿是指当固体浸入液体中，气—固界面完全被固—液界面所取代的过程。如图10-5所示：在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气—固界面转变为液固界面，在该过程中吉布斯函数的变化值为即为浸润功在自发过程中，则有同样值愈大，表示浸湿的效果愈好。图10-5浸湿§10-2润湿现象与接触角（3）铺展（spreading

7、wetting）少量液体在光滑的固体表面（或液体表面）上自动展开，形成一层薄膜的过程称为辅展，如图10-6所示。在恒温恒压可逆辅展单位面积ab段，对ab段来讲，辅展前存在着，而在辅展以后消失，取代之的为和。因而在辅展过程中，系统的吉布斯函数，不用辅展功，而是用辅展系数来衡量，用表示。当时，液体才可以在固体表面上辅展总结出：沾湿属于最低层次的润湿辅展过程属于最高层次的润湿在某一指定系统，恒温恒压下，能发生辅展则必定能发生浸湿，更易沾湿，这是热力学的必然结果。图10－6铺展§10-2润湿现象与接触角二、接

8、触角与杨氏方程所谓接触角（又称为润湿角）是指液体与固体间的界面AC与液体表面在三相点处的切线（包含液体）间的夹角。如图10-7所示。（a）图所示的是发生润湿的情况;（b）图所示的是不润湿的情况。图10－7液体－固体间的接触角(a)(b)§10-2润湿现象与接触角当处于平衡状态时，三相点A处受到三个力的作用，达到平衡时应存在如下关系：1805年杨氏（T·Young）曾得到此式，故称其为杨氏方程。1）当时，即2）当时，液体润湿固体过程中能自动发生，液体有扩大