物理化学教学教案_【第8章_表面物理化学】.ppt

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1、物理化学多媒体教学课件第8章表面物理化学Chapter8SurfacePhysicalChemistry2021/9/6第八章表面物理化学8.1表面吉布斯自由能8.2弯曲液面的特性8.3溶液表面吸附8.4表面膜8.5表面活性物质2021/9/6第八章表面物理化学8.6胶束8.7气-固界面吸附8.8液-固界面吸附8.9润湿作用2021/9/68.1表面吉布斯自由能比表面比表面自由能和表面张力2021/9/61.比表面两相界面是指相邻两相间极薄的边界层，厚度可以是单分子层或几个分子层。液体－气体固体－气体表面（surface)液体－液体液体－固体固体－固体界面（interface)20

2、21/9/61.比表面比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：单位质量的物体所具有的表面积；单位体积的物体所具有的表面积。（8-1）把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。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。2021/9/62.比表面自由能和表面张力l-gB液A气图8-1分子在液体内部和表面受力情况液体内部分子：受力彼此抵消，所受合力为零。表面层分子：因气、液两相密度差别较大，受到一指向液体内部的合力。温度、压力和组成恒定时，可逆增加表面积，环境对体系所做的表面功W´与体系表面积的增加dA成正比为比例常数W´=dA（8-2）2021/9/6

3、2.比表面自由能和表面张力W´=dA（8-2）定温、定压、可逆：dG=σdA的物理意义是当T、p及组成恒定时,增加单位表面积所引起的吉布斯自由能的增量.（8-3）称为比表面自由能,单位J·m-2为体系的强度性质。σ值与共存的两相性质、T等有关。常见物质的σ可从手册查得。2021/9/62.比表面自由能和表面张力在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线上的表面紧缩力—表面张力，亦用σ表示：N·m-1表面张力与比表面自由能数值相等，表示符号亦相同，但物理意义不同。σ可从实验上测定，常用的实验方法有：吊环法、吊片法、最大泡压法等。一般T升高，液体分子间引力减弱，σ值减

4、小。2021/9/68.2弯曲液面的特性弯曲液面的附加压力弯曲液面的蒸气压亚稳态2021/9/61.弯曲液面的附加压力prABp0凸面ABprp0凹面图8-2弯曲液面的附加压力△p=pr－p0（8-4）△p—附加压力△p的方向为沿曲面法线指向曲面中心。2021/9/61.弯曲液面的附加压力图8-3体积功与表面吉布斯自由能T，p一定，可逆压缩，小液滴增大dV。则对球形液滴：（8-5）2021/9/61.弯曲液面的附加压力（8-5）拉普拉斯公式（1）△p的大小与σ成正比，与r成反比，对平面：r=∞△p=0对凸面:pr>p0,△p>0r取正值。对凹面:pr

5、对液泡，泡内外两个液面：（3）若曲面非球面：r1、r2分别为曲面上两个相互垂直方向上的曲率半径。2021/9/61.弯曲液面的附加压力（4）利用△p可解释毛细现象。当液体能润湿毛细管内壁时，液体在毛细管内呈凹面，△p方向向上，毛细管内液面上升。图8-4毛细管现象(a)液体在毛细管中上升h(b)液体在毛细管中下降h当液体不能润湿毛细管内壁时，液体在毛细管内呈凸面，毛细管内液面下降。2021/9/61.弯曲液面的附加压力如何解释锄地保墒原理？土壤间隙被认为是一些毛细管，水在其中呈凹液面。天旱无雨时，农民通过锄地来保持土壤水分，因为锄地可切断地表的土壤间孔隙(即毛细管)，以防止土壤中水分

6、沿毛细管进一步上升蒸发。锄地图8-5锄地保墒原理示意图2021/9/61.弯曲液面的附加压力在无外力场影响时，自由的液滴或气泡常呈球形。图8-6不规则形状液滴上各点的附加压力方向2021/9/6p0,平面液体平衡蒸气，p0μl=μgpr,半径为r的液滴平衡μl+dμl=μg+dμg蒸气，prM—液体摩尔质量；ρ—液体密度T一定时;(8-6)2.弯曲液面的蒸气压2021/9/62.弯曲液面的蒸气压开尔文公式(8-6)（1）一定温度下，弯曲液面上饱和蒸汽压pr与曲率半径r有关：若为凸面，pr>p0,且r越小，其pr值越大；若为凹面，r取负值，pr

7、r

8、越小，其pr值越小；（2

9、）利用开尔文公式，可计算弯曲液面上的饱和蒸气压pr。2021/9/62.弯曲液面的蒸气压人工降雨的原理:高空中无凝聚核心，刚形成的小水滴r很小，其pr>>p0,当p(H2O)>p0时，仍可能p(H2O)pr时,水蒸气迅速凝聚，形成人工降雨。毛管凝聚的原理:水在土壤毛管内呈凹面，pr<