物理化学（第二版）电子教案物理化学（第二版）电子教案D10.ppt

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1、界面现象研究的内容和方法表面张力与单位表面吉布斯函数液体的界面现象溶液界面上的吸附教学指导固体表面对气体的吸附教学要点通过本章的学习，要求大家熟悉各种界面上的特殊现象及其规律；了解表面活性剂的特点和作用；能运用表面化学的基本原理解释生活生产中的各种与表面相关的问题。教学内容界面现象研究的内容与方法表面张力与单位表面吉布斯函数液体的界面现象溶液界面上的吸附固体表面对气体的吸附界面现象研究的内容和方法1.界面现象研究的内容(1)界面层的定义在多相系统中，相与相之间存在着相界面，称为界面。通常界面有五种类型，即气-液、气-固、液-液、液-固和固

2、-固相界面。习惯上，把气-液和气-固界面称为表面。界面层只有几个分子层厚，当界面面积不大时，界面效应可忽略不计，若系统界面面积很大，则必须考虑界面效应。胶体系统、多相催化系统和电化学系统都具有很大的相界面和界面效应。由于界面两侧不同相中分子间作用力不同，因而界面层中的分子处于一种不对称的力场之　中，受力不均匀，如图所示。液体的内部分子受周围分子的吸引力是对称的，各个方向的引力彼此抵消，总的受力效果是合力为零，但处于表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的、不对称的。气相分子由于分子稀薄，其对液体表面层分子的引力小于液体表面层分子受本体相分子

3、的引力，故液体表面层分子所受合力不为零，而是受到一个指向液体内部的拉力，力图把表面分子拉入液体内部，因而表现出液体表面有自动收缩的趋势。另一方面，由于界面上不对称力场的存在，使得界面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势，借以补偿力场的不对称性。许多重要的现象，如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气过饱和、吸附作用等均与上述两种趋势相关。本章所研究的有关界面性质的内容就是由于界面分子受力不均匀而导致的现象。(2)系统的分散度物质分散成细小微粒的程度称为分散度。通常采用体积表面(或质量表面)来表示分散度的大小，其定义为：单位体积(或单

4、位质量)的物质所具有的表面积，用符号AV(或Am)表示，即：上两试中AS，V，m分别为该物质的表面积、体积和质量。AV的单位为m-1，Am的单位为m2·kg-1。当把边长为0.01.m.的立方体逐渐分割成小立方体时，体积表面的增长情况列于下表。高度分散的物质系统具有巨大的表面积。例如，将边长为10-2m的立方体物质颗粒分割成边长为10-9m的小立方体微粒时，其总表面积和体积表面将增加1000万倍(见表)。高度分散、具有巨大表面积的物质系统，往往产生明显的界面效应，因此必须充分考虑界面效应对系统性质的影响。2.界面现象研究的方法界面现象涉及

5、物理领域和化学领域，并且在胶体科学、材料科学、生物科学、催化化学等学科领域有广泛的应用。界面现象研究的问题既涉及平衡规律和速率规律，也涉及物质的结构和性质。因此，它的研究方法为热力学方法、动力学方法、统计热力学方法和量子力学方法(后两种方法已超出本书讨论的范围)。1cm3立方体分散为小立方体时系统的总表面及体积表面的变化表面张力与单位表面吉布斯函数1.表面功及表面张力由于表面层分子受到一个指向体相的引力，因此如果要把一个分子从体相移到界面(或者说增大表面积)时，就必须克服系统内部分子间的引力而对系统作功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使

6、表面积增加dAS，环境对系统做的功称为表面功，可以表示为:上式中的比例常数称为表面张力或界面张力。表面张力σ的单位为J·m-2，它的物理意义是：在T，p和组成恒定的条件下，增加单位表面积时必须对系统做的可逆非体积功。即2.表面张力的作用方向从另一角度观察界面现象，图所示为一个由铂丝做成的框，另一根铂丝可在框架上滑动。框中沾有一层肥皂膜，显然，如果不在可移动的铂丝上施加图示方向的外力，肥皂膜将由于表面张力的作用而自动收缩。所以，只有施加一定的外力F，才能使肥皂膜稳定存在。若σ表示表面张力，可移动的铂丝长度为l，由于肥皂膜有两个表面，因此边缘

7、的总长度为2l。当达到平衡时，有表面张力与表面功由图可见，表面张力σ是沿着表面的切线方向，垂直地作用于单位长度的表面边缘，并指向表面中心力图使表面积收缩的力。表面张力σ的单位也可以表示为N·m-1(1N·m-1=1J·m-2)，这就是称其为表面张力的来由。4.影响表面张力的因素(1)表面张力与物质本性的关系表面张力与物质的本性有关，即与分子间力有关。分子之间的作用力越大，表面张力也越大。一般说来，固态物质的表面张力大于液态物质的表面张力，极性物质的表面张力大于非极性物质的表面张力。处于相同的凝聚态下，物质的表面张力与其分子间力或化学键力的

8、关系如下:(2)表面张力与接触相间的关系在一定条件下，同一种物质与不同性质的其他物质接触时，表面层分子所处的力场则不发　同，表面(界面)张力出现明显的差异。表20℃时水与不同的液体相接触时表面