物理化学天大五版课件第十章.pdf

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1、第十章界面现象前言界面现象是自然界普遍存在的现象。界面现象应用主要有：（1）润湿作用（2）吸附如用活性炭脱除有机物；用硅胶脱除水蒸汽等。●●●（3）催化作用催化反应大多发生在催化剂的界面上。（4）表面膜如微电子集成电路中有重要应用的表面膜等。11.界面科学：研究界面的性质及其随物质本性而变化的规律，即界面性质随两相中物质性质的变化而变化的规律。目前已有发展较系统的学科分支：“表面化学”、“表面物理”等等。2.界面及界面的种类界面即两相接触的面界面并不是两相接触的几何面，它有一定的厚度，故有时又将界面称为界面相气－液气－液气－固气－固三种相态接触可产生五种界面液－液液－液

2、液－固液－固固－固固－固表面液体表面物质与真空、本身的蒸气或含饱和蒸气的空气相接触的面固体表面一般把与气体接触的界面称为表面（有一相为气相）2当物质被高度分散时，界面的作用将很明显。例10.1把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，表面积如何变化？边长/m立方体数表面积/m21×10-216×10-41×10-31036×10-31×10-51096×10-11×10-710156×1011×10-910216×103由此可见，对于一定量的物质而言，分散度越高，其表面积越大，表面效应也就越明显。3.物质的分散度用比表面积as表示aA/mm2kg－1s

3、s3§10.1界面张力1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数表面层分子与体相分子所处状态示意图由图可知，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F。导致液体表面有自动收缩的趋势；4F由力F引起的这种“表面收缩力”称为“表面张力”表面层分子与体相分子所处环境不同是产生表面张力的根源！！表面张力与表面相切垂直于边界线并指向表面内部表面张力的定义：表面单位长度边界线上指向表面内部（或表面上单位长度任意曲线两边）的表面收缩力，叫做表面张力。表面张力的单位：N/m5例AB受到皂膜表面张力f的向左拉力：F=2L（肥皂膜有两个表面）F单位：N/m2L施加作用

4、力F对抗表面张力使金属丝左移dl，则液面增加dAs＝2Ldl，对系统做的非体积功—表面功。δWFdl2LdldArs'δWr单位：J/m2dAs由于恒温恒压下，可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变，即'δWrdGT,pdAsG表面吉布斯函数故A单位：J/m2sT,p6施加作用力F对抗表面张力使金属丝左移dl，则液面增加dAs＝2Ldl，对系统做的非体积功—表面功。δWFdl2LdldArs'δWr单位：J/m2dAs由于恒温恒压下，可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变，即'δWrdGT,pdAsG表面吉布斯函数

5、故A单位：J/m2sT,p2.热力学公式dUTdSpdVdHTdSVdpdASdTpdVdGSdTVdp73.包含界面能的热力学公式ddddGGGUSSTSdddTTdSTVVddpVppddVpμμBB((μμ)B)Bdd((nnBB)(()ddn)n)BB((dAdA))ss,BBBBddGGdHSTSdTddTSVdVVpddppμB(μμ)BBd((nB)()ddn)nBB((dA))s,BBBdddG

6、GASSSddTdTTVdVppddVpμB(μ)Bd(nB)()ddn)nBB((dA))s,BBddGGGSSSdTddTTVdVVpddppμB(μμ)BBd((nB())dd)nnBB((dA))s式中,BBBGUHAAsT,p,nB()AsS,V,nB()AsS,p,nB()AsT,V,nB()ddGGSSdTdTVdVpdpμB(μB)d

7、(nB)(dn)B(dA)sBB在恒温恒压、各相中物质的物质的量不变时dGdAs界面吉布斯函数变sdG对dGdA积分ssGAssii系统有多个界面GAsi8sGAs界面吉布斯函数判据：在恒温恒压各相中物质的物质的量不变时条件下，系统总界面吉布斯函数减少的过程为自发过程。思考题小液滴聚集成大液滴；多孔固体表面吸附气体；4.界面张力及其影响因素（1）界面张力与物质的本性有关不同的物质，分子之间的作用力不同，对界面上的分子影响不同。极性物质有