固体物理化学 (第9章 界面现象).ppt

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1、§9.1界面张力§9.2弯曲液面的性质§9.3润湿现象§9.4固体界面的吸附作用§9.5溶液表面的吸附§9.6表面活性剂第9章界面现象第9章界面现象1表面和界面(SurfaceandInterface)界面是指两相接触的，大约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。严格讲，表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。§9.0表面和界面§9.0表面和界面2常见的界面有

2、：1.气-液界面§9.0表面和界面表面和界面(SurfaceandInterface)32.气-固界面§9.0表面和界面表面和界面(SurfaceandInterface)43.液-液界面§9.0表面和界面表面和界面(SurfaceandInterface)54.液-固界面§9.0表面和界面表面和界面(SurfaceandInterface)65.固-固界面§9.0表面和界面表面和界面(SurfaceandInterface)7对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特

3、性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。§9.0表面和界面界面现象的本质8例如：液体及其蒸气组成的表面液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入

4、体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。§9.0表面和界面界面现象的本质9§9.0表面和界面界面现象的本质10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：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。§9.0表面和界面比表面（SpecificSurfaceArea）11把物质分散成细小微

5、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。例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109§9.0表面和界面分散度与比表面12从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3

6、）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。§9.0表面和界面分散度与比表面13式中为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，

7、对体系做功。温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功（可逆非体积功）。用公式表示为：§9.0表面和界面表面功（SurfaceWork）14由此可得比例系数ɤ：§9.0表面和界面考虑了表面功，热力学基本公式中就应相应增加表面功（γdA）项，即：表面自由能(SurfaceFreeEnergy)15广义的表面自由能定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。狭义的表面自由能定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表

8、面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号或表示，单位为J·m-2。§9.0表面和界面表面自由能(SurfaceFreeEnergy)16表面张力（SurfaceTension）在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面相切。将一个含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张