物理化学及实验_褚莹_第十章界面现象课件.ppt

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1、第十章界面现象界面层处于界面层的物质与相本体的组成、结构、受力情况及能量状态等均不同，这种差异导致了两相界面层之间存在着特殊的界面现象。本章用热力学方法讨论这种现象和规律。在多相体系中，相与相之间存在着界面：多相分散体系的分散程度用比表面表示：体积比表面质量比表面比表面随着物质分散程度的增大而增大。10.1表面自由能和表面张力10.1.1比表面例如，边长为立方体，，。分散成个边长为立方体，，。[练习题]对分散相为球形的物质，证明其体积比表面为对于凝聚相而言，表面层分子与内部分子的受力情况不同。图10-1液体分子的受力情况10.1

2、.2表面自由能和表面张力在无其它作用的情况下，所有表面层分子都有力图进入内部的趋势，若扩展液体的表面积，即把一部分内部分子移至表面，则需要克服拉力作功，此功将转化为表面分子的势能。可见，表面分子比内部分子具有更高的能量。在等温等压下：表示新增表面层分子比相同数量的内部分子多出的自由能。称表面自由能。是单位表面的分子比相同数量的内部分子多出的自由能。称比表面自由能，单位：。从另一角度理解的物理意义：由于表面分子在微观上受到与液面垂直、指向液体内部的拉力，有进入液体内部的倾向，在宏观上表现为有一个与表面平行，力图使表面收缩的力。图1

3、0-2表面张力图10-3表面张力界面功若将金属丝向左移动，使液膜面积增大，则可见，是与表面平行、垂直作用于单位长度上的使表面收缩的力，故称表面张力。单位：。影响表面张力的因素：物质的本性：温度：压力：对于组成不变的均相封闭体系，当有表面功存在时，热力学基本方程为10.1.3界面热力学性质V不变：[练习题]证明：[例题]时，将半径的水滴分散成半径的水滴，试计算分散后小水滴的数目及此过程。解：设小水滴的数目为N，则[思考题]由此计算结果说明为什么处理固体粉尘的工厂要防止粉尘爆炸。10.2弯曲表面的附加压力和蒸气压由于表面张力的作用，

4、弯曲表面下的液体将受到一附加压力：def图10-4弯曲表面的附加压力10.2.1弯曲表面的附加压力平面：附加压力公式的推导：体系所作的净功：球体积球面积图10-5球形液滴的附加拉普拉斯（Laplace）公式讨论：（1）对指定液体而言，正比于；（2）对于平面液体，对凸液面，＞0，＞0；对凹液面＜0，＜0。[思考题]（1）对球形液膜，液泡的内外压差=？（2）对于非球形曲面，（Laplace）公式为：式中分别为主曲率半径。10.2.2毛细管现象液体在毛细管中可上升或下降。图10-6毛细管上升毛细管半径（为液体与毛细管壁的接触角），则[

5、思考题]试解释“锄地保墒”的道理。[练习题]对于的情况，若考虑弯月面液体的质量，则更精确的毛细管上升公式为：10.2.3弯曲表面上的蒸气压设在温度T时，平面液体所受压力为，蒸气压力为；弯曲表面所受压力为，蒸气压力。根据外压对蒸气压的影响：因，，则开尔文公式[思考题]试解释硅胶作为干燥剂的道理。[练习题]时，水的饱和蒸气压水的密度，表面张力试计算该温度下小水滴半径r分别为、和时的蒸气压。此结果说明了什么问题？(2)过饱和蒸气：图10-7产生蒸气过饱和现象示意图20℃时：水汽小液滴大液滴灰尘（凝结中心）人工降雨：，干冰。（2）过热液

6、体图10-8产生过热液体示意图举例：时，，纯水中，，。计算形成气泡时泡内应承受的压力：静压力附加压力而泡内实际蒸气压：由于远小于，故无法形成气泡而沸腾。[练习题]试推导固体颗粒大小与溶解度的关系：并解释过饱和溶液产生的原因。提示：当时，[练习题]试推导固体熔点与颗粒半径的关系：并解释过冷液体产生的原因。提示：[思考题]对于的分解压：10.3液体的表面性质10.3.1溶液的表面张力图10-9表面张力与浓度关系Ⅰ：无机盐等。Ⅱ：醇、酮、醛、酸、酯等，称表面活性物质。Ⅲ：表面活性剂，如等。两个经验规则：（1）特劳贝规则：①②（2）希什

7、科夫斯基经验式：同系物的值相同，脂肪酸类；。[思考题]试由经验式导出规则。提示：当<<1，则10.3.2溶液的表面吸附1、表面吸附降低自由能的途径：（1）缩小表面积A（纯液体）（2）降低表面张力（溶液）正吸附负吸附2、吉布斯吸附公式对多组分两相体系中的表面相：等温等压下：积分，得微分，得因此表面相的公式为：由溶剂1和溶质2组成的二组分体系：其溶液本体：吸附平衡时：定义溶液的表面吸附量又因def例：对稀溶液：（1）若，则，正吸附（2）若，则，负吸附（1）若，则，正吸附（3）若，则，无吸附3、表面吸附量与溶液浓度的关系（1）当c<<

8、K时，则（2）当c>>K时，则[练习题]试导出：，此式相当于吸附等温式。并可改写成如下线性方程：图10-10溶液吸附等温线10.3.3表面活性剂分子在两相界面上的定向排列图10—11表示活性分子在表面层的定向排列在饱和吸附时，，则分子的截面分子的长度10.3.4