物理化学 第四章_界面现象课件.ppt

《物理化学 第四章_界面现象课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章界面现象4.1比表面、表面吉布斯自由能和表面张力4.2表面热力学4.3润湿现象和浮选4.5溶液表面的吸附4.4气体在固体表面的吸附2021/9/72021/9/72021/9/72021/9/7水黾(mian)水黾腿的扫描电镜SEM照片(a)水黾腿的无数细长微刚毛(b)单根刚毛上的精细螺旋状的纳米凹槽结构2021/9/72021/9/72021/9/72021/9/74.1比表面、表面吉布斯函数和表面张力表面和界面界面现象的本质比表面分散度与比表面表面功表面自由能表面张力界面张力与温度的关系影响表面张力的因素2021/9/7表面和界面(surfaceandinterface)界面是指两

2、相接触的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。2021/9/72021/9/7一、比表面（specificsurfacearea）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。2021/9/7分散度与比表面把物质分

3、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。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）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×1092021/9/7二、界面现象的本质最简单的例子是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体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小

4、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。2021/9/7设在恒温恒压无化学变化的条件下,可逆地扩展表面dA时,环境对系统所需要作的功为,其大小显然与dA成正比,即根据公式在恒温恒压无化学变化的条件下比例系数的物理意义就是在一定温度、压力和组成下，增加系统单位表面时，系统表面吉布斯函数的增量。被称为比表面吉布斯函数2021/9/7的单位是J·m-2，又因为J=N·m，所以，的单位也可以用N·m-1表示，物理学上称为表面张力比表面吉布斯函数与表面张力数值相同，单位也能统一起来，它们是从不同的角度来反映表面的特性。更习惯于用表面张力这一概念2021/9/

5、7表面张力（surfacetension）由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。液体表面的最基本的特性是趋向于收缩2021/9/7将一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力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这一现象表面张力（surfacetension）2021/9/7表面张力（surfacetension）2021/9/7如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。这时l是滑

6、动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上的表面张力。表面张力（surfacetension）2021/9/7表面张力在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用g或表示。表面张力的单位是：2021/9/7表面自由能(surfacefreeenergy)由此可得：考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加dA一项，即：2021/9/7表面张力（surfacetension）2021/9/7影响表面张力的因素（1）分子间相互作用力的影响（2）温度的影响温度升高，表面张力

7、下降。（3）压力的影响表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。2021/9/