物理化学-第八章-界面化学课件.ppt

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1、第八章界面化学§8—1引言界面现象:是研究在界面上发生的一些行为界面是指两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。界面和表面是概念不同，但在称呼上不做严格区分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。一.常见的界面:气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。在多相体系中，任何两相之间的接触面都叫做界面1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.液-固界面5.固-固界面二.自然界中的表面现象1.汞洒在地

2、面或玻璃自动成球型2.棉花、毛巾能吸水3.塑料布能防水4.大块玻璃运输和储存时要防潮5.活性白土可做油脂的脱色剂6.活性炭可做冰箱的除味剂7.硅胶做干燥剂8.分子筛做催化剂界面现象的共同特征:发生在两相的界面上讨论的体系:高分散体系;多孔体系比表面(A):表示分散体系分散程度的物理量。定义：单位体积物质所具有的表面积单位：m-1或单位质量物质所具有的表面积单位：m2/g比表面是衡量体系分散程度的物理量，颗粒越小，比表面越大，体系的分散程度越高，表面现象越明显。例如，把边长为1m的立方体逐渐分割成小立方体时，比表

3、面增长情况列于下表：边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-11036×101×10-510156×1051161×10-910276×109可见达到nm级的超细微粒时,它具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，现已成为新材料和多相催化方面的研究热点。从表上可以看出，当将边长为1m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长迅猛。§8—2表面张力和表面吉布斯函数一、表面吉布斯函数产生表面现象的原因液-气表面表面层分子处在不对称的力场内部分子受到的作用力---合力为零表面分子受到一个向内

4、部拉的作用力，这个力的方向垂直于表面，指向液体内部。在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。线保持原状(a)刺破线圈中央的液膜，线圈两侧作用力不再平衡，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张力的存在。(b)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，环境对体系做功。这个功全部以能量的形式储存于表面,因此,表面分子能量高表面积大表面分子多体系能量高体系不稳定二.表面功的定义及计

5、算由热力学公式可知：等温等压和组成不变的条件下表面功定义：在等温等压和组成不变的条件下，可逆地扩大表面积，环境对体系作功。显然这个功与扩大的表面积成正比。物理意义：等温等压和组成不变的条件下，可逆地扩大单位表面积，单位表面积体系吉布斯函数的变化值称为比表面能。单位：J·m-2广义:γ是在指定各相应变量不变的条件下,增加单位表面积体系中热力学函数的增加值.γ:为单位表面积所具有的能量。体系的总能量若等温等压和组成不变的条件：=0，可逆＜0，自发1．缩小表面积(γ是常数)缩小表面积即dA<0的过程，是自发过程。∵γ

6、为常数结论：在比表面能一定的条件下，减小表面积的过程是自发进行的。液体易发生形变,收缩表面积是自发过程.γ,A是正数2．减小表面能(A是常数)缩小表面能即dγ<0的过程，是自发过程。∵A为常数结论：在比表面积固定的条件下，减小表面能的过程是自发进行的。固体不易发生形变,发生吸附是自发过程.γ,A是正数二、表面张力表面能的单位：能量单位力单位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。如果在活动边框上挂一重物，使重物

7、质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）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。γ的物理意义：单位长度上表面的紧缩力，即比表面张力。其方向与L垂直，与液面相切。比表面张力与比表面能数值相同，符号相同，但单位不同，物理意义不同。一般在称呼上也不作严格区分。三、影响表面张力的因素1．表面张力与物质性质有关2．与温度有关分子间作用力越大，表面张力越大通常极性液体＞非极性液体温度升高，界面张力下降，因

8、为温度升高，分子热运动加剧，分子间作用力减弱，分子间距离远。3.与接触相的性质有关l—l界面,接触相两液体性质不同,γ也不同第一相第二相γ/N﹒m-1汞水0.415汞乙醇0.389一、弯曲液面下的附加压力液面分三种情况平面凸液面凹液面分析三种液面的受力情况△p=0△p>0△p<0§8—3弯曲液面下的附加压力和毛细现象附加压力与曲率半径之间存在什么关系呢？——拉普拉斯方程推导:(1)在毛