物理化学10-1界面现象课件.ppt

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1、第十章界面现象§10.1界面张力§10.2弯曲液面的附加压力及其后果§10.3固体表面§10.4液-固界面§10.5溶液表面掌握:界面,表面,分散度自然界的物质有三种相态,三种相态相互接触可以产生五种界面。所谓界面即是：两相的接触面。表面：与气体的接触面。前言：物质的存在状态：界面类型气—液界面固—气界面液—液界面固—液界面固—固界面表面现象气液固B相A相相界面特征：几个分子厚、结构与性质与两侧体相均不同界面不是接触两相间的几何平面！界面有一定的厚度，所以有时又称界面为界面相。产生表面（界面）现象的原因是什么？是由于当物质被高

2、度分散时，界面的质量与体相相比不可忽略，界面的作用很明显。日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关，例如：1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈凹形。3.固体表面会自动吸附其它物质。4.微小液滴更易于蒸发。与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。结论：对一定量的物质而言，分散度越高，其表面积越大，表面效应越明显．例：总表面积314.16m2表面积相差106倍直径10nm的圆球形小液滴分成1018个直径为1cm的球型小水滴表面积：3.

3、1416cm2物质的分散度用比表面积as表示，它的定义为物质的表面积As与质量m的比：单位：m2·kg-1研究内容：应用物理化学的基本原理对界面的特殊性质及现象进行讨论和分析。1.液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以气-液表面分子与内部分子受力情况为例，如左下图。§10.1界面张力液体内部的任一分子，皆处于同类分子的包围之中，平均来看，该分子与周围分子间的吸引力是球形对称的，各个方向上的力彼此抵消，其合力为零。然而表面层的分子处于不对称的环境中。液体内部分子对它的吸引力，远远

4、大于液面上蒸气分子对于它的吸引力。使表面层分子受到指向液体内部的合力。因而液体表面的分子总是趋向移往液体内部，力图缩小表面积。所以液体表面如同一层绷紧了的富有弹性的橡皮膜。这即是为什么小液滴总是呈球形，肥皂泡要用力吹才能变大的原因：因为球形表面积最小，扩大表面积需要对系统作功。实验:F无摩擦、可自由活动肥皂膜ldx若用钢丝制成一框架，如上图。一边为可以自由活动的金属丝，将此金属丝固定后，使框架沾上一层肥皂膜，若放松金属丝，肥皂膜会自动收缩以减小表面积。要使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小与金属丝长度l成正比，比例系数

5、。因膜有两个表面，故有：实验:F无摩擦、可自由活动肥皂膜ldx中即为表面张力另一方面，当用外力F，使金属丝向下移动dx，皂膜面积增大dA，则表面张力作可逆表面功：表面张力：引起液体表面收缩的单位长度上的力。单位N。M-1γ可理解为：使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功，称比表面功。单位：J·m-2。实验:F无摩擦、可自由活动肥皂膜ldx因为，恒温，恒压下，可逆非体积功，等于系统的吉布斯函变：所以：等于系统增加单位面积时，吉布斯函数的增加，所以，也称为表面吉布斯函数。单位J·m-2表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表

6、面吉布斯函数三者的数值、量纲等同，但它们有不同的物理意义，是从不同角度说明同一问题。２.界面张力及其影响因素界面张力取决于界面的性质，能影响物质性质的因素，都能影响界面张力。１）物质的本性２）温度３）压力４）分散度①与物质的本性有关：分子间相互作用力越大，γ越大。表10.1.1某些液态物质的表面张力物质t/°C/mNm-1正己烷正辛醇乙醇乙醚H2ONaClLiClNa2SiO3(水玻璃)FeOAl2O3AgCuPt2020202520803614100014272080110010831773.518.421.822.32

7、6.4372.75113.8137.8250582700878.513001800一般对于气液界面有：γ(金属键)>γ(离子键)>γ(极性键)>γ(非极性键)固体分子间的相互作用力远远大于液体的,所以固体物质要比液体物质具有更高的表面张力。物质气氛t/°C/mNm-1CuAgSn苯冰氧化镁氧化铝云母石英(1010晶面)Cu蒸气真空真空真空10507502155.50.25185020-1961670114068552712010100090545001030表10.1.2一些固态物质的表面张力两种互不混溶的液

8、体形成液-液界面时，界面层分子所处力场取决于两种液体。所以不同液-液对界面张力不同。表10.1.320°C某些液-液界面张力（两液体已相互达到饱和）界面/mNm-1界面/mNm-1水–正己烷水–正辛烷水–氯仿水–四氯化碳水–正辛醇51.150.832.8458.5水–