界面现象课件.ppt

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1、第十章界面现象§10.1表面积、表面吉布斯函数(能)与表面张力§10.2弯曲液面下的附加压力及曲率对蒸气压的影响§10.3铺展和润湿§10.4气体在固体表面上的吸附§10.5溶液的表面吸附§10.6表面活性剂[目的要求][重点难点][主要内容]1§10.1表面积、表面吉布斯能与表面张力引言图10-1液体表面与体相分子受力情况界面分子与内部分子是有差别的，它们所处的状态不同。例如：液体与其蒸气所组成的体系：内部分子：受到四周邻近分子的作用力对称，这种作用可相互抵消界面分子：靠液体一边，受液体分子作用力大;靠蒸气一边，∵蒸气分子密度小，∴作用力小。不可抵消结论：正是由于界面分子

2、与内部所处的状态不同，所以引起一系列表面性质2对一定量的凝聚相物质来说，粉碎程度或分散程度越高，其表面积就越大，表面现象也就越明显；通常用比表面积as表示物质的分散程度，其定义为：比表面：单位体积（或质量）物质所具有的表面积。下面举例说明随着分散程度的增大，比表面增大的情况：（一）表面积与分散度(对于松散的聚集体或多孔性物质常用)3将边长为1cm的立方体加以切割立方体边长（cm)分割而得立方体数总表面积（cm2)比表面（cm-1)11661×10-1103606×1011×10-21066006×1021×10-310960006×1031×10-41012600006×1

3、04可见：对于一定量的物质，若颗粒越小，则总表面积就越大，分散度就越高。只有高分散体系，其表面现象才能达到可以觉察的程度。应用：①在药物学上,尺寸减小可提高药物吸收能力，减少药物用量。②在催化化学上，尺寸减少到纳米水平，可有效提高催化活性，选择性，降低成本4物质表面的分子与内部分子受力不同，表面分子受到垂直向下的力，若要扩大物质的表面，就要把物质内部的一些分子变为表面分子，这就要克服分子间的引力作功，所耗费的功变为表面层分子的位能。∴表面层分子的能量＞内部分子的能量在恒温、恒压和组成一定的情况下，可逆地增加体系的表面积dA，外界对体系所做的功δWr′叫作表面功(二)表面吉布

4、斯能和表面张力（σ）１.表面吉布斯能σ5表面功的大小和体系增加的表面积dA成正比，即：–δw’R=σdA式中：：所耗费的功dA：所增加的表面积σ：比例常数，当dA=1时，σ即当体系温度、压力、组成不变时，可逆增加单位表面（积）时对体系所做的表面功。σ的意义16再由热力学原理：在等温、等压的过程中，体系吉布斯自由能的增加=体系所得最大非体积功，可得:当体系温度、压力、组成不变，增加单位表面（积）时，体系吉布斯自由能的增量，叫表面吉布斯自由能（specificsurfaceGibbsenergy)。用σ表示，单位：J·m-2。σ的意义2∴7我们也可以从另一个角度来考虑σ的物理意

5、义。在一定条件下将金属框蘸上肥皂液，然后再缓慢地将金属框在力F的作用下移动距离Δx，使肥皂沫的表面积增加ΔA，如图10.2所示。因为在金属框的两面具有两个表面，所以共增加表面积为ΔA=2lΔx，在此过程中环境所作的表面功为δWr′=FΔx，它转变为液膜的表面吉布斯自由能，两者数值相等，即图10-2作表面功示意图2.表面张力（Surfacetension)σ(N.m-1)σ是沿界面，垂直作用在单位长度上的表面紧缩力。即∴∴81.定义：σ是温度、压力、组成不变时，增加单位表面积时，体系吉布斯能的增量，单位是J·m-2。∵J=N·m∴N·m·m-2=N·m-1∴又可把σ看成作用在

6、单位长度界面上使界面收缩的力—表面张力（或沿表面切线方向，垂直作用在单位长度相界面上的表面收缩力）。注1：对于平面液面来说，表面张力的方向与液面平行；对于曲面来说，表面张力的方向与界面切线方向一致注2：部分液体的表面张力数据有表可查注3：液膜自动收缩、液滴自动缩成球形以及毛细现象等都说明了表面张力的存在，并可用表面张力解释(a)(b)9（三）.影响物质表面张力（或表面G）的因素要找影响因素，需从表面张力产生的根本原因入手。由于表面张力的产生是由于物质内部的分子间引力以及形成界面的两相密度不同引起的，所以影响因素主要与物质的性质、另一相的性质等因素有关，具体分析：10①表面张

7、力是物质的特性常数，不同种类的物质，分子间力的大小不同，σ也就不同。物质ơ×103物质ơ×103水75.68乙醚19.31苯31.7二硫化碳35.71甲醇23.5正丙醇25.31乙醇23.3正丁醇25.87H2O分子有氢键，σ较大。一般来说：金属键＞离子键＞极性键＞非极性键若极性相似，则分子量大，σ大。0℃时各物质的σ（N·m-1）（空气中测定）11②相同的温度、压力下，物质的表面张力大小与共存的另一相有关。293.15K时某些液体的表面张力及界面张力液体/蒸气表面张力（N·m﹣1)液体/水界面张力（N·m﹣1)水