物理化学第10章（下）ppt课件.ppt

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1、1第十章界面现象2自然界中物质的存在状态：气液固界面现象气—液界面液—液界面固—液界面固—气界面固—固界面界面：所有两相的接触面若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。B相A相界面相特征：几个分子厚、结构与性质与两侧体相均不同强调：界面不是接触两相间的几何平面！界面有一定的厚度，所以又称界面为界面相。界面的结构和性质与相邻两侧的体相都不相同。思考总表面积314.16m2表面积相差106倍直径10nm的球形小液滴分成1018个直径为1cm的球型小水滴表面积：3.1416cm2界面效应不容忽视！一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。概念把物质分

2、散成细小微粒的程度，称为分散度。通常采用质量比表面积或体积比表面积来表示分散度的大小。As、V、m-分别为物质的总表面积、体积和质量。应用：人的大脑比猿脑总表面积大10倍(爱因斯坦)；植物的叶绿素；催化剂的活性：表面积有关；隐形飞机的表面涂层：纳米级超细颗粒的活性氧化锌；纳米材料；薄膜制备：6小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积，因此由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。人们把粒径在1～1000nm的粒子组成的分散系统称为胶体(见第十二章)，由于其具有极高的分散度和很大的比表面积，会产生特有的界面现象，所以经常把胶体与界面现象一起来研究，称为胶体表面化学

3、。7我们身边的胶体界面现象雨滴露珠曙光晚霞碧海蓝天在界面现象这一章中，将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。8§10.1界面张力1.液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数的由来：表面分子受力不对称所以液体表面有自动收缩的倾向，扩展表面要作功。9若使膜维持不变，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。因膜有两个表面，故有：：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：N·m-1。（1） 液体的表面张力即：实验：l表面张力的方向对于平液面,表面张力的方向总是与外力相反,与液面平行且垂直作用于分界线上。LL对于弯曲

4、液面,表面张力的方向与曲面相切,与分界边缘垂直。11：使系统增加单位表面所需的可逆功，称为表面功。单位：J·m-2。（IUPAC以此来定义表面张力）当用外力F使皂膜面积增大dA时，需克服表面张力作可逆表面功。（2）表面功即：12恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变（3）表面吉布斯函数：：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。单位：J·m-2。三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为：N·m-1即：13当系统作表面功时，G还是面积A的函数，若系统内只有一个相界面，且两相T、p相同，2.热力学公式对一般多组分体系：恒T、

5、p、、恒组分下积分，有：全微分得：可知自发降低表面自由焓有两种途径——降低表面积降低表面张力dT,pGs<0143.表面张力及其影响因素：（3）温度的影响：温度升高，界面张力下降。极限情况：T→Tc时，→0。（1）与物质的本性有关——分子间相互作用力越大，越大。例：气－液界面：(金属键)>(离子键)>(极性键)>(非极性键)（Fe,s）>（NaCl,s）>（H2O,l）>（C6H14,l）（2）与接触相的性质有关。T↑气相中分子密度↑液相中分子距离↑↓（有例外）其中：0与n为经验常数。15（4）压力的影响。P↑a．表面分子受力不对称的程度

6、↓b．气体分子可被表面吸附，改变,↓c．气体分子溶于液相↓1atmH2O=72.8mN/m10atmH2O=71.8mN/m一般：p↑10atm,↓1mN/m，例:16§10.2弯曲液面的附加压力及其后果1.弯曲液面的附加压力——Laplace方程plpg一般情况下，液体表面是水平的，水平液面下液体所受压力即为外界压力。图中为球形液滴的某一球缺，凸液面上方为气相，压力pg；下方为液相，压力pl,底面与球形液滴相交处为一圆周。圆周外液体对球缺表面张力作用在圆周线上，垂直于圆周线，而且与液滴表面相切。圆周线上表面张力合力对凸液面下液体造成额外压力

7、。将凹液面一侧压力以p内表示，凸液面一侧压力用p外表示，附加压力Δp=p内－p外弯曲液面的附加压力17球形液滴(凸液面)，附加压力为：液体中的气泡(凹液面)，附加压力:p总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。需要说明的一点是，如果在液体表面上任意划一条分界线把液面分成a、b两部分，则a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，一定等于b部分对a部分的吸引力，这两部分的吸引力大小相等、方向相反。这种表面层中任意两部分间的相互吸引力，造成了液体表面收缩的趋势。由于表面张力的存在，液体表面总是趋于尽可能缩小，微小液滴往往呈圆球形，正是因为相同体积下球形面积最小。1

8、8弯曲液面附加压力Δp与液面曲率半径之间关系的推导：水平分力相互平