物理化学中国药科大学表面现象课件.ppt

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1、第七章　表面现象Interface:俩相紧密接触的过渡区称为界面。一般仅几个分子层的厚度.L-S;L-G;S-G;S1-S2;L1-L2等等，如果其中的一相是gas,则称为surfaceliquit1liquit2liquit1liquit2界面现象(表面现象,surfacephenomena)讨论的是在界面上发生的一些行为.surfacephenomenaphysics在biology;material;chemicalengineering;pharmacologyetc.有着广泛的应用.本章主要讨论相的表

2、面分子和体相分子的差异，以及在L-S;L-G;S-G;S1-S2;L1-L2等界面上的一些现象。8/29/2021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。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。常见的界面：1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.液-固界面5.固-固界面第一节　表面吉布斯能一个相的表面分子和其内部分子的能量是不同的

3、，如图所示是液体和气体呈平衡时表面分子和其内部分子的受力情况示意图：界面现象的本质式中为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。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，对体系做功。温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：二、表面吉布斯能和表面张力（一）表面吉布斯能在T；p一定时，扩展dA表面所做的功为W´球内液体的压

4、力为p´W´和dA成正比，如右图。比例系数为W´=-dAW´=-dGT,pdGT,p=dAp´的单位为J·m-2，称为比表面吉布斯能J=N·m的单位又可为N·m·m-2=N·m-1N·m-1是力的单位的物理意义定温定压条件下，增加单位表面积引起的系统吉布斯能的增量。单位表面积上的分子比相同数量的体相分子“超额”的吉布斯能。比表面吉布斯能和表面张力的单位是相同的，它们的数值也是相同的。半径0.01m的水滴分散后吉布斯能的增加r(m)NAS=N·4r2am(m2·kg-1)GS=A(J)10-

5、2112.5710-43.0010-19.1610-510-310312.5710-33.009.1610-410-410612.5710-23.001019.1610-310-510912.5710-13.001029.1610-210-6101212.573.001039.1610-110-7101512.571013.001049.1610-8101812.571023.001059.1610110-9102112.571033.001069.16102（二）表面

6、张力（surfacetension）如果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。(a)(b)由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见(a)图。如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，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。（a）（b）理解表面张力的物理意义：垂直于边界线，沿着表面的切线方向W2f=·l=w2切线方向表面张力和界面张力比表面能或表面张力是强度性质，其值与物质种类、共存的另一相以及温度、压

7、力等因素有关。对纯液体来说，若不特别指明，共存的另一相就是指标准压力时的空气或饱和蒸气。如果另一相不是空气或饱和蒸气，表面张力的数值就有可能有相当大的变化，因此必须注明共存相，此时的表面张力通常又称为界面张力1-2。20°C一些液体的表面张力物质物质水0.0728四氯化碳0.0269硝基苯0.0418丙酮0.0237二硫化碳0.0335甲醇0.0226苯0.0289乙醇0.0223甲苯0.0284乙醚0.0169phase1phase2phase1phase2汞汞蒸气0.4716水水蒸气0.0728

8、汞乙醇0.3643水异烷0.0496汞苯0.3620水苯0.0326汞水0.375水丁醇0.0017620°C界面张力三、表面的热力学关系式可见，比表面吉布斯能是特定条件下增加单位表面积时，热力学量的增量。组成不变的恒容或恒压体系：在上述四个基本公式上使用Maxwell公式：QR＝TdST（dS/dA)T,P相当于扩展单位表面积而吸收的热，一般是正值，所以表面张力随温度的升高而降低。极