物理化学第十章界面现象.doc

《物理化学第十章界面现象.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十章界面现象10.1界面张力界面：两相的接触面。五种界面：气—液、气—固、液—液、液—固、固—固界面。（一般常把与气体接触的界面称为表面，气—液界面=液体表面，气—固界面=固体表面。）界面不是接触两相间的几何平面！界面有一定的厚度，有时又称界面为界面相(层）。特征：几个分子厚，结构与性质与两侧体相均不同比表面积：αs=As/m（单位：㎡·㎏-¹）对于一定量的物质而言，分散度越高，其表面积就越大，表面效应也就越明显，物质的分散度可用比表面积αs来表示。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不可忽略。1.表面张力，比表面功及比表面吉布斯函数物质表面层的

2、分子与体相中分子所处的力场是不同的——所有表面现象的根本原因！表面的分子总是趋向移往内部，力图缩小表面积。液体表面如同一层绷紧了的富有弹性的橡皮膜。g称为表面张力：作用于单位界面长度上的紧缩力。单位：N/m,方向：表面（平面、曲面）的切线方向γ可理解为：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。恒温恒压：所以：g等于恒温、恒压下系统可逆增加单位面积时，吉布斯函数的增加，所以，g也称为比表面吉布斯函数或比表面能。单位J·m-2表面张力、比表面功、比表面吉布斯函数三者的数值、量纲和符号等同，但物理意义不同，是从不同角度说明同一问题。(1J=1N·m故1J·m-

3、2=1N·m-1，三者单位皆可化成N·m-1)推论：所有界面——液体表面、固体表面、液-液界面、液-固界面等，由于界面层分子受力不对称，都存在界面张力。2.不同体系的热力学公式对一般多组分体系，未考虑相界面面积时：当体系作表面功时，G还是面积A的函数在恒温、恒压、组成不变的情况下，使面积减小或表面张力减小，致系统总界面吉布斯函数减小的表面过程可以自发进行。3.界面张力的影响因素①物质的本性：（1）不同的物质，分子间的作用力不同，对界面上分子的影响也不同。分子间相互作用力越大，界面分子受力不平衡程度就越大，γ越大。一般有：γ(金属键)>γ(离子键)>γ(极性键)>γ(非极性键)（

4、2）固体分子间的相互作用力远远大于液体的,固体物质要比液体物质具有更高的表面张力。（3）两种互不混溶的液体形成液-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。②温度T↑γ↓③压强及其它因素：通常每增加1MPa（约10大气压）的压强，表面张力约降低1mN·m-1。10.2弯曲液面的附加压力及其后果1.弯曲液面的附加压强——拉普拉斯（Laplace）方程一般情况下，水平液面下液体所受压强即为外界压强，水中的气泡（凹面）及小液滴（凸面），表面是弯曲的。弯曲液面下的液体不但受到外界压强，还要受到弯曲液面的附加压强Dp。圆周界线上表面张力的合力对底面下液体造

5、成额外压力。若弯曲液面凹面一侧压强以p内表示，凸面一侧压强用p外表示，定义附加压强：Δp=p内－p外Δp总是一个正的值，它的方向指向凹面曲率半径的中心小结：（1）弯曲液面会产生附加压力，水平液面无附加压力；（2）附加压力产生原因：表面张力不能相互抵消；（3）附加压力的方向：指向弯曲液面的曲率中心。弯曲液面附加压强Δp与液面曲率半径的关系:因为球缺底部圆周长2pr1，得垂直方向在圆周上合力为：因为，cosa=r1/r，球缺底面积为pr12，所以弯曲液面对单位水平面上附加压强为：——拉普斯方拉程表明弯曲液面附加压强与液体表面张力成正比，与曲率半径成反比。其中，曲率半径r，总取正值，

6、Δp指向凹面中心，总取正值。对于气泡（空气中的肥皂泡），其有内外两个气-液界面：2.毛细管现象当液体在毛细管中呈弯曲液面时，管内高度≠管外高度，即管内外存在高度差。总结：（1）水在毛细管中呈凹液面，毛细管内液面上升；（2）水银在毛细管中呈凸液面，毛细管内液面下降。R———毛细管的半径；r———液体的密度；q———液体与毛细管的接触角；g———液体的表面张力；h———毛细管内液面上升的高度由上式可知，在一定温度下，毛细管越细，液体的密度越小，液体对管壁的润湿越好，即接触角θ越小，液体在毛细管中上升的越高。当液体不能润湿管壁。即θ＞90°，cosθ＜0时，液体在毛细管内呈凸液面，h

7、为负值，代表液面在管内下降的深度。温度影响表面张力，所以h反比于T。3.微小液滴的饱和蒸气压—开尔文（Kelvin）公式蒸气压与物质本性,温度，组成,压强有关，还与液滴的大小，即其曲率半径有关——开尔文公式r-液体密度(kg/m3)；M–液体摩尔质量(kg/mol)；Vm–液体摩尔体积(m3/mol)。滴越小，饱和蒸气压越大！对于凹液面（或液体中的气泡），开尔文公式变为：曲率半径越小，饱和蒸气压越小。毛细管凝结:回潮；硅胶做干燥剂（1）对于液滴（凸面），其蒸气压大于平面情况下的蒸气压力，且液