材料表界面期末复习.docx

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1、一、绪论二、1、表界面的定义及其种类。定义；表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。种类:表界面通常有五类：气-液界面（表面），气-固界面（表面），液-液界面，液-固界面，固-固界面。二、液体表面1、表面张力定义及表面自由能定义答：表面张力是单位长度上的作用力，单位是N/m。表面张力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功，单位为J/m2，是功的单位或能的单位。所以σ也可以理解为表面自由能，简称表面能。表界面张力的热力学定义为：由于经常在恒温、恒压下研究表面性能，故常用下式表示：由能量守恒定律，外界所消耗的功存储于表面，成为表面分

2、子所具有的一种额外的势能，也称为表面能。广义表面自由能的定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。狭义的表面自由能定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号σ表示，单位为J·m-2。（1J·m-2=1N·m·m-2=1N·m-1）σ的物理意义——（1）表面自由能（2）表面张力由于分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，产生了净吸力。而净吸力会在界面各处产生一种张力。把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用σ表示.2、计算：A、例：20℃时汞的表面张力

3、为4.85×10-1Jm-2，求在此温度及101.325kPa的压力下，将半径1mm的汞滴分散成半径10-5mm的微小汞滴，至少需要消耗多少功？解：σ＝4.85×10-1Jm-2r1=1mm,r2=10－5mmB、试求25℃，质量m＝1g的水形成一个球形水滴时的表面能E1。若将该水滴分散成直径2nm的微小水滴，其总表面能E2又是多少？（已知25℃时水的比表面自由焓Gs为72×10-3J*m-2)解：设1g水滴的体积为V，半径为r1，表面积为A1，密度为ρ,则：（2）若分散成r2＝1nm的水滴N个3、Laplace方程表达式就是Laplace方程，是表面化学的基本定律之一。注释

4、：（1）若：r1＝r2＝r，则曲面为球面，回到（2－15）式；（2）若：r1＝r2＝无穷大，则液面为平面，压差为0。4、表面张力的几种测定方法。（1）毛细管法（2)最大气泡压力法(3)滴重法(4)吊环法5、Kelvin公式及其计算25℃时，水的饱和蒸气压为3.168kPa，求该温度下比表面积为106m2*kg-1时球形水滴的蒸气压（水在25℃时的表面张力为71.97×10-3N*m-1).解：先求水滴半径：代入Kelvin公式：6、Gibbs吸附等温式（溶液的表面张力）表面张力随溶液组成的变化规律一般有三种比较典型的类型Γ表示单位面积上吸附溶质的过剩量，其单位是摩尔/cm2。

5、它表示溶质的表面浓度和本体浓度之差。如果为正，为正吸附，溶质的表面浓度大于本体浓度，即称为表面超量；若为负，则为负吸附，溶质的表面浓度小于本体浓度，叫做表面亏量。三、固体表面1、比表面积定义：•1g某种固体，其密度为2.2g/cm3，把它粉碎成边长为10－6cm的小立方体，求其总表面积。2、吸附等温线：吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示。3、Langmuir吸附等温式A、Langmuir吸附公式b为吸附系数，Vm代表表面上吸满单分子层气体的吸附量，V代表压力为P时的实际吸附量。（1）低压或吸附很弱时，bp《1,则θ=bp,即θ与p成直线关系（2）高压或吸附很强

6、时，bp》1,则θ≈1，即θ与p无关，（3）当压力适中，θ用式（3-10）表示。B、用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir吸附等温式，在0℃时的饱和吸附量为93.8dm-3*kg-1。已知CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为82.5dm-3*kg-1。试计算CHCl3的分压为为6.67kPa时的平衡吸附量。解：由Langmuir吸附等温式：已知：Vm＝93.8×10-3m3kg-1V=82.5×10-3m3kg-1P=13.4kPa代入上式，求得b＝5.45×10-4m2N-1以p=6.67kPa,Vm和b如上，代入Langmuir式，求得V＝73.6×10

7、-3m3kg-14、BET多分子层吸附理论定义（1）固体表面是均匀的，吸附作用是吸附和解吸的平衡（2）吸附是多分子层的。各相邻吸附层之间存在着动态平衡。（3）第一层吸附是固体表面与气体分子之间的相互作用，其吸附热为ｑ１。第二层以上的吸附都是吸附质分子之间的相互作用，吸附热接近被吸附分子的凝聚热ｑＬ。5、Young方程和接触角定义Young方程接触角：在三相交界处自固-液界面经过液体内部到气-液界面的夹角叫接触角，以θ表示。（1）θ=0，完全润湿，液体在固体表面铺展。（2）0<θ<90°，液体可润湿固体，