材料表界面（华东理工大学）ppt课件.ppt

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1、第三章固体表面3.1固体表面特性在形成新表面的过程中可以认为包括以下两个步骤：(1)首先体相被分开，形成新表面。(2)然后表面的分子或原子重排，迁移到平衡位置。对液体这两个过程同时完成；对固体第二个过程难完成，产生表面应力３.1.1固体表面分子(原子）的运动受缚性3.1固体表面特性3.1.2固体表面的不均一性固体表面的最突出特性之一是其不均一性。表现为：（1）表面粗糙hrms＝3.1固体表面特性（2）固体中晶体晶面的不均一性（晶格缺陷、空位、错位）图3-2面心立方结构上的原子排列（3）固体表面污染固体表面吸附外来物质3.1固体表面特性3.1.3固体表面吸附性(1)固体表面具有

2、吸附其他物质的能力。(2)如果被吸附物质深入到固体体相中，则称为吸收。(3)根据吸附力的本质，可将固体表面的吸附作用区分物理吸附和化学吸附。3.1固体表面特性3.1固体表面特性比表面积：单位质量的吸附剂所具有的表面积。可按下式计算：提高固体比表面积的方法：（1）将固体粉碎成微粒（2）使固体内部具有多孔性3.1固体表面特性例：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。3.1固体表面特性解：设小立方体的边长为a，则其体积V=a3，表面积为6a2，1g某固体的体积为1/ρ，这样的小立方体的个数n＝(1/ρ)/V，所以，总表面积：3

3、.2固体表面的自由能3.2.1固体的表面能和表面应力定义τ为单位长度上的表面应力，则沿着相互垂直的两个表面上的表面应力与表面张力有如下关系：此式可理解为固体表面张力的力学定义。3.2固体表面的自由能若各向异性固体在两个方向上的面积增量各为dA1和dA2如图3-3，图3-3面积增量3.2固体表面的自由能则总的表面自由能增加可表示为：d(A1Gs)=τ1dA1d(A2Gs)=τ2dA2全微分：A1dGs+GsdA1=τ1dA1A2dGs+GsdA2=τ2dA2即：τ1=Gs+A1（dGs/dA1）τ2=Gs+A2（dGs/dA2）（3－5）3.2固体表面的自由能对于各向同性固体τ

4、1=τ2，则（3-5）式简化为：对液体=0，所以τ=Gs，也即τ=Gs=σ对固体，τ≠Gs，相差一项3.2固体表面的自由能3.2.2固体表面能的实验测定（1）从应变速率与应力的关系估算3.2固体表面的自由能（2）从溶解热测定估算实验测定小颗粒固体的溶解热与大颗粒固体溶解热的差值，可估算固体的表面能。例：氯化钠晶体的颗粒尺寸为1μm，实验测得细颗粒氯化钠的溶解热比大颗粒大66.9J/mol，求：氯化钠的表面能。3.2固体表面的自由能解：氯化钠摩尔质量＝58.5每g1μm颗粒的氯化钠晶体的总表面积为2.8×104cm2，因此氯化钠的表面能为：3.3固-气表面吸附3.3.1吸附等温

5、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，即：式中q和q’为吸附量，x为被吸附气体的量，v为被吸附气体的体积，m为吸附剂的质量。3.3固-气表面吸附平衡时吸附量取决于温度T和气体的压力P0即：q=f(T,p)(3-9)恒温下，q=f(p),称为吸附等温式；恒压下，q=f(T),称为吸附等压式；恒q下，p=f(q),称为吸附等量式；3.3固-气表面吸附3.3.2Langmuir吸附等温式（1）固体表面存在一定数量的活化位置，当气体分子碰撞到固体表面时，就有一部分气体被吸附在活化位置上，并放出吸附热；（2）已吸附在固体表面上的气体分子又可重新回到气相，即存在凝集与逃逸

6、（吸附与解吸）的平衡，是一个动态平衡的过程。1.基本观点：2.基本假设：（1）吸附是单分子层的。（2）固体表面是均匀的，被吸附分子间没有相互作用力。Langmuir吸附等温式●假定固体表面有S个吸附位，●已被气体分子占据了S1个，●尚空余S0=S-S1个。●则θ=S1/S表示表面已被吸附的面积分数●1-θ=S0/S表示表面未被占据，即空位的面积分数3.Langmuir吸附公式Langmuir吸附等温式气体的吸附速率V1：V1=k1P(1-θ)被吸附分子的解吸附速率V2：V2=k2θ在等温下达到平衡时有V1=V2即k1P(1-θ)=k2θ令Langmuir吸附等温式Langmu

7、ir吸附公式：b为吸附系数（1）低压或吸附很弱时，bp《1,则θ=bp,即θ与p成直线关系，符合Herry定律；（2）高压或吸附很强时，bp》1,则θ≈1，即θ与p无关；（3）当压力适中，θ用式（3-10）表示。（或θ∝Pm,0