第四章界面现象和吸附1.ppt

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1、第四章界面现象和吸附4.1表面张力及表面Gibbs自由能4.2弯曲界面的一些现象4.3润湿和铺展4.4固体表面的吸附作用4.5吸附等温方程式4.6固-气界面吸附的影响因素4.7固体-溶液界面吸附一、表面和界面(surfaceandinterface)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。1.气-液界面空气气-液界面2.气-固界面气-固界面3.液-液界面液-

2、液界面玻璃板液-固界面4.液-固界面5.固-固界面铁管Cr镀层固-固界面二、界面现象1、定义在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象。界面现象所讨论的是在相界面上发生的一些行为。对于多相体系，在讨论其热力学性质时，并未考虑其界面的特殊性质，这是因为在通常情况下，体系中物质的表面分子占全部分子的比例很小，可以忽略不计。但当表面分子所占比例很大时，其界面层的性质就必须考虑。2、影响因素一般，表面现象与体系的分散程度有关，分散程度越高，表面现象越明显。常用比表面来表示物质的分散程度。1）比表面（specificsurfacearea）比表面通常用来表示物质

3、分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：式中，m和V分别为固体的质量和体积，As为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。2）分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。例如，把边长为1cm的立方体1cm3，逐渐分割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。分散程度越高，比表面越大，表面能也越高。可见达到nm级的超细微粒，具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。第一节表面张力和表面能一

4、、净吸力和表面张力概念1、净吸力表面层分子与内部分子相比所处的环境不同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低）

5、，所以表面分子受到垂直于液体表面，指向液体内部的合吸力，称为净吸力。界面现象的本质这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。2、表面能若将液体内部分子从液体内部移向表面，就要克服向内的净吸力，而作功。这种功为非体积功W'——表面功。外界消耗的功储存于液面，成为表面分子所具有的额外的势能，称为表面能。3、表面张力由于表面层分子始终受到一个指向液体内部的引力作用，因此液体表面层分子总是有向液体内部移动的趋向，力图缩小液体表面积。因此，可认为，液体表面上存在使液面绷紧的张力，称为——表面张力。表面张力的本

6、质是由分子间力引起的。1）定义A、增加单位表面积所消耗的功。由于表面张力的存在，所以要把液体内部的分子搬到表面使表面积增加，就必须克服张力，对系统作非体积功W’。所以表面张力（σ或）——比表面功，增加单位表面积时所消耗的功。单位为J/m2或N/m。恒温恒压下，可逆非体积功等于体系的吉布斯自由能变化值，即：dGT,p=δW’=σdAs——比表面自由能，增加单位表面积时吉布斯函数的变化值。B、可认为是作用在金属丝框单位长度上的力从液膜自动收缩的实验，可以很好地认识这点。将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用

7、，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。这时l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，σ就是作用于单位边界上的表面张力。3）方向如图，①有一金属丝环，环上系一丝线圈，把金属丝环同丝线圈一起浸在皂液中，然后取出，环中就形成一层液膜，丝线圈可在液膜上自由运动。②若将线圈内液膜刺破，丝线圈即被弹开形成圆形，就好像液面对丝线圈沿着环的半径方向有向外的拉力一样。由此可推知，液膜未被刺破时，丝线也受到同样的拉力，只是