上海交通大学物理化学界面现象ppt课件.ppt

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1、7.表面现象7.1表面张力和表面吉布斯函数7.2弯曲液面的性质7/31/202117.表面现象界面(interface)是指两相间接触的交界部分。界面并非是一个没有厚度的几何平面，而是在两相间的一个具有约几个分子厚度的三维空间，即界面层，这个界面层就是所谓的“界面相”。常见的界面有气-液、气-固、液-液、液-固和固-固界面等五种类型。习惯上把有气体参与构成的界面称为表面。7/31/202127.表面现象常见界面1.气-液界面7/31/202137.表面现象2.气-固界面7/31/202147.表面现象3.液-液界面7/31/202157.表面现象4.液-

2、固界面7/31/202167.表面现象5.固-固界面7/31/202177.表面现象由于界面层的分子与体相中的分子周围环境不同，即分子的受力状况不同，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而产生种种界面现象。7/31/202187.表面现象7/31/202197.表面现象对于单组分体系，这种界面特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来

3、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。7/31/2021107.表面现象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），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。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。7/31/2021117.表面现象(7.0.1)对于多相分散体系的分散程度常用比表面（体积表面或质量表面）来表示，其定义为物质界面层的一些特性对于物质其他方面的性质也会有所影响，而且随着体系

4、分散程度的增加其影响更为显著。(7.0.2)7/31/2021127.表面现象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，比表面增长情况列于下表：7/31/2021137.表面现象边长l/m立方体数比表面/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万

5、倍。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，纳米颗粒已成为新材料和多相催化方面的研究热点。7/31/2021147.1表面张力和表面吉布斯函数7.1表面张力和表面吉布斯函数7.1.1表面吉布斯函数表面层的分子受到垂直指向液体内部的引力，这些引力总是力图把液体表面层的分子拉向内部，因而液体的表面都有自动缩小的趋势。7/31/2021157.1表面张力和表面吉布斯函数如果要扩大液体表面即把分子从液体内部移到表面时，就必须克服体系内部分子之间的吸引力而对体系做功，此功即为表面功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地增大表面积所需要对

6、体系做的表面功δWr’与体系表面积的增量dA成正比，用公式表示为δWr’=dA(7.1.1)式中是比例系数，它在数值上等于当温度、压力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。7/31/2021167.1表面张力和表面吉布斯函数根据热力学公式：　　　　　，所以上式又变为或（7.1.2）式（7.1.2）中的物理意义是：等温、等压条件下增加单位表面积时所引起的体系吉布斯函数的变化，即对一定的液体，等温、等压条件下单位表面积的表层分子比相同数量的内部分子多余的吉布斯函数，故称为表面吉布斯函数（或称比表面能），单位为J·m－2。7/31/

7、2021177.1表面张力和表面吉布斯函数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。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)7.1.2表面张力7/31/2021187.1表面张力和表面吉布斯函数（a）（b）图7.1.2表面张力的作用7/31/2021197.1表面张力和表面吉布斯函数图7.1.2表面张力的作用7/31/2021207.1表面张力

8、和表面吉布斯函数7.1.2表面张力将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，