物理化学第-10章-界面现象分析解析学习资料.ppt

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1、物理化学第-10章-界面现象分析解析对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，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），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。（1）界面(interface)是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区。（2）表面(surface)是液体和固体与其饱和蒸气之

2、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、基本概念（3）分散度：把物质分散成细小微粒的程度。比表面（specificsurfacearea）：单位体积或单位质量的物质所具有的表面积。av=As/V（单位:m2/m3）am=As/m（单位:m2/kg）高度分散物质系统具有巨大的表面积。活性炭的比表面达106~2×106m2/kg一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况如下：边长/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096

3、×1051×10-710156×1071×10-910216×109当边长为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倍。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。纳米材料特性特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去原有的富贵光泽而呈黑色。所有金属在超微颗粒状态下，都呈现为黑色。金属超微颗粒对光的反射率很低，通常低于1%，仅几微米的厚度就能完全消光。特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，当颗粒细微化后其熔点降低，颗粒越细，熔点降低越显著，当颗粒小于l0nm量

4、级时尤为显著。特殊的力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性，而纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因纳米材料具有巨大的界面，界面的原子排列相当混乱，原子在外力的作用下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性和一定的延展性。（氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂）§10.1界面张力由于界面两侧分子间的作用力不同,表面分子受到一指向体相内部的作用力。①液体表面有自动收缩的趋势。②有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势，借以补偿力场的不对称性。（吸附外来分子）(b)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，(b)图清楚显示出表面张力的存在。1.液体的表面张力表

5、面功及表面吉布斯函数表面张力（surfacetension）在两相界面上，垂直作用于表面任意单位长度上的紧缩力。单位：N.m–1对水平液面，表面张力方向与液面平行，对弯曲液面，表面张力方向为液面的切线方向。公式推导一有肥皂膜的框架（有一活动边）由于表面张力作用，肥皂膜会自动收缩，活动边会被向上拉，如在活动边上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F=（W1+W2）g与总的表面张力大小相等，则金属丝不再滑动。这时（膜有两个面，边界总长度为2l）即表面功（surfacework）增加液体的单位表面时所需的可逆非体积功。要使液膜面积增加dAS，外界需作可逆非体积功δWr

6、’=Fdx=2γldx=γdAS则γ=δWr’/dAS称为表面功.单位：J.m–2表面吉布斯函数恒温、恒压下增加液体的单位表面时，系统所增加的吉布斯函数.因在恒温、恒压时，外界对系统所作的非体积功等于其吉布斯函数变δWr’=dGT,P=γdAS单位：J.m–22.热力学公式当系统的相界面面积有变化时：dU=TdS－pdV＋ΣμBdnB+γdAsdH=TdS+Vdp＋ΣμBdnB+γdAsdA=-SdT－pdV＋ΣμBdnB+γdAsdG=-SdT+Vdp＋ΣμBdnB+γdAsγ：恒温、恒压、恒组成下,增加单位界面面积时系统所增加的吉布斯函数。或：恒熵、恒容、恒组成下,增加单位

7、界面面积时系统所增加的内能。在定温、定压、定组成下，dGT,P,n(B)=γdAsdGT,P,n(B)<0是自发过程产生表面现象的热力学原因:定温、定压下凡是使As变小(表面收缩)或使界面张力下降(吸附外来分子)的过程都会自发进行。界面张力及其影响因素1）分子间力的影响分子间的相互作用力越大，表面张力越大。γ固态＞γ液态，γ极性物质＞γ非极性物质（2）温度的影响表面张力一般随温度增加而降低。纯液体：γ=γ0(1－T/Tc)nTc为临界温度，n及γ0为经验常数临界温度时，=？液气界面消失，