《界面现象》PPT课件

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1、第十章界面现象InterfacePhenomenon物理化学1学习要求：理解界面张力的定义、物理意义及测定方法；掌握Laplace方程和Kelvin方程及其应用；亚稳状态及新相生成的热力学；固体表面的吸附重点掌握Langmuir单分子层吸附等温式；掌握接触角与润湿作用，Young方程及其应用；掌握界面吸附、表面过剩、Gibbs吸附等温方程及其应用；了解表面活性剂的结构特征及应用。210.1界面张力10.2弯曲表面下的附加压力及其后果10.3固体表面10.4液-固界面10.5溶液表面第十章界面现象引言3引言

2、界面(interface)是指两相的接触面。一般常把与气体接触的界面称为表面(surface)。界面并不是两相接触的几何面，故有时又将界面称为界面相。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。4常见的界面有：1.气-液界面52.气-固界面63.液-液界面74.液-固界面85.固-固界面9如：多孔硅胶的比表面积可达300～700m2·g-1,活性炭1000～2000m2·g-1。比表面积通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质

3、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，A为其表面积。10§10.1界面张力1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数表面层分子与内部分子相比，它们所处的力场不同：在液体内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是球形对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在表面层的分子，则处于力场不对称的环境中。液体内部分子对表面层中分子的吸引力，远远大于液面上蒸气分子对它的吸引力，使表面层中分子恒受到指向液体内部的拉力。11在两相（特别是气-液）界面上，处处存在着一种

4、张力，它可看成是引起液体表面收缩的单位长度上的力，指向液体方向并与表面相切。把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用g表示，单位是N·m-1。表面张力(surfacetension)：12最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。13l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上的表面张力。dxlF14在温度、压力不变的条件下，为使液体增加单位表面时环境所需要对体系作的可逆功，称为表面功。用公式表示为：式中γ为比例系数，它在数值上等于当T，p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时

5、所必须对体系做的可逆非膨胀功。表面功：15表面自由能：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，用符号表示，单位为J·m-2。表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉布斯函数的数值和量纲是等同的。16考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加dAs一项，即：2.热力学公式17积分得当系统内有多个界面，则有可见，总界面吉布斯函数减少是很多界面现象产生的热力学原因。在恒温恒压、各相中各物质的物质的量不变时，183.界面张力及其影

6、响因素（1）界面张力与物质的本性有关不同的物质，分子之间的作用力不同，对界面上的分子影响不同。（2）温度对界面张力的影响同一种物质的界面张力因温度不同而异，当温度升高时物质的体积膨胀，分子间的距离增加，分子之间的相互作用减弱，所以界面张力一般随温度的升高而减小。（3）压力及其他因素对表面张力的影响一般是使表面张力下降。19§10.2弯曲液面的附加压力及其后果1.弯曲液面的附加压力——拉普拉斯方程把弯曲液面内外的压力差称为附加压力。由于凸上每点两边的表面张力都与液面周界相切，大小相等，但不在同一平面上，所以

7、会产生一个向下的合力。以凸面为例Δpγγpgpl弯曲液面的附加压力201805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：根据数学上规定，凸面的曲率半径r取正值，凹面的曲率半径r取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。对球面：拉普拉斯方程(Laplaceequation)211.曲率半径r1与毛细管半径r的关系：r1=r/cosq2.ps=2g/r1=(rl-rg)gh如果曲面为球面，则r1=r。因rl>>rg所以：ps=2g/r1

8、=rlgh一般式：2gcosq/r=Drgh附加压力的应用－毛细现象222.微小液滴的饱和蒸气压——开尔文公式对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。23这就是Kelvin公式，式中ρ为密度，M为摩尔质量。243.亚稳状态及新相的生成（1）过饱和蒸气：按照相平衡条件，应当凝结而未凝结的蒸气。新生成的极微小的液滴（新相）的蒸气压大于平液面上的蒸气压。产生蒸气过饱和现象示意图25p附h产生过热液体示意图（2）过热液体按照相平衡条件