胶体与界面化学2

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1、胶体与界面化学导论（二）—环境工程专业复习：胶体化学与界面化学的相关性◆胶体的基本特性：特有的分散程度、多相性、聚结不稳定性◆研究物质的界面特性——界面化学表面张力、表面能、表面现象及其应用等◆研究一群质点所构成的分散体系的性质——胶体化学动力性质、电性质、光学性、流变性质及其应用；胶体的聚结与稳定性等第二章界(表)面现象Fundamentalsofinterface(surface)chemistryGL两相界面处的分子具有特殊的性质比表面A总：体系的总表面积，V：体系的体积m：体系的质量一、什麽是界(表)面化学对具有巨大表面积的分散体

2、系，界面分子的特殊性对体系性质的巨大影响不能忽略界面化学：在分子（原子）尺度上研究界面上的物理和化学过程的科学液体－气体固体－气体表面（surface)液体－液体液体－固体固体－固体界面（interface)二、表面化学与其他学科的联系表面化学生命科学（生物膜及膜模拟化学）能源科学（三次采油、煤的液化、化学电源）材料科学（超细材料、材料的表面改型）信息科学（LB膜，微电子器件）三、界面化学的发展和现状1805T.Young提出界面张力概念1806P.S.Laplase表面张力与曲率半径关系1878Gibbs表面吸附方程1916Langmui

3、r固体吸附等温方程式表面与界面化学虽是物理化学的传统研究领域，但由于电子能谱、扫描隧道显微镜等新的实验技术的出现，使得表面、界面效应及粒子尺寸效应的知识呈指数上升式的积累，提出了在分子水平上进行基础研究的要求。当前涉及这一领域的研究已成为催化、电化学、胶体化学的前沿课题，并与生命科学、材料科学、环境科学、膜技术及医药学密切相关，是这些相关学科要研究和解决的核心课题之一。2.1比表面Gibbs函数和表面张力Gibbsfunctionofspecificsurfaceandsurfacetension1.表面分子的受力和能量状态GL液体表面的分

4、子受到指向液体内部的合力作用.液体表面分子比内部分子具有更高的能量表面的原子、分子和内部的原子分子是一样的吗？表面分子分子受到的作用力不对称，有一边的力场没有得到满足。表面所以会有与内部不同的性质，原因在与此。一杯水水空气一杯花生油花生油水碳2.(比)表面Gibbs函数Gibbsfunctionofspecificsurface在等温等压的条件下,可逆地增加单位表(界)面积所做的功,称为表(界)面功。γ：在等温等压且体系所含物质的量不变的条件下，增加单位表（界）面积所引起体系Gibbs函数的增--(比)表(界)面Gibbs函数dG=-SdT

5、+Vdp+ΣμBdnB-δw’δw’=-γdA表面热力学基本关系式比表面内能比表面Gibbs函数比表面Helmholtz函数比表面焓比表面能γ：单位表面积表面层的分子比体系内部同样数量的分子所高出的能量值。3.表（界）面张力surface(interface)tension表(界)面张力是平行于表面且垂直作用于表面上单位长度线段上的表面紧缩力。(比)表面Gibbs函数和表面张力在数值上是相等的关于表面张力（1）表面张力是由于处于表面层的分子受到“净吸力”的作用而产生的与表面相切，与“净吸力”相互垂直，引起液体表面自动收缩的力（2）表面张力与

6、表面吉布斯自由能是同一数值的二个不同概念，前者从力学角度，而后者从能量角度讨论界面所存在现象（3）表面张力是物质的自然属性，与温度、压力、组成以及共存的另一相有关4.影响纯物质的γ的因素(1)物质本身的性质（极性液体比非极性液体大，固体比液体大）(2)与另一相物质有关γ/(Nm-1)水----正庚烷0.0502苯0.0350汞0.415纯液体的表面张力是指与饱和了其本身蒸汽的空气之间的界面张力。SolidNaAgNaClMgO石蜡聚乙烯云母γ/(Nm-1)0.2000.8000.1901.2000.025.40.033.12.400大多数固

7、体比液体具有更高的表面能固体的表面张力(3)与温度有关对绝大多数液体T↑,γ↓R-S方程Tc：临界温度Vm：液体的摩尔体积k：经验参数，对非缔合的非极性液体k≈2.2×10-7JK-1Guggenheim方程γ0，n：经验参数，对有机液体，n=11/9，对金属，n≈1但对Cd,Fe,Cu合金及一些硅酸盐液体，T↑γ↑。（4）压力对表面张力的影响改变气相分子的密度气体分子在液体表面的吸附及在液体内部的溶解压力增大，界面张力降低。一般每增加10atm，界面张力约降1mN/m碳粉◆如何证明表面张力的存在？◆如何证明表面张力与温度有关？放大镜聚焦阳

8、光，照射碳粉，会又什么现象发生？竹管吹泡泡，发生什么现象？具有巨大比表面的体系具有巨大的表面能，是热力学不稳定体系，例如：将1g水分割成半径为1nm的小水滴，表面积为3000m2