表面化学和胶体化学

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1、第八章表面化学和胶体化学§1引言一、几个概念表面化学：研究物质相界面上发生的现象的规律。1.界面和表面界面（interface）：密切接触的两相间的过渡区，约10-9—10-8m，有几个分子层厚。五类界面：气(g)-液(l)，气(g)-固(s)，液(l)-固(s)，液(l1)-液(l2)，固(s1)-固(s2)表面（surface）：若其中的一相为气相（习惯）。如l-g，s-g。2.界面现象和表面现象：在相的界面上发生的行为。如：露珠为球形微小液滴易蒸发水在毛细管中会自动上升3.比表面A0单位（量纲）：长度-1或单位（量纲）：面积·质量-1例如：有边长为的

2、立方体，分割成边长为的小立方体，可见：体系的分散程度越高，比表面积越大。二、表面化学和胶体化学的关系胶体：粒子粒径在1nm—100nm间的高度分散的多相体系。胶体粒子的比表面积极大，表面效应极为显著。§2表面热力学性质1.表面张力表面层粒子受力不均匀，产生内压力。表面有自动缩小的趋势，产生表面收缩力。表面层粒子受力分析一、表面张力及其影响例：记，金属丝移动到一定位置时，可以保持不再滑动∝——表面张力m2lm1σf表面张力：垂直作用于单位长度相界面上，与表面平行（平面）或相切（曲面）的收缩力。力的方向：与液面相切，与单位线段垂直。力的类型：表面收缩力。力的单位量纲

3、：N·m-1表面层分子受力不均匀内压力表面张力体系的一种强度性质，受到多种因素的影响。σ金属键＞σ离子键＞σ极性键＞σ非极性键,★与压强有关★与温度有关一般：温度升高,σ↓；教材P544式（11-3）温度升高到临界温度Tc时，σ→0★其它：分散度,运动情况等★与接触相的性质有关（见教材P543表11-2）一般：压强升高,σ↓；见教材P544图11-52.影响表面张力的因素★与物质本性有关分子间的作用力越大，σ越大：接触相相同，σ固体＞σ液体二、比表面Gibbs自由能与表面Gibbs自由能恒T、P、恒组成、可逆过程，生成dAs新表面需环境作功：dGT，p=δWr’

4、=σdAs表面分子具有比内部分子高的能量例如：一滴水（1克水），比表面积A0=4.85cm2·g-1表面能约为4.85×72.8×10-7=3.5×10-5Jr=10-7cm小水滴，比表面积A0’=3.0×107cm2·g-1表面能达到220J，是原有表面能的6.3×106倍。积分：则：σ=Gs/As=Wr’/As得：σ：（比）表面Gibbs自由能，表面自由能。也表示恒T，p，ni下，增加单位面积所必须对体系作的非体积功，又称比表面功。单位量纲：J·m-2J·m-2=N·m·m-2=N·m-1讨论：dU=TdS–pdV+σdAs+ΣidnidH=TdS+Vdp

5、+σdAs+ΣidnidA=-SdT–pdV+σdAs+ΣidnidG=-SdT+Vdp+σdAs+Σidni注意：表面自由能与表面张力的代表符相同，均为σ，量纲相通，但两者的概念不同！！表面自由能是单位表面积的能量，标量；表面张力是单位长度上的力，矢量。GT,p=σAs+Σini，G’T,p=Σiniσ=（GT,p-G’T,p）/As=Gs/AsGs：(比)表面过剩Gibbs自由能，表面过剩自由能恒T，p下的表面过程有：dGT,p=dGs=σdAs+Asdσ≤0体系中各相组成（ni）恒定，σ确定，则：dGs=σdAs≤0，表面积减小为自动过程；微物表

6、面积不能改变时，dGs=Asdσ≤0，σ减小为自动过程，吸附，润湿等表面过程。自动平衡自动平衡平衡自动比表面Gibbs自由能和表面张力的比较比表面Gibbs自由能表面张力符号σσ数值相等量纲相通单位J.m-2N.m-1标量矢量强度性质要点：1）表面分子所受到不对称力场——表面张力2）一切减小σ，As的过程为自动过程提问：表面Gibbs自由能、比表面Gibbs自由能、表面张力三者的概念、单位是否相同？如何表示？固体表面有过剩的Gibbs自由能吗？它与液体的有何不同？一、弯曲液面下的附加压强1.液面的曲率2.弯曲液面的附加压强附加压强ps：由表面张力的合力产生，指向

7、“球心”的压强ABpsp0p=p0+ps凸面ABpsp0p=p0-ps凹面§3弯曲表面的特性ABABp0平面p=p0其大小与表面的弯曲程度、表面张力的大小相关Young-Laplace公式球面任意曲面附加压强ps：由表面张力的合力产生，指向“球心”的压强适用范围：1)适用毛细管直径＜0.5mm情形2)适用于r为定值的小液滴或液体中小气泡。注意：1)r的符号：凸液面，r＞0，ps＞0，r指向液相(固相)内部凹液面，r＜0，ps＜0，r指向气相平液面，r→∞,ps→0，2）气泡的附加压强：肥皂泡两个l-g界面，r1≈r2ps=ps,1+ps,2=4σ/rr1r2ps

8、,1ps,2气气例:有完