表面现象-2015.ppt

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1、（a）（b）第八章表面现象表面现象物理化学意义上的相界面是一个有几个分子直径厚度的薄层，是两相之间的过渡区。气—液界面气—固界面液—液界面液—固界面固—固界面根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为表面第一节　比表面与表面吉布斯能一、比表面二、表面吉布斯能和表面张力一、比表面通常用单位质量物质所具有的表面积as表示物质的分散程度比表面（specificsurfacearea）单位体积物质所具有的表面积aV单位为m2kg1或m2g1。单位为m1。一、比表面例8-1：分割半径为r的液滴，使成为半

2、径的小液滴，若液滴为球形，试计算分割后的液滴总表面积A1和原液滴表面积A之比。分割后液滴的表面积A1=n14r12=10×4r2分割前后液滴表面积之比解：球形表面积A=4πr2，体积V=4/3πr3n1=43πr13πr343=103分割后的液滴数目二、表面吉布斯能和表面张力1.表面吉布斯能以l-g表面为例，液体表面分子与内部分子受力情况不同内部：分子作用力合力＝0，移动时能量没有变化表面：分子作用力合力指向液体内部，环境作功转化为表面能表面积增加当把体相分子拉向表面时（T,p,n不变）体相分

3、子表（面）相分子根据热力学第二定律定义表面吉布斯能单位为Jm2。表面功的大小和dA成正比：W=dA式中为比例系数二、表面吉布斯能和表面张力表面功：指定T、P、n下，可逆增加表面积时环境对体系所做的功用肥皂液在一个系有线圈的金属环上形成一个液膜，由于线圈周围都是相同的液体，受力均衡，线圈可以在液膜上自由移动位置。2.表面张力二、表面吉布斯能和表面张力若将线圈内液膜刺破，线圈两边受力不再平衡，立即绷紧成圆形。这些现象表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力，称表面张力（surfacetensio

4、n）或界面张力（interfacialtension）。表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。二、表面吉布斯能和表面张力在温度、压力恒定的条件下，在AB边施加向右的力F，使AB在可逆的情况下向右移动dx。F和液膜表面边缘的长度l成正比，因为液膜有正反两个表面，设AB=l′，则F=′·l=′•2l'式中′为比例常数，是作用于液面上单位长度线段上的力，即表面张力，单位是N·m-1。二、表面吉布斯能和表面张力fFlF2l′′==表面吉布斯能和表面张力是完全等价的，具

5、有等价的量纲和相同的数值。上述移动dx距离所做的功：δW′=Fdx=dGT,PδW′=σdA=dGT,PσdA=Fdxσ2l′dx=σ′2l′dxσ=σ′表面自由能与表面张力的异同点异：物理概念、意义不同：2）表面张力（通常）指纯物质的表面层分子间实际存在着的（收缩）张力。单位：N/m1）表面自由能表示形成单位新表面使体系自由能的增加，可表示为：单位：J/m2表面自由能与表面张力的异同点同：既可表示表面自由能又可表示表面张力，两者量纲相同，数值相等：表面自由能J/m2=Nm/m2=N/m表面张

6、力三、影响表面张力的因素1.组成表面的物质物质内部的分子间引力引起表面张力，分子间作用力越大，表面张力越大。表面张力的大小还和形成相界面的另一相有关。液体/空气表面能/J·m2液体/液体表面能/J·m2水72.75103苯/水35.0103苯28.88103橄榄油/水22.8103乙醇22.27103液体石蜡/水53.1103甘油63.0103乙醚/水9.7103液体石蜡33.1103正丁醇/水1.8103橄榄油35.8103苯/汞357103汞48

7、4103水/汞375103温度T↗，分子动能↗，分子间吸引力就会被部分克服1）气相中分子密度增加；2）液相分子迁移到表面相的几率增大。在较低温下，后者的影响为主。两种效应均使界面层分子与（气、液）体相分子性质的差别缩小表面张力降低。2、温度的影响一些经验公式描述了表面张力和温度之间的关系，其中一个关于纯液体的经验公式为=0(1T/TC)n式中为TC为临界温度，为液体在温度T时的表面张力，0和n为常数，对于多数有机液体n等于11/9。3.浓度浓度对表面吉布斯能的影响，与溶液的性质

8、有关。4、压力对的影响对于纯液体，热力学关系式：dG作为全微分，上式中应有关系式：一般地恒温恒压下，表面相的密度小于液体体相的密度，即：当dA>0时；dV>0。即：亦即从热力学理论推测：增加压力可增加液体表面张力。这可以理解为外界压力的增大，使得从体相拉出分子到表面需作更多的表面功。但实验事实恰恰与理论推测相反。即增加压力P，表面张力下降。这与实验操作过程中“加压”的方法有关：由于液体本身的饱和蒸气压有限，要使该液体表面压力增加，必须在液体表面上方的