表-面-物-理-化-学-中南大学课件.ppt

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1、表面物理化学绪论一、表面物理化学及与其它科学技术间的关系表面物理化学：是一门以多相物系为对象，从原子或分子尺度上探讨各种表面和两相之间界面的组成、结构、性质与吸附质的变化过程，研究界面性质随物质本性而变化之规律的学科。多相体系至少存在两个性质不同的相，各相共存必然有界面。两相之间的界面不是一个几何界面而是物理界面，它有一定的厚度，约为几个分子厚。2021/8/6有时把界面区域又称为界面相，与界面区域相邻的两个均匀相称为本体相，其中任何一相的变化都会影响到界面的性质。由此可知，所谓表面，实际上就是两相之间的界面，习惯上常把g-s

2、，g-l界面称为表面，而s-l，s-s,l-l之间的区域则称为界面。主要参考书：颜肖慈等编著《界面化学》李世丰《表面化学》赵国玺《表面活性剂物理化学》刘德荣编《表面活性剂的合成与应用》朱步瑶等编著《界面化学基础》程传煊编著《表面物理化学》2021/8/6表面物理化学电子教案2021/8/6第一章界面现象1.1表面吉布斯自由能和表面张力1.2弯曲表面下的附加压力和蒸气压1.3液体界面的性质1.4不溶性表面膜1.5液-固界面现象1.6表面活性剂及其作用1.7固体表面的吸附2021/8/61.1表面吉布斯自由能和表面张力表面和界面界

3、面现象的本质比表面分散度与比表面表面功表面自由能表面张力界面张力与温度的关系影响表面张力的因素2021/8/6表面和界面(surfaceandinterface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。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。2021/8/6表面和界面(surfaceandinterface)常见的界面有：1.气-液界面2021/8/6

4、表面和界面(surfaceandinterface)2.气-固界面2021/8/6表面和界面(surfaceandinterface)3.液-液界面2021/8/6表面和界面(surfaceandinterface)4.液-固界面2021/8/6表面和界面(surfaceandinterface)5.固-固界面2021/8/6界面现象的本质对于单组分体系，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。表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。体相内部分子所受

5、四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。2021/8/6界面现象的本质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、

6、过饱和状态等。2021/8/6界面现象的本质2021/8/6比表面（specificsurfacearea）比表面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。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。2021/8/6分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况

7、列于下表：边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×1092021/8/6分散度与比表面从表上可以看出，当将边长为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。边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109可见达到nm级的超细微粒具有

8、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。2021/8/6表面功（surfacework）式中为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如