第7章 表面现象 物理化学课件.ppt

《第7章 表面现象 物理化学课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、表面现象是自然界中常见的现象：露珠，防雨布，毛细管，活性碳，肥皂水起泡。与表面层分子性质有关，体系表面层的性质往往与体系内部不同。图6-1表面层分子受力示意图图6-2分割边长1cm的立方体为1mm的立方体颗粒越细小的物质，表面现象越明显，突出。物质的粉碎程度叫分散度，常用单位体积的物质所具有的表面积表示。表面现象与工农业生产的关系：化工生产中的多相催化；火法冶金中的夹杂物排除；选矿作业中的浮选；农业中的土壤性质；农药的配制；第一节表面现象与表面张力第七章表面现象与分散系统1.液体的表面张力图6-3表面张力示意图表面张力：物质的表面层分

2、子由于受到内部分子的吸引，都趋向于挤向内部，使表面积尽量缩小，结果在表面切线的方向上有一种缩小表面的力作用着，该力就是表面张力。2.液-液界面张力3.固体的表面张力4.表面张力与温度的关系表面张力总是随着温度的升高而降低，临界温度表面张力为零。体积膨胀与蒸气压增大。一、表面张力及其影响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图6-2分割边长1cm的立方体为1mm的立方体将1个边长为1cm的立方体分割成更小的立方体，每分割1次，边长为原来的1/10，颗粒数增大1000倍，总

3、面积增大10倍，比表面增大10倍。当边长为10(-7)cm时，颗粒数为10(21),总面积为6000平米，比表面积为6×109/m2图6-3表面张力示意图f∝lf=2σlσ=f/(2l)σ:表面张力表面自由能表面自由能：当分子从内部移到表面时，必须反抗向内的吸引力，从周围吸收能量，使表面层分子比内部分子具有的较多能量。表面自由能体系的表面自由能等于表面张力与表面积的乘积图6-4表面能与表面张力关系的示意图表面张力是体系恒温、恒压下增加单位表面所引起的吉布斯自由能增量，比表面自由能。单位J/m2，N/m即表面张力等于比表面自由能，反之

4、亦然。根据热力学的最小自由能原理，表面自由能的减小有两种可能：或减小表面积A，或减小表面张力σ；或两者同时减小。1.减小表面积A：△G=σ△A球状露珠2.减小表面张力σ：△G=A△σ吸附作用图6-4表面能与表面张力关系示意图W’=f*△λ（环境）f=2σ*lW’=2σ*l*△λ2l*△λ=△AW’=σ*△A又△G=W’△G=σ*△Aσ=△G/△A=(эG/эA)T,P7.2附加压力及表面张力测定1.附加压力Ps在气泡的弯曲液面上，液体的表面张力迫使液面向内收缩，产生一种额外的压力，这个额外的压力叫做附加压力。图6-5附加压力产

5、生示意图，正、负附加压力2.附加压力与曲率半径的关系图6-6曲率半径对附加压力的影响图6-7附加压力与曲率半径的关系炼钢脱碳过程产生的CO气泡是在炉底耐火材料缝隙中生成的。3.气泡最大压力法测定表面张力根据公式Ps=2σ/r测定。图6-8表面张力测定原理图图6-5附加压力产生示意图a：零附加压力b：正附加压力c：负附加压力图6-6曲率半径对附加压力的影响在玻璃管的两端，吹两个半径不同的气泡A和B。打开活塞，使气泡相通，则小气泡B收缩，而大气泡B变得更大。因为小气泡内气体的压力较大，即附加压力较大。图7-3附加压力与曲率半径的关系Ps

6、dV=σdAA=4πr^2dA=8πrdrV=4πr^3/3dV=4πr^2drPs=2σ/r拉普拉斯公式推动活塞使气泡半径由r增加dr，则体积和表面积增加dV和dA。根据热力学原理，气泡表面自由能的增量等于反抗附加压力所消耗的功。表面张力测定原理示意图适用于测定高温熔体的表面张力及液-液界面张力图a中，一根半径为r的毛细管插入液面，逐步增大毛细管内的压力，当压力增大到Po+△P，毛细管端恰好产生一半径为r的气泡时，△P可用U型压力计测得，为最大压力差。在理论上△P等于气泡的附加压力Ps，则σ=Ps*r/2=△P*r/2第五节微小颗

7、粒的表面性质1.微小液滴的蒸气压液体蒸气压的大小决定于液体分子向空间逃逸的倾向，此倾向不仅与液体本性和温度有关，还与液体的曲率半径有关。玻璃板上的大、小水滴经过一段时间，大水滴变大，小水滴减小甚至消失，说明小水滴的蒸气压比大水滴的蒸气压大。液体蒸气压与曲率半径间的定量关系-凯尔文公式的推导凯尔文公式对固体也同样正确，即微小固体粒子的蒸气压大于普通晶体的蒸气压。由于表面吉布斯能的影响，微小液滴(晶粒)具有较大的饱和蒸气压，而物质的熔点、沸点、溶解度等都与蒸气压有关，这些物质的性质也将随着蒸气压的增大而有所变化，出现一些过饱和、过热、

8、过冷状态。而这些状态的共同特点是体系中产生新相困难。2.过饱和蒸气和过热液体过饱和蒸气能够存在的原因是蒸气最初冷凝成液滴，是从原有的气相产生一个新相，新相的自发形成是一个从无到有、从小到大的过程，新形成的液滴极其微小，相