第2章补充 固体的表面与表面结构ppt课件.ppt

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1、一个甲烷气泡引发的灾难2010年4月20日墨西哥湾发生的漏油事故导致该地区面临前所未有的生态灾难。现已查清，墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸由一个甲烷气泡引发。出事前，工人在钻井底部设置并测试一处水泥封口，随后降低钻杆内部压力，试图再设一处水泥封口。这时，设置封口时引起的化学反应产生热量，促成一个甲烷气泡生成。这个甲烷气泡从钻杆底部高压处上升到低压处，突破数处安全屏障和原油突然朝工人们喷射而来，一直喷到高达70多米的高空上。当甲烷气体遇到附近的石油工人的宿舍处的火源，即刻发生爆炸，接着发生了一系列

2、的爆炸，并燃起大火。“深水地平线”沉入墨西哥湾。沉没后大量漏油，造成周边生态环境被破坏。甲烷这类密度很小的氢氧化物，在很深的洋底的巨大水压作用下可能成为固态。当这些固态甲烷由于某些原因而破裂后，可能成为气体而迅速上升，在上升过程中水压不断减小，因而形成了越来越大并且急速上升的巨大气泡。你可别小看了这个甲烷气泡，澳大利亚墨尔本市蒙纳什大学的计算数学教授约瑟夫·莫纳翰通过计算机建模分析，当巨大的甲烷气泡上升到水面而爆裂的时候，形成了一个巨大的空腔，轮船会瞬间坠入其中。这可能是导致百慕大三角地区和北海海域

3、内海轮神秘失事的罪魁祸首。气象学家一直担忧，全球气候变暖将导致北极永冻地区冰层融化，释放出永冻层封住的大量甲烷。研究人员到北极地区的西斯匹次卑尔根海域。他们使用声呐探测到，从海底升起的甲烷气泡串数量超过250个。分析显示，这一海域的水温在过去30年里上升了1摄氏度，它30年前可以在海下360米处稳定存在，而现在要到400多米深处才能稳定存在。地球温度上升使得更多的永冻层融化，进而释放出更多的甲烷，整个过程往复循环，永冻层释放出来的甲烷令地球温度进一步上升。如果全北极海域都出现类似情况，那么每年将会释

4、放出数千万吨甲烷，甲烷这种温室气体，吸热能力是二氧化碳的30倍；这可能使全球变暖加剧，并陷入恶性循环。也就是说，美国墨西哥湾的事故是天灾也是人祸，而且如果我们再不注意环保，类似的事故还会加剧产生，将来引发地球爆炸的可能也是有的。一个甲烷气泡引发的灾难咖啡=天气预报点一杯咖啡，丢进一块方糖，在未搅拌的情况下观察方糖溶解释放的气泡。如果气泡聚集在中央，说明气压很高，天气很快会转晴。气泡附着在杯子周围预示气压很低，不是大雨就是大雪。咖啡豆的油脂所形成的表面张力是决定气泡位置的关键因素。所以速溶咖啡是没有这

5、种效果的。固体的表面与界面生活中的表面现象表面现象产生的原因固体的界面可一般可分为表面、界面和相界面：1）表面:表面是指固体与真空的界面。2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。相界面有三类:固相与固相的相界面（S／S）；固相与气相之间的相界面（S／V）；固相与液相之间的相界面（S／L）。2007年度诺贝尔化学奖获得者德国科学家格哈德•埃特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献。进行了表面化学的开创性研究，建立了表面化学的研究方法。通过表

6、面化学过程的研究，向人们展示不同实验过程产生表面反应的全貌，如铁为什么生锈、燃料电池如何工作、汽车内催化剂如何工作等。表面化学反应对于许多工业生产起着重要作用，例如人工肥料的生产。表面化学甚至能解释臭气层破坏，半导体工业也是与表面化学相关联的领域。格哈德•埃特尔的工作：氢在金属表面的吸附作用、氨合成的分子机理和固体表面的催化过程等1固体的表面及其结构固体的表面固体的表面结构固体的表面1.理想表面2.清洁表面（1）台阶表面（2）弛豫表面（3）重构表面3.吸附表面4.固体的表面自由能和表面张力5.表面偏

7、析6.表面力场1、理想表面没有杂质的单晶，作为零级近似可将清洁表面理想为一个理想表面。这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等，忽略了外界对表面的物理化学作用等。这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样。(理想表面结构示意图)理想表面结构示意图d2、清洁表面清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构

8、可以不同于体内。根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。Pt（557）有序原子台阶表面示意图（1）台阶表面台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成[112][111][110](001)周期弛豫表面示意图（2）弛豫表面由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。LiF(001)弛豫表面示意图，·Li〇Fd0d重构表面示意图（3）重构表面重构是指表面原子层在水平方向