《界面現(xiàn)象》word版

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1、第十一章界面現(xiàn)象一、基本要求（1）理解表面張力和表面吉布斯自由能函數(shù)的概念。（2）理解彎曲界面的附加壓力概念和拉普拉斯公式及其應(yīng)用。（3）理解彎曲液面的飽和蒸汽壓與平面液體的飽和蒸汽壓的不同；掌握開爾文方程及其應(yīng)用。（4）了解鋪展和鋪展系數(shù)。了解潤式、接觸角和楊氏方程；了解毛細管現(xiàn)象。（5）理解壓穩(wěn)狀態(tài)及新相生成。（6）了解溶液界面上的吸附現(xiàn)象，正吸附和負吸附，吉布斯模型及其表面過剩物質(zhì)的量的概念。（7）了解物理吸附和化學(xué)吸附的含義和區(qū)別。（8）了解表面活性劑的特征及其應(yīng)用。（9）理解吉布斯吸附等溫式。（10）掌握蘭繆爾單分子層吸附模型和吸附等溫式。（11）了解B.E

2、.T.多分子層吸附定溫式及其內(nèi)容。二、主要概念、定理與公式1．界面存在于兩相之間的厚度約為幾個分子大?。{米級）的一薄層，稱為界面層，簡稱界面。通常有液-氣、固-氣、固-液、液-液、固-固等界面，對固-氣界面及液-氣界面亦稱為表面。2．分散度把物質(zhì)分散成細小微粒的程度，稱為分散度。通常采用體積表面或質(zhì)量表面來表示分散度的大小。通常用比表面（）表示多相分散體系的分散程度。其定義為：單位體積或單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積，分別用符號及表示，即：或式中，V，m分別為物質(zhì)的總表面積、體積和質(zhì)量。3．界面現(xiàn)象凡物質(zhì)處于凝聚狀態(tài)，界面上發(fā)生的一切物理化學(xué)現(xiàn)象均稱為界面現(xiàn)象。如毛細

3、管現(xiàn)象、潤濕作用、液體過熱、蒸汽過飽和、吸附作用等，同稱為界面現(xiàn)象。4．表面自由能和表面張力（1）表面功：由于分子在界面上與在體相中所處的環(huán)境不同，所以表面組成、結(jié)構(gòu)、能量和受力情況與體相都不相同。如果把一個分子從內(nèi)部移到界面（或者說增大表面積）時，就必須克服分子體系內(nèi)部分子之間的吸引力而對體系做功。在溫度、壓力和組成恒定時，可逆的使表面積增加所需要對體系做的功叫表面功。，它是一種非體積功（W'）。（2）表面自由能：高分散體系具有巨大的表面積，所以具有巨大的表面能。表面自由能的廣義定義為：即在相應(yīng)的特征變量和組成不變的情況下，每增加單位表面積時其熱力學(xué)函數(shù)的增值。狹義

4、的說是在等溫、等壓和組成不變時，每增加單位表面時體系吉布斯自由能的增值。（3）表面張力（比表面能）：簡單的說，表面張力就是單位面積上的表面能量，即比表面能，因為它與力有相同的量綱，故叫表面張力。實際上，表面張力是表面層的分子垂直作用在單位長度的線段或邊界上且與表面平行或相切的收縮力。其符號為：為增加液體表面積時，環(huán)境對系統(tǒng)所做的功。的單位為J·m-2=N·m·m-2=N·m-1。即作用在單位長度上的力，故稱為表面張力。表面張力是沿著與表面（球面）相切或與表面（平面）的方向垂直做用于表面上單位長度的表面收縮力。如圖：　表面張力和表面自由能的物理意義不同，單位不同，但它們

5、具有相同的數(shù)值和量綱。（4）高度分散系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程：對于高度分散系統(tǒng)，其具有巨大的表面積并存在著除壓力外的其它廣義力即表面張力，會產(chǎn)生明顯的表面效應(yīng)，因此必須考慮系統(tǒng)表面面積對系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)的貢獻。于是，對組成可變的高度分散的敞開系統(tǒng)，且系統(tǒng)中只有一種體相或表面相，當(dāng)考慮表面效應(yīng)時則其熱力學(xué)基本方程由式相應(yīng)變?yōu)椋菏街小啊北硎奖砻婷娣e的微變。（5）影響表面張力的因素1）分子間的影響。表面張力與物質(zhì)的本性和與所接觸相的性質(zhì)有關(guān)。液體或固體中的分子間的相互作用力或化學(xué)鍵力越大，表面張力越大。一般，（金屬鍵）>（離子鍵）>（極性共價鍵）>（非極性共價鍵）。同一種物質(zhì)與不同

6、性質(zhì)的其他物質(zhì)接觸時，表面層中分子所處力場則不同，導(dǎo)致表面（界面）張力出現(xiàn)明顯差異。一般液-液界面張力介于該兩種液體表面張力之間。2）溫度的影響。表面張力一般隨溫度升高而降低。這是由于雖溫度升高，液體與氣體的體積質(zhì)量差減小，使表面層分子受指向液體內(nèi)部的拉力減小，故降低。3）壓力的影響。表面張力一般雖壓力的增加而下降。這是由于雖壓力的增加，氣體體積質(zhì)量增大，同時氣體分子更多的被液面吸附，并且氣體在液體中溶解度液增大，以上三種效果均使下降。（二）潤濕作用1．潤濕潤濕是指固體表面上的氣體（或液體）被液體（或另一種液體）取代的現(xiàn)象。其熱力學(xué)定義是：固體與液體接觸后系統(tǒng)的吉布斯

7、自由能降低（即<0）的現(xiàn)象。潤濕類型由三種：粘附潤濕、浸漬潤濕、鋪展?jié)櫇瘛?．潤濕角液體在固體表面上的潤濕現(xiàn)象可用接觸角來描述，即在氣、液、固三相交界處，氣-液界面和固-液界面之間的夾角，它的大小決定于三種界面張力的絕對值，即當(dāng)>時，則固體不為液體所潤濕；當(dāng)0°<<90°時，固體能被液體潤濕。如下圖所示：　3．液體對固體的潤濕作用粘附潤濕（adhesionwetting）、浸漬潤濕和鋪展?jié)櫇衲芊褡园l(fā)進行，則由在定溫、定壓下吉布斯函數(shù)判斷來確定。定義：式中s稱為鋪展系數(shù)，若s>0，則液體可自行鋪展于固體表面。液體在固體表面上的潤濕現(xiàn)象還可以用接觸角來描