界面現(xiàn)象(1).ppt

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1、物理化學(xué)電子教案—第十章界面現(xiàn)象第十章界面現(xiàn)象§10.1表面張力及表面吉布斯函數(shù)§10.2彎曲表面下的附加壓力和蒸氣壓§10.3液-固界面－潤濕作用§10.4表面活性劑及其作用§10.5固體表面的吸附一、表面和界面(surfaceandinterface)界面是指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。即習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。1.氣-液界面空氣氣-液界面2.氣-固界面氣

2、-固界面3.液-液界面液-液界面玻璃板液-固界面4.液-固界面5.固-固界面鐵管Cr鍍層固-固界面9二、界面現(xiàn)象普遍存在(1)潤濕現(xiàn)象。(2)毛細現(xiàn)象。(3)固體表面的吸附作用。(4)微小液滴易于蒸發(fā)。(5)微小晶體易于溶解。三、界面現(xiàn)象發(fā)生的條件●高度分散系統(tǒng)。四、比表面（specificsurfacearea）比表面通常用來表示物質(zhì)分散的程度。表示方法：一種是單位質(zhì)量的固體所具有的表面積；另一種是單位體積固體所具有的表面積。即：式中，m和V分別為固體的質(zhì)量和體積，As為其表面積。目前常用的測定表面積的

3、方法有BET法和色譜法。五、分散度與比表面把物質(zhì)分散成細小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。分散程度越高，比表面越大，界面效應(yīng)也越明顯。可見達到nm級的超細微粒，具有巨大的比表面積，因而具有許多獨特的表面效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點。六、界面現(xiàn)象的本質(zhì)對于單組分系統(tǒng)，這種特性主要來自于同一物質(zhì)在不同相中的密度不同；對于多組分系統(tǒng)，則特性來自于界面層的組成與任一相的組成均不相同。本質(zhì)：表面層分子與內(nèi)部分子相比所處的環(huán)境不同。體相內(nèi)部分子所受各個方向的力

4、是對稱的，彼此抵銷；界面層的分子所受到的作用力不能相互抵銷，因此，界面層會顯示出一些獨特的性質(zhì)。最簡單的例子是液體及其蒸氣組成的表面。液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵銷，但表面分子受到體相分子的拉力大，受到氣相分子的拉力?。ㄒ驗闅庀嗝芏鹊停员砻娣肿邮艿奖焕塍w相的作用力。這種作用力使表面有自動收縮到最小的趨勢，并使表面層顯示出一些獨特性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。界面現(xiàn)象的本質(zhì)1、表面張力和表面吉布斯函數(shù)由于表面層分子的受力不均衡，液體表面的最基本的特性是趨向于收縮，力圖縮小表面

5、積?！?0.1表面張力及表面Gibbs函數(shù)因此若將體相中的分子移到液體表面以擴大液體的表面積，必須由環(huán)境對系統(tǒng)做功。這種為擴大液體表面所作的功稱為表面功，它是一種非體積功。溫度、壓力和組成恒定時，可逆地使表面積增加dAs所需要對系統(tǒng)作的表面功，用公式表示為：式中為比例系數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)T，p及組成恒定的條件下，增加單位表面積時所必須對系統(tǒng)做的可逆非體積功。γ的特殊意義：（1）表面吉布斯函數(shù)由于該過程是在恒溫恒壓且可逆的條件下進行，因此：dG=δW’=γdAs或γ稱為表面吉布斯函數(shù)，即增加單位面積時所增

6、加的吉布斯函數(shù)。表面層分子比體相分子具有更高的能量，因此γ也簡稱為表面能。（2）表面張力由于γ的單位是J·m-2=N·m·m-2=N·m-1，所以γ也可理解為與液面相切方向上垂直作用在單位長度表面上的收縮力，即液體表面存在的使其面積減小的力，稱為表面張力，即γ的俗稱物理意義。表面張力的方向:●平液面：沿液面而與液面平行。●彎曲液面：液面的切線方向。說明：表面張力和表面吉布斯函數(shù)數(shù)值完全相同，并具有相同的量綱，但物理意義不同，是從力學(xué)和熱力學(xué)兩個不同角度和方法研究體系的表面特征，在應(yīng)用上也各有特色。將一含有

7、一個活動邊框的金屬線框架放在肥皂液中，然后取出懸掛，活動邊在下面。由于金屬框上的肥皂膜的表面張力作用，可滑動的邊會被向上拉，直至頂部。2、表面張力的大小如果在活動邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動。這時l是滑動邊的長度，因膜有兩個面，所以邊界總長度為2l，就是作用于單位邊界上的表面張力。水因為有氫鍵，所以表面張力也比較大(金屬鍵)>(離子鍵)>(極性共價鍵)>(非極性共價鍵)3、影響表面張力的因素(1)表面張力與物質(zhì)的本性有關(guān)純物質(zhì)的表

8、面張力與分子的性質(zhì)有關(guān)，通常是：（2）界面張力與溫度的關(guān)系①一般情況：T↑→γ↓在相當(dāng)大溫度范圍內(nèi)γ和T成線性關(guān)系。②“反常”現(xiàn)象少數(shù)物質(zhì)如Cd、Fe、Cu及其合金，以及某些硅酸鹽的表面張力隨T升高而增大。(3)界面張力還與和它接觸的另一相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)例如：水與苯的界面張力不同于水與乙醚的張力。4、表面熱力學(xué)的基本公式根據(jù)多組分熱力學(xué)的基本公式對需要考慮表面層的系統(tǒng)，由于多了一個表面相，在體積功之外，還要增加表面功，則基本公