材料表界面（華東理工大學(xué)）ppt課件.ppt

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1、第三章固體表面3.1固體表面特性在形成新表面的過(guò)程中可以認(rèn)為包括以下兩個(gè)步驟：(1)首先體相被分開(kāi)，形成新表面。(2)然后表面的分子或原子重排，遷移到平衡位置。對(duì)液體這兩個(gè)過(guò)程同時(shí)完成；對(duì)固體第二個(gè)過(guò)程難完成，產(chǎn)生表面應(yīng)力３.1.1固體表面分子(原子）的運(yùn)動(dòng)受縛性3.1固體表面特性3.1.2固體表面的不均一性固體表面的最突出特性之一是其不均一性。表現(xiàn)為：（1）表面粗糙hrms＝3.1固體表面特性（2）固體中晶體晶面的不均一性（晶格缺陷、空位、錯(cuò)位）圖3-2面心立方結(jié)構(gòu)上的原子排列（3）固體表面污染固體表面吸附外來(lái)物質(zhì)3.1固體表面特性3.1.3固體表面吸附性(1)固體表面具有

2、吸附其他物質(zhì)的能力。(2)如果被吸附物質(zhì)深入到固體體相中，則稱為吸收。(3)根據(jù)吸附力的本質(zhì)，可將固體表面的吸附作用區(qū)分物理吸附和化學(xué)吸附。3.1固體表面特性3.1固體表面特性比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的吸附劑所具有的表面積?？砂聪率接?jì)算：提高固體比表面積的方法：（1）將固體粉碎成微粒（2）使固體內(nèi)部具有多孔性3.1固體表面特性例：1g某種固體，其密度為2.2g/cm3，把它粉碎成邊長(zhǎng)為10－6cm的小立方體，求其總表面積。3.1固體表面特性解：設(shè)小立方體的邊長(zhǎng)為a，則其體積V=a3，表面積為6a2，1g某固體的體積為1/ρ，這樣的小立方體的個(gè)數(shù)n＝(1/ρ)/V，所以，總表面積：3

3、.2固體表面的自由能3.2.1固體的表面能和表面應(yīng)力定義τ為單位長(zhǎng)度上的表面應(yīng)力，則沿著相互垂直的兩個(gè)表面上的表面應(yīng)力與表面張力有如下關(guān)系：此式可理解為固體表面張力的力學(xué)定義。3.2固體表面的自由能若各向異性固體在兩個(gè)方向上的面積增量各為dA1和dA2如圖3-3，圖3-3面積增量3.2固體表面的自由能則總的表面自由能增加可表示為：d(A1Gs)=τ1dA1d(A2Gs)=τ2dA2全微分：A1dGs+GsdA1=τ1dA1A2dGs+GsdA2=τ2dA2即：τ1=Gs+A1（dGs/dA1）τ2=Gs+A2（dGs/dA2）（3－5）3.2固體表面的自由能對(duì)于各向同性固體τ

4、1=τ2，則（3-5）式簡(jiǎn)化為：對(duì)液體=0，所以τ=Gs，也即τ=Gs=σ對(duì)固體，τ≠Gs，相差一項(xiàng)3.2固體表面的自由能3.2.2固體表面能的實(shí)驗(yàn)測(cè)定（1）從應(yīng)變速率與應(yīng)力的關(guān)系估算3.2固體表面的自由能（2）從溶解熱測(cè)定估算實(shí)驗(yàn)測(cè)定小顆粒固體的溶解熱與大顆粒固體溶解熱的差值，可估算固體的表面能。例：氯化鈉晶體的顆粒尺寸為1μm，實(shí)驗(yàn)測(cè)得細(xì)顆粒氯化鈉的溶解熱比大顆粒大66.9J/mol，求：氯化鈉的表面能。3.2固體表面的自由能解：氯化鈉摩爾質(zhì)量＝58.5每g1μm顆粒的氯化鈉晶體的總表面積為2.8×104cm2，因此氯化鈉的表面能為：3.3固-氣表面吸附3.3.1吸附等溫

5、線吸附量可用單位質(zhì)量吸附劑所吸附氣體的量或體積來(lái)表示，即：式中q和q’為吸附量，x為被吸附氣體的量，v為被吸附氣體的體積，m為吸附劑的質(zhì)量。3.3固-氣表面吸附平衡時(shí)吸附量取決于溫度T和氣體的壓力P0即：q=f(T,p)(3-9)恒溫下，q=f(p),稱為吸附等溫式；恒壓下，q=f(T),稱為吸附等壓式；恒q下，p=f(q),稱為吸附等量式；3.3固-氣表面吸附3.3.2Langmuir吸附等溫式（1）固體表面存在一定數(shù)量的活化位置，當(dāng)氣體分子碰撞到固體表面時(shí)，就有一部分氣體被吸附在活化位置上，并放出吸附熱；（2）已吸附在固體表面上的氣體分子又可重新回到氣相，即存在凝集與逃逸

6、（吸附與解吸）的平衡，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。1.基本觀點(diǎn)：2.基本假設(shè)：（1）吸附是單分子層的。（2）固體表面是均勻的，被吸附分子間沒(méi)有相互作用力。Langmuir吸附等溫式●假定固體表面有S個(gè)吸附位，●已被氣體分子占據(jù)了S1個(gè)，●尚空余S0=S-S1個(gè)。●則θ=S1/S表示表面已被吸附的面積分?jǐn)?shù)●1-θ=S0/S表示表面未被占據(jù)，即空位的面積分?jǐn)?shù)3.Langmuir吸附公式Langmuir吸附等溫式氣體的吸附速率V1：V1=k1P(1-θ)被吸附分子的解吸附速率V2：V2=k2θ在等溫下達(dá)到平衡時(shí)有V1=V2即k1P(1-θ)=k2θ令Langmuir吸附等溫式Langmu

7、ir吸附公式：b為吸附系數(shù)（1）低壓或吸附很弱時(shí)，bp《1,則θ=bp,即θ與p成直線關(guān)系，符合Herry定律；（2）高壓或吸附很強(qiáng)時(shí)，bp》1,則θ≈1，即θ與p無(wú)關(guān)；（3）當(dāng)壓力適中，θ用式（3-10）表示。（或θ∝Pm,0