《表面现象》PPT课件

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1、2021/9/152021/9/152021/9/15水的表面张力2021/9/152021/9/15表面现象物理化学意义上的相界面是一个有几个分子直径厚度的薄层，是两相之间的过渡区。气—液界面气—固界面液—液界面液—固界面固—固界面根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为2021/9/15表面和界面(surfaceandinterface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。2021/9/15考虑界面效应的必

2、要性2021/9/15比表面（specificsurfacearea）比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。如：多孔硅胶的比表面积可达300～700m2·g-1,活性炭1000～2000m2·g-1。2021/9/15分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。可以证明当rn=r/10n时，An/A=10n，即分散度越高，比表面也越大。边长l/m立方体数比表面A

3、v/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109表面效应---指物质高度分散，比表面积和比表面能与同种大块物质相比产生107倍的变化，给物理性质、热力学性质、动力学性质带来显著的影响。2021/9/15以l-v表面为例，液体表面分子与内部分子受力情况不同内部：分子作用力合力＝0，移动时能量没有变化表面：分子作用力合力指向液体内部，环境作功转化为表面能表面积增加当把体相分子拉向表面时（T,p,n不变）表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。界

4、面现象的本质2021/9/15表面功温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：2021/9/15表面吉布斯能式中为表面吉布斯能或表面能，其物理意义为当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时体系吉布斯能的增量。单位为J·m-2。按能量守恒定律，环境所消耗的功储存于表面，成为表面分子所具有的一种额外的势能，也称表面能。在恒温恒压下，则2021/9/15用肥皂液在一个系有线圈的金属环上形成一个液膜，由于线圈周围都是相同的液体，受力均衡，线圈可以在液膜上自由移动位置。表面张力若将线圈内液膜刺破，线圈两边受力不再

5、平衡，立即绷紧成圆形。2021/9/15这些现象表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力，称表面张力（surfacetension）或界面张力（interfacialtension）。表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。表面张力的产生源于分子间的作用力或内压力，但它们之间并不等同。2021/9/15界面张力（interfacetension）的推导膜收缩张力F所作的功：δW’=Fdx在此过程中吉布斯能的减少为：σdA=σ2ldx所以σ=F/2l物理意义：对液体来说，比表面吉布斯自由能可看作是垂直作用于单位长度液面上的力即表

6、面张力，其单位是N·m-1表面张力为强度性质。2021/9/15表面吉布斯能和表面张力2021/9/15液体表面张力的测定方法有：毛细管上升法（这是最简单也是最准确的方法）、最大泡压法、滴重法、吊片法等。固体表面张力的测定很困难，直至现在还没于直接可靠的测定方法。表面张力的测定方法2021/9/15思考题下面关于σ的物理意义中不正确的是（   ）A、σ是沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面上单位长段上的紧缩力。B、σ是恒温、恒压下可逆的增加单位表面积所需的非体积功C、σ是在一定的温度、压力下，单位表面积中的分子所具有的Gibbs函数值。D、σ是恒温、恒压下

7、增加单位表面积所引起的系统Gibbs函数的增量2021/9/15表面的热力学关系式由此可得：考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加dA一项，即：广义的比表面吉布斯定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。2021/9/15体系表面的Gibbs－Helmholtz公式表明了在等温等压条件下，体系的焓值随表面积的增加而增加的数值。即在等温等压条件下形成新的表面时，体系从环境吸热。运用全微分的性质,由可得：则2021/9/15物质的分散度与体系稳定性的关系在等温等压条件下即对纯液体在一定温度和压力下，为一定值。当体系分散时，dA

8、>0，则dG>0，表明了体系更加不稳定。这就解释了为什么液滴呈球形