[08章_表面现象]

《[08章_表面现象]》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、物理化学电子教案—第八章表面现象2021/8/25第八章表面现象1.表面自由能和表面张力2.纯液体的表面现象3.气体在固体表面上的吸附4.溶液的表面吸附5.表面活性剂及其作用2021/8/258.1表面自由能和表面张力常见的界面有：气–液界面，气–固界面，液–液界面，液–固界面，固–固界面。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。表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在表面的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性

2、质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，表面层会显示出一些独特的性质。2021/8/258.1表面自由能和表面张力最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。2021/8/258.1表面自由能和表面张力由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面

3、积，就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统作的功，称为表面功。若表面增加过程为可逆过程。2021/8/258.1表面自由能和表面张力式中σ为比例系数，它在数值上等于当保持温度、压力和组成不变时，每增加单位表面积引起系统Gibbs自由能的增量。因此称为“比表面Gibbs自由能”，或简称“表面自由能”或“比表面能”。由于σ的单位是J·m–2，也可以是N·m–1，此时称为“表面张力”，物理意义为：在与表面相切的面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面紧缩力。因此“表面自由能”和“表面张力”数值

4、相同，但物理意义不同。2021/8/258.1表面自由能和表面张力(1)“表面自由能”或“表面张力”σ是强度性质的状态函数，其数值与物质的本性，共存另一相的特性以及温度、压力有关。对于纯液体，一般而言，共存的另一相通常指标准压力下的空气或其饱和蒸气。两种液体间的表面张力，界于两种液体表面张力之间。(3)压力的影响：表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。若气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。(2)温度的影响：温度升高，表面张力下降。2021/8/258.2纯液体

5、的表面现象（1）附加压力（2）曲率半径对液体蒸气压的影响（3）液体的润湿与铺展（4）毛细管现象2021/8/25（1）附加压力由于表面自由能的作用，液体表面总是尽量紧缩而有减少表面积的趋势。若液面是弯曲的，那么这种紧缩趋势会对液体表面产生附加压力。p’液体小液滴p平衡时有Δp=p’–p若活塞向下作无限小移动，液体的体积减少dV，则小液滴的体积增加dV。液体净得功：p’dV–pdV=ΔpdV2021/8/25（1）附加压力此功用于克服表面张力σ而增加的液滴表面自由能。所以：ΔpdV=σdA即因为球面积A=4πr2，dA=8πrdr。球体积V=4/3πr3，d

6、V=4πr2dr。Young–Laplace公式附加压力与液体的表面张力σ成正比而与曲率半径r成反比。在定温定压下，σ为定值，因此小液滴的半径越小，附加压力越大；半径越大，附加压力越小；平面的曲率半径相当于无限大，所以Δp＝0。2021/8/25（1）附加压力附加压力的方向。小液滴小气泡肥皂泡由于表面紧缩力总是指向曲面的球心，因此球内的压力一定大于球外。pp’=p+Δpp’p’=p–Δppp’p’pp’=p–2Δp2021/8/25（2）曲率半径对液体蒸气压的影响弯曲液面的附加压力使小液滴比平面液体具有更大的饱和蒸气压。pppp’p’=p+Δp定温下若将1

7、mol平面液体分散成半径为r的小液滴，Gibbs自由能的变化为。ΔG=μr–μ=Vm(p’–p)=VmΔp2021/8/25（2）曲率半径对液体蒸气压的影响μr和μ分别是小液滴和平面液体的化学势。设小液滴和平面液体的饱和蒸气压分别为和。小液滴平面液体μr–μ=VmΔp，Kelvin公式液滴的半径越小，其饱和蒸气压越大，若液滴的半径降至10–7cm，饱和蒸气压约为平面时的3倍。2021/8/25（2）曲率半径对液体蒸气压的影响空气中水汽冷凝成液体水时，刚开始形成的是半径很小的水滴，此时小水滴的蒸气压对于平面水是饱和的，但对于小水滴自身并没有达到饱和状态。因此

8、小水滴很难形成。若在空气中撒入凝聚核心(如AgI晶体)，则使初始小