界面现象(1).ppt

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1、物理化学电子教案—第十章界面现象第十章界面现象§10.1表面张力及表面吉布斯函数§10.2弯曲表面下的附加压力和蒸气压§10.3液-固界面－润湿作用§10.4表面活性剂及其作用§10.5固体表面的吸附一、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。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。即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。1.气-液界面空气气-液界面2.气-固界面气

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-固界面铁管Cr镀层固-固界面9二、界面现象普遍存在(1)润湿现象。(2)毛细现象。(3)固体表面的吸附作用。(4)微小液滴易于蒸发。(5)微小晶体易于溶解。三、界面现象发生的条件●高度分散系统。四、比表面（specificsurfacearea）比表面通常用来表示物质分散的程度。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，As为其表面积。目前常用的测定表面积的

3、方法有BET法和色谱法。五、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。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。分散程度越高，比表面越大，界面效应也越明显。可见达到nm级的超细微粒，具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。六、界面现象的本质对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。本质：表面层分子与内部分子相比所处的环境不同。体相内部分子所受各个方向的力

4、是对称的，彼此抵销；界面层的分子所受到的作用力不能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。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。界面现象的本质1、表面张力和表面吉布斯函数由于表面层分子的受力不均衡，液体表面的最基本的特性是趋向于收缩，力图缩小表面

5、积。§10.1表面张力及表面Gibbs函数因此若将体相中的分子移到液体表面以扩大液体的表面积，必须由环境对系统做功。这种为扩大液体表面所作的功称为表面功，它是一种非体积功。温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dAs所需要对系统作的表面功，用公式表示为：式中为比例系数，它在数值上等于当T，p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对系统做的可逆非体积功。γ的特殊意义：（1）表面吉布斯函数由于该过程是在恒温恒压且可逆的条件下进行，因此：dG=δW’=γdAs或γ称为表面吉布斯函数，即增加单位面积时所增

6、加的吉布斯函数。表面层分子比体相分子具有更高的能量，因此γ也简称为表面能。（2）表面张力由于γ的单位是J·m-2=N·m·m-2=N·m-1，所以γ也可理解为与液面相切方向上垂直作用在单位长度表面上的收缩力，即液体表面存在的使其面积减小的力，称为表面张力，即γ的俗称物理意义。表面张力的方向:●平液面：沿液面而与液面平行。●弯曲液面：液面的切线方向。说明：表面张力和表面吉布斯函数数值完全相同，并具有相同的量纲，但物理意义不同，是从力学和热力学两个不同角度和方法研究体系的表面特征，在应用上也各有特色。将一含有

7、一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。2、表面张力的大小如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。这时l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上的表面张力。水因为有氢键，所以表面张力也比较大(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)3、影响表面张力的因素(1)表面张力与物质的本性有关纯物质的表

8、面张力与分子的性质有关，通常是：（2）界面张力与温度的关系①一般情况：T↑→γ↓在相当大温度范围内γ和T成线性关系。②“反常”现象少数物质如Cd、Fe、Cu及其合金，以及某些硅酸盐的表面张力随T升高而增大。(3)界面张力还与和它接触的另一相物质的性质有关例如：水与苯的界面张力不同于水与乙醚的张力。4、表面热力学的基本公式根据多组分热力学的基本公式对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本公