应用物理化学表面现象共106页文档
大学物理化学 表面现象
7.3.1固体对气体的吸附 吸附平衡：
对于一个指定的吸附系统，当吸附速率 等于脱附速率时所对应的状态。 吸附量：
吸附达到平衡时的吸附量。可用每单位 吸附剂表面上所吸附的吸附质的量，或每 单位质量吸附剂的表面上所吸附的吸附质 的量，或每单位质量的吸附剂所吸附的气 体在标准状况下的体积来表示。
气体在固体表面上的吸附量与气体的平 衡压力及系统的温度有关。
（2）当压力足够高或吸附较强时，bp 1， ＝
（3）当压力的大小或吸附作用力适中时， 与p呈曲线关系
7.3.2溶液的表面吸附
一、基本概念 正吸附：
溶质在表面层中的平衡浓度大于它在溶 液本体中的浓度。 负吸附：
溶质在表面层中的平衡浓度小于它在溶 液本体中的浓度。
表面惰性物质： 凡能使溶液表面张力增加的物质。
的微小液滴的饱和蒸汽压，
不仅与液态物质的本性、温度及外压有关， 而且还与微小液滴的半径大小有关。
RT ln pr p 2M r开尔文公式
推导： 恒温下将1mol平面液体分散为半径为r
的小液滴。
1mol饱和蒸汽
（p）
ΔG2
在上一过程中，环境对体系所做的表面功为
Wr' fdx(3)
液膜两面增加的总表面积为 dA 2ldx(4) 将（3）、（4）代入（1），得
fdx 2ldx 所以：＝ f
2l
定义： 比表面吉布斯函数为表面张力，单位为
N.m-1。 表示垂直作用于单位长度周界限上的表
定义： 为比表面吉布斯函数，单位为
J.m-2。表示体系的单位面积表面层分子 比同量的体相分子超出的吉布斯函数。
其物理意义为：在恒温恒压下，每增加 单位表面积时，所引起的体系吉布斯函 数的增加。
物理化学界面第9章 表面现象总结
第9章表面现象和胶体化学1 基本概念1.1界面和表面不同物质或同种物质的密切接触的两个相之间的过渡区叫界面，如液态水和冰的接触面，水蒸气和玻璃的接触面等等。
表面是指固体对真空或固体和液体物质与其自身的蒸气相接触的面。
显然，表面包括在界面的概念之内，但通常并没严格区别两者，“表面”和“界面”互相通用。
1.2 表面能、表面函数和表面功表面上的物质微粒比他们处于体相内部时多出的能量叫表面能或总表面能。
由于表面的变化通常在等温等压条件下进行，因此这时的表面能实际上就是表面吉布斯函数。
在等温等压下且组成不变的条件下以可逆方式增加体系的表面积时所做的非体积功叫表面功，它在量值上等于表面吉布斯函数。
1.03 表面张力（比表面能）简单的说，表面张力就是单位面积上的表面能量，即比表面能，因为它与力有相同的量纲，故叫表面张力。
实际上，表面张力是表面层的分子垂直作用在单位长度的线段或边界上且与表面平行或相切的收缩力。
1.04 附加压力弯曲液面下的附加压力是指液面内部承受的压力与外界压力之差，其方向指向曲面球心。
1.5 铺展和铺展系数某一种液滴在另一种不相溶的液体表面上自行展开形成一层液膜的现象叫铺展，也叫展开。
铺展系数就是某液滴B在液体A的表面上铺展时比表面吉布斯函数的变化值，常用符号为S B/A1.6 湿润凡是液体沾湿在固体表面上的现象都叫润湿，其中又分为铺展润湿（液体在固体表面上完全展开），沾湿湿润（液体在固体表面形成平凹透镜）和浸没湿润（固体完全浸渍在液体中），三种湿润程度的差别是：浸没湿润〉铺展湿润〉沾湿湿润1.7 沾湿功和湿润功在定温定压下，将单位面积的固-液界面分开时外界所做的可逆功叫沾湿功。
这一概念对完全不相溶的两种液体间的界面也适用。
结合功是指定温定压下，将单位面积的液柱拉开时外界所做的可逆功，又叫内聚功。
它是同种分子相互吸引能力的量度。
1.08 接触角液体在固体表面达到平衡时，过三相接触点的切线与固-液界面所夹的最大角叫平衡接触角或润湿角，常用符号θ。
物理化学第八章表面
物理化学第八章表面一、表面化学的概念表面化学是研究发生在固体表面或液体表面的化学现象的科学。
在处理和制备材料、开发新工艺、研究反应机理以及在工业生产和实验室研究中，常常涉及到表面化学问题。
二、表面张力表面张力是液体表面分子之间的相互吸引力，是液体内部分子之间的相互排斥力。
其大小可以用表面张力系数γ表示。
三、弯曲液面的附加压力由于液面是弯曲的，所以液体在表面层内不仅要承受重力等一般压力，还要承受由于液面弯曲而产生的附加压力。
表面层内任一点上总压力与一般压力之差即为附加压力。
四、润湿现象润湿是指液体与固体接触时，液体会延固体表面铺展开来，这种现象叫做润湿现象。
润湿现象的产生与液体和固体的种类及它们之间的相互作用有关。
不同液体在不同固体表面上发生不同的润湿现象。
五、接触角和粘附功接触角是指液体在固体表面上附着时形成的液体-气体-固体三相交界处的切角。
接触角的大小反映了液体对固体表面的润湿程度。
粘附功是指液体润湿固体表面时，由润湿而在界面上产生的附加压力，其大小可用下式表示：W=2γcosθ(1-cosθ)其中γ为表面张力系数，θ为接触角。
六、降低表面张力的方法1、添加表面活性剂：表面活性剂可以显著地降低溶液的表面张力，并具有很好的润湿和乳化能力。
2、温度升高：温度升高可以增加分子的热运动，从而降低表面张力。
3、改变固体表面的性质：通过改变固体表面的性质（如通过化学吸附或物理吸附），可以降低表面张力。
七、应用表面化学的方法制备微纳米材料通过使用表面化学的方法，可以在固体表面上制备出各种微纳米材料。
例如，通过使用表面活性剂可以制备出纳米颗粒和纳米膜等材料。
通过使用分子束外延等方法可以在固体表面上制备出单层或多层原子膜。
这些技术在材料科学、电子学和生物学等领域中有着广泛的应用。
物理化学第十三章表面物理化学物理化学是化学的一个重要分支，它涉及到分子间的相互作用、物质的结构和性质以及它们之间的转化。
在物理化学的学习中，第十三章的内容是表面物理化学，它主要研究的是液体和气体界面上的分子相互作用和物理现象。
物理化学课件09章_表面现象
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2020/7/7
例题
一滴体积V =10－6 m3的水滴，当被分散 为半径分别是r1=10－3 m，r2=10－4 m， r3=10－6 m，r4=10－8 m的小液滴时，分
散成的水滴总数、比表面和总表面积各 为多少？
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2020/7/7
表面张力
表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
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2020/7/7
9-1 表面张力
比表面（specific surface area）
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
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2020/7/7
表面张力
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2020/7/7
表面功（surface work）
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，或可逆的增加表面积，就 必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所 需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
WdA
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体 系做的可逆非膨胀功。
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2020/7/7
表面自由能(surface free energy)
考虑了 表面功，热
dU TdS PdV dA BdnB
应用物理化学 表面现象
曲线的曲率等于与该点相切之圆的半径R的倒数。1/R
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2015/12/21
曲面的曲率：
曲面上某处的正交法平面截口的曲率半径和叫做 曲面在此点的主半径。
凸液面的曲率为正值，凹液面的曲率为负值，平面的曲率为零。
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2015/12/21
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立方体数 1 103 109 1015 1021
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比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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2015/12/21
四、表面功
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，或可逆的增加表面积，就必 须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。 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。用公式表示为：
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2015/12/21
二、界面现象及本质
2、界面现象的本质: 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：所受四周邻近分子的作用力是对称的。 界面层的分子：一方面受到体相内相同物质分子的作用，另 一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力 不能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的 密度不同；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任 一相的组成均不相同。
产生原因溶质在液体表面的浓度大于在液体内部的浓度1正吸附发生原因溶质分子都倾向于到液体表面上来表面能减少溶质分子置换了液体表面的溶剂分子液体内部对表面分子的净吸引力减少表面张力减小溶剂与溶质分子之间吸引力小于溶剂与溶剂分子之间吸引力上一内容下一内容回主目录返回20192132负吸附发生原因溶剂与溶质分子之间的吸引力大于溶剂与溶剂分子之间的吸引力如果溶质分子置换了液体表面的溶剂分子液体内部对表面分子的净吸引力增加表面张力增大违反表面能是自动趋于减少的规律溶质在液体表面的浓度小于在液体内部的浓度
物理化学第八章表面现象
见右图，液体内部分子受到的 力彼此抵销，但表面分子受到指 向液体内部的力，所以表面分子 有进入液体内部的倾向。 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。
二、表面吉布斯函数与表面张力
二、毛细管现象
将毛细管插入液体中，如果液体润湿管壁，则液 面成凹液面，液体将在管内升高；如果液体不润湿 管壁，液面成凸液面，液体将在管内下降。这种现 象称为毛细（管）现象。
h
h
二、毛细管现象
毛细管中液面上升高度可 用下式求算：
2 gh p r
2 cos h gR
θ称为接触角。
2、在凸面上 显然表面张力的合力指向球心， 内部分子所受压力大于表面分子。 ΔP = Pin - Pex >0 3、在凹面上 表面张力的合力仍然指向球心， 但内部分子所受压力小于表面分 子。 ΔP = Pin - Pex <0 ΔP ΔP
一、弯曲表面下的附加压力
1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径 之间的关系式：杨-拉普拉斯公式
pex
h
2 2 1.250 7 5 10 (pa) 8 r 5 10
d
压力如此之大，气泡难以存在，但炉壁为多孔砖， 已有半径较大气泡存在，实际附加压力并不很大。
二、毛细管现象
润湿和不润湿： 若液体能够在固体表面铺展，则称该液体对该固体 能够润湿（后面还要讲到）。
润湿
不润湿
一、微小液滴的蒸汽压与人工降雨 二、纯液体的凝固点和过冷现象 三、微小晶粒的溶解度与过饱和溶液 四、过热液体与爆沸现象 五、亚稳状态与金属热处理
大学物理化学课件 第八章 表面现象
Fdx (2l' dx)
F = •2l '
F 2l '
式中 为比例常数，是作用于液面上单位长度线段上的力，
即表面张力，单位是N·m-1。
表面吉布斯能和表面张力是完全等价的，具有等价的量 纲和相同的数值。
三、影响表面张力的因素
1. 组成表面的物质 物质内部的分子间引力引起表面吉布斯能，分子间作用力越大， 表面吉布斯能越大。
也就是单位表面积上的分子比 相同数量的内部分子“超额”吉布斯自由能，
因此σ称为“表面吉布斯自由能” 或简称为“表面能”
二、表面吉布斯能和表面张力 2. 表面张力 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。
若将线圈内液膜刺破， 线圈两边受力不再平衡， 立即绷紧成圆形。
二、表面吉布斯能和表面张力
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（surface tension）或界面 张力（interfacial tension）。
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。
二、表面吉布斯能和表面张力
在温度、压力恒定的条件下，在AB边施加向右的力F，使 AB在可逆的情况下向右移动dx。F和液膜表面边缘的长度l成 正比，因为液膜有正反两个表面，设AB = l′，则
表面功的大小和dA成正比
Байду номын сангаас
W = dA
为比例系数
根据热力学第二定律
d G T , p,nB δW 'r
所以：dGT ,P,nB dA 定义表面吉布斯能
G
A T , p,nB
物理化学ppt 表面现象
设气体为理想气体
Vm (l )dp(l ) = Vm ( g )dp( g )
p 平 + ∆p
∫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
p平
Vm (l )dp (l ) =
∫
p
p0
RT dp ( g ) p( g )
p Vm (l ) ∆p = RT ln p0
2γ ∆p = R液
Vm (l ) =
M
Langmuir吸附等温式
Langmuir的两个重要假设： (1) 单分子层吸附； (2) 固体表面均匀，被吸附分子之间无相互作用； (3) 动态平衡。 设：表面覆盖度θ = V/Vm V为吸附体积 r(吸附)=kap( 1-θ ) 则空白表面为(1 - θ ) Vm为吸满单分子层的体积 r(脱附)=kdθ
常见界面
1.气-液界面
2.气-固界面
3.液-液界面
4.液-固界面
5.固-固界面
分散度与比表面
物质分散成细小微粒的程度称为分散度 分散度。物质分割得 分散度 越小，则分散度越高，比表面也越大。下表为边长1cm的 立方体(1cm3)逐渐分割成小立方体时的比表面增长情况 边长l/m 立方体数 比表面Av /(m2/m3) 1 10 1×10-2 1 6 ×102 10 1×10-3 103 6 ×103 1×10-5 109 6 ×105 1×10-7 1015 6 ×107 1×10-9 1021 6 ×109 可以看出，从边长为10-2m到10-9m，比表面增长了一千 万倍。达到nm级的超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的研究热点。
从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布 以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。
物理化学第九章--表面现象
p0
A
ps
p0 − ps
ps
p0
附加压力总是指向曲面的球心
A
溶液
9.2.2 Laplace 公式 在毛细管内充满液体，管端有的球状液滴半径为 ′与之平衡。 在毛细管内充满液体，管端有的球状液滴半径为R′与之平衡。 液滴所受总压为: 液滴所受总压为 对活塞稍加压力: 对活塞稍加压力 液滴体积增加dV 液滴体积增加 相应表面积增加dA 相应表面积增加 s 克服附加压力p 克服附加压力 s所做的功等于可 逆增加表面积的Gibbs自由能 自由能 逆增加表面积的
边长10 → 边长 -2m→10-9m，比表面增长了一千万倍。 ，比表面增长了一千万倍。 高度分散的物质系统具有巨大的表面积， 高度分散的物质系统具有巨大的表面积，往往产生明显 的界面效应，因此必须充分考虑界面性质对系统的影响。 的界面效应，因此必须充分考虑界面性质对系统的影响。
9.1.2 表面自由能 表面功 δWf,R= γdAS ( )T,P,nB δWf,R= (dG)T,P,R
溶液的过饱和现象— 溶液的过饱和现象
亚 稳 状 态
液体的过冷现象— 液体的过冷现象
毛细凝聚
9.4 溶液的表面吸附
9.4.1 表面活性物质与非表面活性物质 (1) 非表面活性物质 无机盐和不挥发的酸、 无机盐和不挥发的酸、碱 (2) 表面活性物质 碳链较短的脂肪酸、 碳链较短的脂肪酸、醇、 胺等有机化合物。 酮、醛、胺等有机化合物。 (3) 表面活性剂 碳氢链中含有8个碳以上的 碳氢链中含有 个碳以上的 有机酸的各种盐 转折处的极小值 转折处的极小值 : 杂质的影响
p↑，气体分子易被液面吸附 ↑ 气体分子易被液面吸附; 一般p↑ 液体的 一般 ↑,液体的γ↓，因为 p↑，气体在液体中的溶解度增加。 ↑ 气体在液体中的溶解度增加。
物理化学第十章表面现象
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第十章表面现象日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关，例如： 1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。
2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈凹形。
3. 固体表面会自动吸附其它物质。
4. 微小液滴更易于蒸发。
表面现象：发生在相界面上的物理化学现象产生表面现象的主要原因：就是处于表面层中物质的分子与系统内部物质的分子在力场上存在差异；或从能量的角度来看，也可以解释成为处于表面层的分子比内部分子具有较高的能量。
比表面：就是指每单位体积的物质所具有的表面积，用比表面Αs来表示 A 即：As=V§10.1表面张力一、液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。
以气-液表面分子与内部分子受力情况为例，液体内部的任一分子，皆处于同类分子的包围之中，平均来看，该分子与周围分子间的吸引力是球形对称的，各个方向上的力彼此抵消，其合力为零。
然而表面层的分子处于不对称的环境中。
液体内部分子对它的吸引力，远远大于液面上蒸气分子对于它的吸引力。
使表面层分子受到指向液体内部的合力。
因而液体表面的分子总是趋向移往液体内部，力图缩小表面积。
§10.1表面张力在宏观上表面张力表现:（a）(b)图10－2表面张力的作用图10－3表面功示意图§10.1表面张力为了准确地讨论表面张力的物理意义，人们又理想化设计了一个模型，比表面功δWr' = γ dA γ可理解为：使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功，称比表面功。
单位：J m-2 δWr' γ=仅仅是用来增加系统的表面积: δW ' = f dx rdA δWr' = dG的物理意义：等温等压下增加单位表面积所引起的系统吉布斯函数的变化。
γ有两种意义 :既是表面张力又是比表面吉布斯函数γG γ = A T , P , N§10.1表面张力二、界面的热力学方程dU = TdS pdV + δWr' + Σ B dnBdH = TdS + Vdp + δWr' + Σ B dnBdA = SdT pdV + δWr' + Σ B dnBdG = SdT + Vdp + δWr' + Σ B dnBδ W r' = γ dAU γ = A S ,V , NH A G γ = = = A S , p , N A T ,V , N A T , p , N§10.1 表面张力三、影响表面张力的因素：（1）表面张力与物质的本性有关表面张力是分子之间相互作用的结果，不同的物质其分子间的作用力不同，表面张力也不相同。
物理化学界面第9章表面现象总结
物理化学界⾯第9章表⾯现象总结第9章表⾯现象和胶体化学1 基本概念1.1界⾯和表⾯不同物质或同种物质的密切接触的两个相之间的过渡区叫界⾯，如液态⽔和冰的接触⾯，⽔蒸⽓和玻璃的接触⾯等等。
表⾯是指固体对真空或固体和液体物质与其⾃⾝的蒸⽓相接触的⾯。
显然，表⾯包括在界⾯的概念之内，但通常并没严格区别两者，“表⾯”和“界⾯”互相通⽤。
1.2 表⾯能、表⾯函数和表⾯功表⾯上的物质微粒⽐他们处于体相内部时多出的能量叫表⾯能或总表⾯能。
由于表⾯的变化通常在等温等压条件下进⾏，因此这时的表⾯能实际上就是表⾯吉布斯函数。
在等温等压下且组成不变的条件下以可逆⽅式增加体系的表⾯积时所做的⾮体积功叫表⾯功，它在量值上等于表⾯吉布斯函数。
1.03 表⾯张⼒（⽐表⾯能）简单的说，表⾯张⼒就是单位⾯积上的表⾯能量，即⽐表⾯能，因为它与⼒有相同的量纲，故叫表⾯张⼒。
实际上，表⾯张⼒是表⾯层的分⼦垂直作⽤在单位长度的线段或边界上且与表⾯平⾏或相切的收缩⼒。
1.04 附加压⼒弯曲液⾯下的附加压⼒是指液⾯内部承受的压⼒与外界压⼒之差，其⽅向指向曲⾯球⼼。
1.5 铺展和铺展系数某⼀种液滴在另⼀种不相溶的液体表⾯上⾃⾏展开形成⼀层液膜的现象叫铺展，也叫展开。
铺展系数就是某液滴B在液体A的表⾯上铺展时⽐表⾯吉布斯函数的变化值，常⽤符号为S B/A1.6 湿润凡是液体沾湿在固体表⾯上的现象都叫润湿，其中⼜分为铺展润湿（液体在固体表⾯上完全展开），沾湿湿润（液体在固体表⾯形成平凹透镜）和浸没湿润（固体完全浸渍在液体中），三种湿润程度的差别是：浸没湿润〉铺展湿润〉沾湿湿润1.7 沾湿功和湿润功在定温定压下，将单位⾯积的固-液界⾯分开时外界所做的可逆功叫沾湿功。
这⼀概念对完全不相溶的两种液体间的界⾯也适⽤。
结合功是指定温定压下，将单位⾯积的液柱拉开时外界所做的可逆功，⼜叫内聚功。
它是同种分⼦相互吸引能⼒的量度。
1.08 接触⾓液体在固体表⾯达到平衡时，过三相接触点的切线与固-液界⾯所夹的最⼤⾓叫平衡接触⾓或润湿⾓，常⽤符号θ。
物理化学-表面现象讲义
表面现象
表面积和表面吉布斯能
• 表面积 • 表面吉布斯能和表面张力 • 表面的热力学关系式 • 影响表面吉布斯能的因素
2020/4/19
表面和界面
界面： 即相界面，是指两相之间几个分子厚度的过渡区。 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。 表面： 若两相中有一相为气体，这种相界面习惯称为表面。 包括气-液界面，气-固界面。
表面吉布斯能和表面张力
如果要把分子从内部移到界面，就必须克服体系内 部分子之间的作用力，即环境对体系做功。
表面功：T,p,n恒定时，可逆使表面积增加dA所需要 对体系作的功。即 -W’= dA 当表面积变化较大时，- W’= A
为T，P及n恒定的条件下，可逆增加单位表面积 时环境对体系做的表面功。
2020/4/19
表面吉布斯能和表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力， 垂直与表面的边界，指向表面的中心并与表面相切， 或者作用于表面上任一条线的两侧，垂直于该线，沿 着液面拉向两侧。
F=l’= 2l
l
F
F
2l
表面张力()：
2020/4/19
表面吉布斯能和表面张力 如果在金属线框中间系一线圈，浸入肥皂 液后，上面形成一液膜。由于以线圈为边 界的两边表面张力大小相等方向相反，所 以线圈成任意形状可在液膜上移动。
表面张力不在一个平面 上，产生个指向液体外 部的合力 p
杨拉普拉斯公式
1805年Young-Laplace导出了p与r之间的关系式
可逆使实心液滴半径增大dr。
根据体积功定义： -W’= p dV
根据表面张力定义： -W’= dA
V 4 r 3 dV 4r 2dr 3
第三章表面现象合-PPT精品文档106页
1、液体和固体的性质是润湿程度的 决定因素
液体的分类
极性液体 非极性液体
固体的分类
极性固体，硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐 非极性固体，有机固体、硫化物
液体与固体的润湿性关系
2、表面活性物质对润湿性的影 响与润湿反转
水 水
亲水表面反转为亲油表面
2、表面活性物质对润湿性的影 响与润湿反转
单位表面所具有的表面能（能量） 增加单位表面所需要做的功（功） 作用在单位长度表面的力（力）
从力角度理解表面（界面）张力
（1）作用在表面的边界线上； （2）垂直于边界线； （3）指向表面的中心并与表面相切
二、影响表面张力大小的因素
表
净
面
吸
张
引
力
力
二、影响表面张力大小的因素
1、温度越高，表面张力越低
脂肪酸 取代界 面分子 后，净 吸引力
降低
脂肪酸在界面的存在状态决定了降低 界面张力的能力
饱和吸附
H C H2
C H2
C H2
C H2 C H2
C H2
O
O
S
O
O
2.1nm
0.5nm
十二烷基硫酸钠
分子面积/nm 2
5
(5,4.75)
4
3
2
(13,1.75)
1
(32,1)
(200,0.45) (400,0.39)
最终膨胀功 等于表面能的变化
表面能自动趋于减少的规律起作用的结果
从能量角度推导曲界面两侧压差公式：
对于液体下的一个气泡，半径为r，我们 试图使其半径增加dr，则 体积增加 dV=4r2dr ， 表面积增加 dA= 8rdr ，
物理化学09章 表面现象
H2 O
玻璃板
1. 表面现象及其本质
固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
1. 表面现象及其本质
表面现象的本质
由于两相密度不等，其 作用力不能相互抵消。
正由于这剩余价力的 存在，界面层显示出一些 独特的性质。 如表面张力 毛细现象 表面吸附 小气泡和液滴都呈球状
1. 表面现象及其本质
表面现象的本质
2. Kelvin 公式的应用
(2) 过饱和溶液 对小颗粒，使用Henry定律
p kc
将Kelvin 公式作适当的转换，得
c2 2 l-s M (B,s) 1 1 RT ln ' ' c1 (s) R2 R1
小颗粒的蒸气压随曲率半径的下降而升高，则 其饱和溶解度也随曲率半径的下降而升高。 这可以解释定量分析中为什么要有个 “陈化”过程，以及结晶过程中加“晶种 ”的作用。
2. Kelvin 公式的应用
(3) 过热液体
有机蒸馏时，温度计指示液体已到达通常所说的 沸点，但却看不出有沸腾的现象，于是继续加热。突 然液体夹着气泡一起上冲，这就是暴沸现象。
如果在蒸馏前加入适量沸石（多孔硅铝酸盐）， 储存在沸石小孔中的空气在加热时放出，作为蒸馏时 的成泡中心，可以防止暴沸。 用素烧瓷片或若干一头封口的玻璃毛细 管也能起到沸石相同的作用。
a2 d Γ2 RT da2
式中G2为溶剂超量为零时溶质2 在表面的超额。
它的物理意义是：在单位面积的表面层中，所含溶质 的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中所含溶 质的物质的量之差值。 a2是溶质2的活度，d/da2是在等温下，表面张力 随 溶质活度的变化率。
正吸附和负吸附 吉布斯吸附公式通常也表示为如下形式：