物理化学-表面物理化学分析64页PPT
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物理化学课件13章 表面物理化学
1.气-液界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
2.气-固界面
气-固界面
3.液-液界面
H2O
Hg
液-液 界面
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
界面现象的本质
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； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相
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：
A0
As m
或
A0
As V
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方法有BET法
和色谱法。
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。
U
As
S ,V ,nB
H
As
S , p,nB
A
As
T ,V ,nB
G
As
T , p,nB
表面自由能 (surface free energy)
广义的表面自由能定义：
U ( As )S ,V ,nB
(
H As
)S
, P , nB
表面和界面 (surface and interface)
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。
物理化学课件：第八章 表面现象
第一节 表面积与表面Gibbs能
比表面（specific surface area）
比表面：指单位质量(或单位体积)的物质所具有的表面积 有两种常用的表示方法：
as
A; m
aV
A V
式中，m 和 V 分别为物质的质量和体积，As为其表面 积。本章的研究对象即是具有巨大比表面积的系统。
液例滴8-1为：球分形割，半试径计为算r的分液割滴后，的使液成滴为总半表径面积r1 A11和r0 原的液小滴液表滴面，积若 A之比。
Tricor （非诺贝特 ）
Triglide （非诺贝特 ）
降血脂，纳米晶2004.12 NanoCrystal
FDA批准
technology
(Elan/Abbot)
降血脂，纳米晶
NanoCrystal technology
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。
界面现象的本质
克服附加压力Δp所作 的功等于可逆增加表面积 的Gibbs能
ΔG = ΔpdV = dAຫໍສະໝຸດ ΔppgR'
ΔpdV = dA
R ' r dr
V 4 r3,
3
A 4r 2 ,
所以 dV 4r 2dr 所以 dA 8rdr
代入得： p 2
r
球形曲面
Δp
pg
R'
dr
附加压力的大小与曲率半径和液体的表面张力有关
（3）凹液面的曲率半径为负值，因此附加压力也是负值， 凹液面下的液体受到的压力比平液面下的液体受到的压力小。
什么时候考虑Δp? – 依据粒子尺度
室温下小水滴：r=1mm, Δp=200 Pa
r=10nm, Δp=145 atm 当颗粒半径可以用mm描述时，可忽略Δp； 当颗粒半径小至纳米级时，由于Δp巨大，颗粒许多性 质发生改变，与普通液体和固体不同，需考虑Δp 。
表面物理化学 ppt课件
§13.1 表面
将一含有一个活动边框的金 属线框架放在肥皂液中，然后取 出悬挂，活动边在下面。
222222222222222 lllllllllllllll
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。
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F与总的表面张力大小相 等方向相反，则金属丝不再滑动。
W'dA
为比例系数，它在数值上等于在相应条件下增加单 位表面积时对体系做的可逆非膨胀功。
三、表面自由能(surface free energy)
根据热力学的观点，在等温等压组成不变的可逆条件下
dG W 'dA
G
A T,p,nB
为此条件下体系增加单位表面积时，Gibbs自由能的 增加值，称为比表面Gibbs自由能，亦简称为表面自由 能，其单位是J· m-2。
7. 了解化学吸附与物理吸附的区别，了解影响固体吸附的主要因素。
8. 了解化学吸附与多相催化反应的关系，了解气—固相表面催化反应速率的 特点及反应机理。
概述
一、表面和界面 1.表面和界面
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。
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。
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。
例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3逐渐分割 成小立方体时，比表面增长情况列于下表：
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
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。
《表面物理化学》PPT课件
面心立方结构的表面能
{100}面： {110}面： {111}面：
100
1 2
2 a2
4
4 a2
110
5 2 a2
111 2
3 a2
{100}
{110}
{111}
Figure 2.3. Schematic representing low index faces of a facecentered cubic (fcc) crystal structure: (A) {100}, (B) {110}, and (C) {111}.
10
固体表面的分类
固体的表面能
固体的表面能
表面原子的键合模型
固体表面原子处于与本体原子不一样的键合环境： 周围缺少相邻的原子，具有不饱和的悬空键； 处于更高的能量状态（表面能）。
固体的表面能
• 固体表面上的原子与晶体内部相比，处于一个较高的能 量状态，所以表面积增加，体系的自由能就增加。
• 表面能的定义： 每增加单位表面积时，体系自由能的 增量。
d G Sd V T dd p A idi nG=G(T, p, ni, A)
i
因此，表面自由能：
G
A ni,T ,P
G---系统的自由能；
S---熵；
T--
V---体积； p---压力； ---表面张力； A---
μi---组分i 的化学势； ni --- 组分i 的化学成分。
G
A ni,T ,P
•表面能也称为表面自由能或表面张力； •表面张力通常只针对液体。
表面自由能的热力学推导
对于一个多组分的材料系统，吉布斯自由能的改变:
dG SdV Td p idin G=G(T, p, ni)
大学物理化学课件 第八章 表面现象
W ' dA Fdx
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
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-表面性质ppt课件
由多相多组分热力学公式，如
dGSdTV dp idin
i
并未考虑相界面面积AS，对高度分散系统, 应有AS变量，有一个相界面，
热力学公式为
d G S d T V d p ds A idi n
i
d U T d Sp d V d A s idi n
i
d H T d S V d p d A s idi n
固-固界面
.
目录
7.1 界面张力 7.2 弯曲界面的附加压力及其后果 7.3 固体表面与吸附作用 7.4 液-固界面 7.5 溶液表面
. 10
基本概念
• 界面——两相的接触面。 3种相态：g, l, s。 有5种界面：g-l, g-s, l-l, l-s, s-s。
• 表面——与气体接触的界面。 g-l, g-s。 • 界面 有一定的厚度，不是几何面。 • 界面的结构和性质有特殊性。与相邻两侧的体相不同。如液滴蒸发. • 分散度 表示——比表面积。分散的程度, 表面积, 表面效应。
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。
.
7.1 界面张力
气相
(1) 表面功
↙↓↘
↙↓↘
←↖↙↑↓↘↗→
液相
• 液膜面积与功 增大液膜面积 dAS, 需抵抗力F，作非体积功——
表面功。可逆条件下，忽略摩擦力，可逆表面功
W= σdAS
. 21
表面吉布斯能与表面张力的对比
1. 比表面吉布斯能与表面张力都是使用符号。
2. 比表面吉布斯能是从热力学角度讨论了比表面能的定义 和物理意义,表面张力是从观察的表面现象(力学)角度出发讨
表面工程技术的物理化学基础ppt课件
38
表面晶体结构
表面区的每个原子都可以用其最 近邻数N来描述。如果平台为面心 立方的{111}面，
则平台上吸附原子的N为3， 吸附原子对所具有的N为4， 台阶上吸附原子的N为5， 台阶扭折处的N为6， 台阶内原子的N为7， 平台内原子的N为9。
39
表面晶体结构
随着温度的升高，其中的扭折数会增加。
扭折间距λ0和温度T及晶面指数k有关，可 由以下关系式来描述：
0
a 2
exp
EL kT
式中，a为原子间距，EL为台阶的生成能。
据分析，面心立方晶体(111)面上台阶[11]
的λ0约为4a，而简单立方晶体(100)晶面上 台阶[10]的λ0约为30a。
40
表面晶体结构
除了台阶、扭折和吸附原子外，实际表面 上还存在大量各种类型的缺陷，
Workpiece material: carbon steel AISI 1045.
14
材料表面粗糙度的表示方法
最常用的是轮廓的算术平均偏差Ra，其表达式为
Ra
1 n
n i 1
yi
式中，yi真为波峰或者波谷的绝对值，
n为测量的波峰或者波谷的个数。
15
材料表面粗糙度的表示方法
描述材料表面粗糙度的另一个表达式为
表面工程技术的 物理、化学基础
1
表面工程技术的物理、化学基础
表面工程技术是赋予材料或零部件表面以 特殊的成分、结构和性能的化学、物理方 法与工艺，它的实施对象是固体材料的表 面。
掌握材料表面与界面的基础知识是正确选 择与运用表面工程技术的基础。
2
运用表面工程技术的要素
第一，掌握各种表面工程技术的特点； 第二，了解与掌握影响材料表面性能的主
表面晶体结构
表面区的每个原子都可以用其最 近邻数N来描述。如果平台为面心 立方的{111}面，
则平台上吸附原子的N为3， 吸附原子对所具有的N为4， 台阶上吸附原子的N为5， 台阶扭折处的N为6， 台阶内原子的N为7， 平台内原子的N为9。
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表面晶体结构
随着温度的升高，其中的扭折数会增加。
扭折间距λ0和温度T及晶面指数k有关，可 由以下关系式来描述：
0
a 2
exp
EL kT
式中，a为原子间距，EL为台阶的生成能。
据分析，面心立方晶体(111)面上台阶[11]
的λ0约为4a，而简单立方晶体(100)晶面上 台阶[10]的λ0约为30a。
40
表面晶体结构
除了台阶、扭折和吸附原子外，实际表面 上还存在大量各种类型的缺陷，
Workpiece material: carbon steel AISI 1045.
14
材料表面粗糙度的表示方法
最常用的是轮廓的算术平均偏差Ra，其表达式为
Ra
1 n
n i 1
yi
式中，yi真为波峰或者波谷的绝对值，
n为测量的波峰或者波谷的个数。
15
材料表面粗糙度的表示方法
描述材料表面粗糙度的另一个表达式为
表面工程技术的 物理、化学基础
1
表面工程技术的物理、化学基础
表面工程技术是赋予材料或零部件表面以 特殊的成分、结构和性能的化学、物理方 法与工艺，它的实施对象是固体材料的表 面。
掌握材料表面与界面的基础知识是正确选 择与运用表面工程技术的基础。
2
运用表面工程技术的要素
第一，掌握各种表面工程技术的特点； 第二，了解与掌握影响材料表面性能的主
《表面化学物理》课件
表面化学应用
探索表面化学在日常生活和工业中的广泛应用，如洗涤剂、涂料、药物传递系统等。了解如何应用表面化学来 解决现实问题。
总结与展望
总结我们学到的关于表面化学的知识，并展望未来该领域的发展趋势。谢谢您的参与！Βιβλιοθήκη 《表面化学物理》PPT课 件
欢迎来到《表面化学物理》的PPT课件，探索表面化学的奥秘，了解化学与表 面之间的关系，以及表面化学在各种领域的重要性。
导论
让我们开始这个旅程，通过简要介绍表面化学的基本概念，为接下来的内容 做好准备。
化学与表面
探索化学与表面之间的联系，了解分子在固体表面上的行为，以及表面化学 在材料科学和纳米技术等领域的应用。
表面化学的重要性
深入了解表面化学在各个行业中的重要作用，如催化剂设计、涂层技术和生 物医学研究等。发现表面化学的潜力。
表面能与界面现象
探索表面能和界面现象的基本概念，了解润湿性、表面张力和界面活性剂等重要概念。
表面活性剂与胶体
深入了解表面活性剂和胶体的化学特性和应用。了解乳化、分散和胶体稳定 性等概念。
优选粉体的表面物理化学性质Ppt
如果刺破线圈中央的液膜，线圈内
侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈 (b)
绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表
面张力的存在。
9
第9页，共120页。
表面张力（surface tension）
（a）
（b）
10
第10页，共120页。
影响表面张力的因素
（1）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学
➢ 对物质表面张力产生强烈影响的其它组分称为表面活化剂。
14 第14页，共120页。
固体表面能测定方法
15
第15页，共120页。
固体表面能测定方法
4. 接触角法：液体在固体上接触角的大小，与固体表面能有关。
s l cos ls
16 第16页，共120页。
第二节 表面润湿性
➢润湿的类型
➢ —固体的弹性变形行为改变了增加面积的做功过程，不再使表面能与表面张力在数值 上相等。
➢ 如果固体在较高的温度下能表现出足够的质点可移动性，则仍可近似认为表面能与表 面张力在数值上相等。
12 第12页，共120页。
表面张力与表面能之间的关系
与液体相比：
1）固体表面能中包含了弹性能，所以表面张力在数值上不等于表 面能。
➢ 表面能与温度：随温度升高表面能一般为减小。因为热运动削弱 了质点间的吸引力。
➢ 表面能与杂质：
➢ 物质中若含有少量表面张力较小的其它组分，则这些组分便 会在表面层中富积，使该物质表面张力大大减小，并显著降 低该物质表面能；
➢ 物质中若含有少量表面张力较大的其它组分，则这些组分便倾向 于在该物质的体积内部富积，即这些组分在体内的浓度高于在表 面层中的浓度，因为对该物质的表面张力只有微弱的影响，即对 该物质的表面能影响不大。
侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈 (b)
绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表
面张力的存在。
9
第9页，共120页。
表面张力（surface tension）
（a）
（b）
10
第10页，共120页。
影响表面张力的因素
（1）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学
➢ 对物质表面张力产生强烈影响的其它组分称为表面活化剂。
14 第14页，共120页。
固体表面能测定方法
15
第15页，共120页。
固体表面能测定方法
4. 接触角法：液体在固体上接触角的大小，与固体表面能有关。
s l cos ls
16 第16页，共120页。
第二节 表面润湿性
➢润湿的类型
➢ —固体的弹性变形行为改变了增加面积的做功过程，不再使表面能与表面张力在数值 上相等。
➢ 如果固体在较高的温度下能表现出足够的质点可移动性，则仍可近似认为表面能与表 面张力在数值上相等。
12 第12页，共120页。
表面张力与表面能之间的关系
与液体相比：
1）固体表面能中包含了弹性能，所以表面张力在数值上不等于表 面能。
➢ 表面能与温度：随温度升高表面能一般为减小。因为热运动削弱 了质点间的吸引力。
➢ 表面能与杂质：
➢ 物质中若含有少量表面张力较小的其它组分，则这些组分便 会在表面层中富积，使该物质表面张力大大减小，并显著降 低该物质表面能；
➢ 物质中若含有少量表面张力较大的其它组分，则这些组分便倾向 于在该物质的体积内部富积，即这些组分在体内的浓度高于在表 面层中的浓度，因为对该物质的表面张力只有微弱的影响，即对 该物质的表面能影响不大。
表面工程技术的物理化学基础幻灯片
熔点降低，提高流动性。
不粘涂层 :聚四氟乙烯〔PTFE〕、全氟辛酸铵〔PFOA〕 特氟隆(Teflon)，是美国杜邦公司对其研发的所有 碳氢树脂的总称. PTFE分解〔260oC以上放出有毒气体〕。
世界卫生署建议选择平安、对安康有益的铁锅。 精细陶瓷涂层。
第二节 材料磨损原理及其耐磨性
磨损的定义为：物体相对运动时，相对运动的物质外表不断 损失或产生剩余变形称为磨损。 一、固体的摩擦与磨损 1.早期的摩擦学理论-摩擦三定律 1699年，Amontons的研究结果被公认为是固体摩擦 的两条根本定律： 〔1〕摩擦力与接触面的表观面积无关 〔2〕摩擦力与两接触体的法向载荷成正比，即 F=μN，μ是
2.外表张力
外表张力是外表能的一种物理表现，是由于原子间的作用力 以及在外表和内部的排列状态的差异引起的。外表张力可以 通过比热法测出来。对于液体，外表自由能和外表张力是相 等的。
六．固体外表的物理吸附和化学吸附 1.吸附的根本特性 物体外表上的分子或原子力场不饱和，有吸引周围
其它物质〔气体、液体〕的分子的能力，就是 吸附作用。是外表最重要的性质之一。 2.固体外表的吸附分为物理吸附和化学吸附，物理 吸附的力是范德华力。化学吸附中力是化学键。 化学吸附的结合力比物理吸附大多了。
12.5um.
4. 一般外表 一般材料外表往往吸附一层外来原子，如果是金属，外表还会存在氧化皮。 二．界面 1.冶金结合界面. 涂层材料熔化，基体外表半熔化，凝固结晶以后形成的界面.实质是金属健结 合.激光熔覆、堆焊、喷焊。
2.扩散结合界面. 两个固相直接接触时，通过扩散和反响形成的结合界面.特点是涂层和基体间 呈现成分梯度变化.渗碳，氮化.
不润湿。这时，液滴在固 体外表呈圆球型。
从Young方程可以看出： 〔1〕当σS-G>σS-L时，cosθ为正值，θ<900，对应 润湿
不粘涂层 :聚四氟乙烯〔PTFE〕、全氟辛酸铵〔PFOA〕 特氟隆(Teflon)，是美国杜邦公司对其研发的所有 碳氢树脂的总称. PTFE分解〔260oC以上放出有毒气体〕。
世界卫生署建议选择平安、对安康有益的铁锅。 精细陶瓷涂层。
第二节 材料磨损原理及其耐磨性
磨损的定义为：物体相对运动时，相对运动的物质外表不断 损失或产生剩余变形称为磨损。 一、固体的摩擦与磨损 1.早期的摩擦学理论-摩擦三定律 1699年，Amontons的研究结果被公认为是固体摩擦 的两条根本定律： 〔1〕摩擦力与接触面的表观面积无关 〔2〕摩擦力与两接触体的法向载荷成正比，即 F=μN，μ是
2.外表张力
外表张力是外表能的一种物理表现，是由于原子间的作用力 以及在外表和内部的排列状态的差异引起的。外表张力可以 通过比热法测出来。对于液体，外表自由能和外表张力是相 等的。
六．固体外表的物理吸附和化学吸附 1.吸附的根本特性 物体外表上的分子或原子力场不饱和，有吸引周围
其它物质〔气体、液体〕的分子的能力，就是 吸附作用。是外表最重要的性质之一。 2.固体外表的吸附分为物理吸附和化学吸附，物理 吸附的力是范德华力。化学吸附中力是化学键。 化学吸附的结合力比物理吸附大多了。
12.5um.
4. 一般外表 一般材料外表往往吸附一层外来原子，如果是金属，外表还会存在氧化皮。 二．界面 1.冶金结合界面. 涂层材料熔化，基体外表半熔化，凝固结晶以后形成的界面.实质是金属健结 合.激光熔覆、堆焊、喷焊。
2.扩散结合界面. 两个固相直接接触时，通过扩散和反响形成的结合界面.特点是涂层和基体间 呈现成分梯度变化.渗碳，氮化.
不润湿。这时，液滴在固 体外表呈圆球型。
从Young方程可以看出： 〔1〕当σS-G>σS-L时，cosθ为正值，θ<900，对应 润湿
《表面物理化学》PPT课件
R-CONH<C2H4O>nH 聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2<CHOH>3H 多元醇型
失水山梨醇酯（Span，乳化剂 S）
O
O
RC－O－CH2－CH－CH CH2
O H－O－CH2－CH－CH CH2
OH CH－CH
OH CH－CH
HO
OH
HO
OH
失水山梨醇酯
失水山梨醇
失水山梨醇酯聚氧乙烯醚（Tween，乳化剂 T）
2
r
M
Kelvin 公式
对凸液面， r 取+；对凹液面， r取 。
25 C 时水滴的半径与饱和蒸气压的关系 r / cm 10 4 10 5 10 6 10 7
pr / p 1.001 1.011 1.111 2.95
过饱和蒸气 过热水 毛细凝结 人工降雨 ??? 永动机 ???
§3 液固界面上的润湿作用
二、附加压力与曲面的曲率半径 和表面张力的关系
杨-拉普拉斯〔Young-Laplace〕方程式
附加压力与表面张力成正比,而与曲率半径 成反比,即曲率半径越小,附加压力越大.
z
d'
c'
y
d
a'
e b'
c
dz y
a
x
b
在弯曲的液面上取一个
x
微四边形 abcd，且四个角
R2
为直角，则
R1
⌒⌒
θ2
ab cd x ， 曲率半径为 R1
⌒⌒
bc ad y ， 曲率半径为 R2
θ1 O2
四边形面积为
⌒⌒
O1
Aabcd ab bc xy
z
R-COOCH2<CHOH>3H 多元醇型
失水山梨醇酯（Span，乳化剂 S）
O
O
RC－O－CH2－CH－CH CH2
O H－O－CH2－CH－CH CH2
OH CH－CH
OH CH－CH
HO
OH
HO
OH
失水山梨醇酯
失水山梨醇
失水山梨醇酯聚氧乙烯醚（Tween，乳化剂 T）
2
r
M
Kelvin 公式
对凸液面， r 取+；对凹液面， r取 。
25 C 时水滴的半径与饱和蒸气压的关系 r / cm 10 4 10 5 10 6 10 7
pr / p 1.001 1.011 1.111 2.95
过饱和蒸气 过热水 毛细凝结 人工降雨 ??? 永动机 ???
§3 液固界面上的润湿作用
二、附加压力与曲面的曲率半径 和表面张力的关系
杨-拉普拉斯〔Young-Laplace〕方程式
附加压力与表面张力成正比,而与曲率半径 成反比,即曲率半径越小,附加压力越大.
z
d'
c'
y
d
a'
e b'
c
dz y
a
x
b
在弯曲的液面上取一个
x
微四边形 abcd，且四个角
R2
为直角，则
R1
⌒⌒
θ2
ab cd x ， 曲率半径为 R1
⌒⌒
bc ad y ， 曲率半径为 R2
θ1 O2
四边形面积为
⌒⌒
O1
Aabcd ab bc xy
z
物理化学之表面化学幻灯片
25℃时水的外表张力为0.07197N·m-1，当过 饱和蒸气为水的平衡蒸气压的4倍时，试求算： • 〔1〕在过饱和情况下，开场形成水滴的半径； • 〔2〕此水滴中的附加压力； • 〔3〕此水滴内含有多少个水分子。
§3-5 固体外表上的吸附作用
• 1 吸附作用及其产生原因
• 外表与体相的一个显著不同是什么？
用的局限 • 性。
§3-7 溶液外表的吸附
• 一、溶液外表的吸附现象 • 1、 溶液外表的外表张力
1.C↑σ↑e.g.NaCl,KOH, NHCl等无机酸、碱、 盐及糖类物质； 2. C↑σ↓e.g.低级脂肪酸，醇，醛等， e.g.CH3CH2OH, CH3COOH、 C3.HC3↑CσH↓↓O，HC等降至一定值后，σ基本不变。 e.g.RX, X: -OH, -COOH, -CN,-COO-等，--表面活性剂。
二、毛细现象
• 液体在毛细管内上 升或下降的现象称 为毛细现象。
• 产生原因：由于弯 曲液面上的附加压 力所致。
影响毛细现象的因素：
曲率半径r1与毛细管半径r及润湿角θ间的关系为：
当cosθ>0时，h>0，液体在毛细管中上升； 当cosθ<0时，h<0，液体在毛细管中下降。
§3-4 亚稳状态和新相的生成
计算:
四、Langmuir单分子层吸附理
• 1. Langmuir理论的根本要点 • ⑴固体外表上的吸附是单分子层的 • 当固体外表铺满一个单分子层以后,吸附到达极
限,Γ=Γ∞ • ⑵固体外表是均匀的，固体外表各处吸附能力
一样 • ⑶固体外表上的吸附质分子间无相互作用吸附
质只与吸附剂间发生相互作用 • ⑷吸附平衡是一动态平衡 • Γ吸附=Γ脱附
物理化学之表面化学幻灯 片
§3-5 固体外表上的吸附作用
• 1 吸附作用及其产生原因
• 外表与体相的一个显著不同是什么？
用的局限 • 性。
§3-7 溶液外表的吸附
• 一、溶液外表的吸附现象 • 1、 溶液外表的外表张力
1.C↑σ↑e.g.NaCl,KOH, NHCl等无机酸、碱、 盐及糖类物质； 2. C↑σ↓e.g.低级脂肪酸，醇，醛等， e.g.CH3CH2OH, CH3COOH、 C3.HC3↑CσH↓↓O，HC等降至一定值后，σ基本不变。 e.g.RX, X: -OH, -COOH, -CN,-COO-等，--表面活性剂。
二、毛细现象
• 液体在毛细管内上 升或下降的现象称 为毛细现象。
• 产生原因：由于弯 曲液面上的附加压 力所致。
影响毛细现象的因素：
曲率半径r1与毛细管半径r及润湿角θ间的关系为：
当cosθ>0时，h>0，液体在毛细管中上升； 当cosθ<0时，h<0，液体在毛细管中下降。
§3-4 亚稳状态和新相的生成
计算:
四、Langmuir单分子层吸附理
• 1. Langmuir理论的根本要点 • ⑴固体外表上的吸附是单分子层的 • 当固体外表铺满一个单分子层以后,吸附到达极
限,Γ=Γ∞ • ⑵固体外表是均匀的，固体外表各处吸附能力
一样 • ⑶固体外表上的吸附质分子间无相互作用吸附
质只与吸附剂间发生相互作用 • ⑷吸附平衡是一动态平衡 • Γ吸附=Γ脱附
物理化学之表面化学幻灯 片