第十章 界面现象A ppt课件

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2.比表面与分散度 2.specific surface area and dispersity
比表面 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： A mA /m或A VA /V
第十章 界面现象
Chapter 10 Interface phenomenon
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Chapter 10 Interface phenomenon
10.0 Introduction 10.1 Interface (Surface) tension 10.2 Wetting phenomenon, Contact angle, and
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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4.Surface work ,surface tension and surface free energy
表面张力（surface tension）
表面张力 从左图和下面的实验现象我们可 以体会表面张力的存在： 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。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。
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，(见右图) 。
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 即将线圈绷成一个圆形，见下图， 清楚的显示出表面张力的存在。
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4.Surface work ,surface tension and surface free energy
为什么当体系比表面积增大到一定程度就会呈现出独 特的表面效应呢？
这是因为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，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层 会显示出一些独特的性质。
气-液界面
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气-固界面
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1.表面和界面 1.surface and interface
液-液界面
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液-固界面
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1.表面和界面 1.surface and interface
-
固 固 界 面
一定量的物质必须具有一定的分散度才会具有 一定的表面积，进而与另一相构成相界面。通常用 比表面来衡量体系的分散程度
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回主目录
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2.比表面与分散度 2.specific surface area and dispersity
分散度 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。
例如微小液滴的饱和蒸气压微小晶体的溶解saturatedvaporpressurekelvinequationmaterialnaturedispersiondegree面神经麻痹的病理变化早期主要为面神经水肿髓鞘和轴突有不同程度的变性以在茎乳突孔和面神经管内的部分尤为显著2theradiusrdependencemicrodroppressurekelvinequationlnsr上一内容下一内容回主目录返回面神经麻痹的病理变化早期主要为面神经水肿髓鞘和轴突有不同程度的变性以在茎乳突孔和面神经管内的部分尤为显著2theradiusrdependencemicrodroppressurekelvinequationdropletcurvatureradiusconvexitydropletvaporpressurelargerthanplaneliquidkelvinequation上一内容下一内容回主目录返回面神经麻痹的病理变化早期主要为面神经水肿髓鞘和轴突有不同程度的变性以在茎乳突孔和面神经管内的部分尤为显著2theradiusrdependencemicrodroppressurekelvinequationconcernedinsidebubbler0vaporpressureinsidebubblesmallerthanplaneliquidtheorykelvinequationcantranslatecapillarycondensationphenomenondesiccantsilicagelzeolitesieveartificialrainfallartificialrainfallkelvinequation上一内容下一内容回主目录返回面神经麻痹的病理变化早期主要为面神经水肿髓鞘和轴突有不同程度的变性以在茎乳突孔和面神经管内的部分尤为显著4metastablestatenewphasesupersaturatedsteamprincipleartificialrainfall
在讲界面现象之前，让我们先看看日常生活的有关现象：
荷叶上的水珠会自动成球形。
毛细现象
微小液滴易挥发（小颗粒晶体易溶解）
活性碳脱色 橘子皮为什么可除去冰箱中的臭味 金属粉末在空气中可自燃 。粉尘爆炸。
纳米材料为什么会呈现强烈的表面效应等等。
以上现象皆与物质的界（表）面有关。
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这时
F 2 l
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。
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4.Surface work ,surface tension and surface free
energy
surface tension
如果在金属线框中间系一线圈， 一起浸入肥皂液中，然后取出，上 面形成一液膜(见右图)。
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4.Surface work ,surface tension and surface free energy
surface tension
在两相(特别是气-液)界面上，处 处存在着一种张力，它垂直于表面的 边界，指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上的这种力
称为表面张力，用 表示，单位是
Young equation 10.3 Additional pressure of curved surfaces and
consequences rising from additional pressure 10.4 Solid surfaces 10.5 Liquid surfaces 10.6 Surface active substance and its application
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3、界面现象的本质
3.Intrinsic quality of Interface phenomenon
所以，活性碳脱色，橘子皮为 什么可除去冰箱中的臭味；荷叶上 的水珠总是力图呈球形，肥皂泡要 用力吹才会变大。
将一定质量的固体物质变成分 散度更高的微小颗粒需要做功。
4.Surface work ,surface tension and surface free energy
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
10.0 Introduction
(U A)S,V,nB
(HA)S,P,nB
F ( A)T,V,nB
(GA)T,P,nB
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4.Surface work ,surface tension and surface free
energy
surface free energy
狭义的表面自由能定义：
(G) A
p,T
在以前的讨论中，我们没有考虑相界面的因素， 这是因为在一般情况下，界面的质量和性质与体相相 比可忽略不计。
但是当物质高度分散时，界面的作用则很明显，甚 至起主要作用。这时，我们如果再忽略界（表）面的 作用，就会得出错误的结果，有时还会导致灾难性后 果。
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10.1 Interface (Surface) tension
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3、界面现象的本质
3.Intrinsic quality of Interface phenomenon
这种未被饱和（平衡）的力 场倾向于吸附其它物质以求达到 平衡。当没有其它物质可供吸附 时，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。
表面功（surface work）
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以增加表面积，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，使表面积可逆增加dA所 需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
W' dA W' dA
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，p及组成恒定
10.1界面张力
10.1 Interface (Surface) tension
➢1.表面和界面 ➢2.分散度与比表面 ➢3.界面现象的本质 ➢4.表面功、表面自由能和表面张力 ➢5.界面张力与温度的关系 ➢6.影响表面张力的因素
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1.表面和界面 1.surface and interface
1. surface and interface 2.specific surface area and dispersion degree 3.Intrinsic quality of Interface phenomenon
4.Surface work ,surface tension and surface free energy 5.Temperature-dependence of Surface tension 6.Factor effecting on surface tension
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或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。
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1.表面和界面 1.surface and interface
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。
10.0绪言
10.0 Introduction
自然界中的物质一般以气、液、固三种相态存在， 当两相相互接触时，在相与相之间存在相界面，即两 相接触面。
界面的结构和性质与相邻两侧的体相不同，从而 产生了许多界面特有的现象，如上所述。
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10.0绪言
10.0 Introduction
,nB
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，
Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表
面自由能或表面能，用符号 或 表示，单位为J·m-2。
广义的表面自由能定义：(根据前述热力学基本方程）
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2.比表面与分散度 2.specific surface area and dispersity
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
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
3.Intrinsic quality of Interface phenomenon
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。换句话说，在界面上，存 在一个未被饱和（平衡）的力场。
例如，把边长为1cm的立方体1cm3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
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比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
表面自由能(surface free energy)
表面自由能
考虑了 dU T dS PdV dA B dnB
表面功，热
B
力学基本公 dH T dS V dP dA B dnB
式中应相应
B
增加 dA一 dF SdT PdV dA B dnB
项，即：
B
由此可得： dG SdT V dP dA B B dnB
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3、界面现象的本质
3.Intrinsic quality of Interface phenomenon
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。
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3、界面现象的本质
N·m-1。
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4.Surface work ,surface tension and surface free
energy
surface tension
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（F=（W1+W2）g）与总的 表面张力大小相等方向相反，则金 属丝不再滑动。
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成 10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。
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。
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3、界面现象的本质
3.Intrinsic quality of Interface phenomenon