物理化学：界面化学

例如，把边长为1m的立方体逐渐分割成 小立方体时，比表面增长情况列于下表：
Hale Waihona Puke Baidu
边长l/m 1
1×10-1 1×10-5
立方体数 1
103 1015
比表面Av /（m2/m3） 6
6 ×10 6 ×105
1×10-9
1027
6 ×109
从表上可以看出，当将边长为1m的立方 体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长迅 猛。
乙醇
γ/N﹒m-1 0.415 0.389
§8—3 弯曲液面下的附加压力和毛细现象 一、弯曲液面下的附加压力
液面分三种情况
f
p0
AB
ff
p0 AB
ff
p0 p
AB
f
p0
p
p0 p
p0 p
平面
凸液面
凹液面
分析三种液面的受力情况
△p=0
△p>0
△p<0
附加压力与曲率半径之间存在什么关系呢？ 推导: ——拉普拉斯方程
G A
TpnB
单位：J·m-2
物理意义：等温等压和组成不变的条件下，可 逆地扩大单位表面积，单位表面积体系吉布斯 函数的变化值称为比表面能。
广义 :
dU TdS pdV dA BdnB
B
dH TdS Vdp dA BdnB
B
dA SdT pdV dA BdnB
B
dG SdT Vdp dA BdnB
B
(
U A
)
S
,V
,nB
( H A
)S , p,nB
(
A A
)T
,V
,
nB
(
G A
)T
,
P
,nB
γ是在指定各相应变量不变的条件下,增加单位
表面积体系中热力学函数的增加值.
γ:为单位表面积所具有的能量。
体系的总能量 G A
若等温等压和组成不变的条件：
可见达到nm级的超细微粒时,它具有巨大 的比表面积，因而具有许多独特的表面效应， 现已成为新材料和多相催化方面的研究热点。
§8—2 表面张力和表面吉布斯函数 一、表面吉布斯函数 产生表面现象的原因
内部分子受到的作用力 ---合力为零
表面层分子处在不对称的力场 液-气表面 表面分子受到一个向内部拉的作用力，这
在多相体系中，任何两相之间的接触面都叫做界面 一.常见的界面:气-液界面，气-固界面，液-液界 面，液-固界面，固-固界面。
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
二.自然界中的表面现象
1.汞洒在地面或玻璃自动成球型 2.棉花、毛巾能吸水 3.塑料布能防水 4.大块玻璃运输和储存时要防潮 5.活性白土可做油脂的脱色剂 6.活性炭可做冰箱的除味剂 7.硅胶做干燥剂 8.分子筛做催化剂
(1)在毛细管内充满液体，
管端有半径为R’ 的球状
液滴与之平衡。
dGTp dA Ad
γ,A是正数
2．减小表面能(A是常数)
∵A为常数
A0
dGTp Ad 若dGTp 0
d 0
缩小表面能即 dγ<0 的过程，是自发过程。
结论：在比表面积固定的条件下，减小表面 能的过程是自发进行的。固体不易发生形变, 发生吸附是自发过程.
二、表面张力
表面能的单位：
J Nm N
界面现象的共同特征: 发生在两相的界面上 讨论的体系:高分散体系;多孔体系 比表面(A):表示分散体系分散程度的物理量。 定义：单位体积物质所具有的表面积
Av
A V
单位：m-1
或单位质量物质所具有的表面积
Am
A m
单位：m2/g
比表面是衡量体系分散程度的物理量，颗粒 越小，比表面越大，体系的分散程度越高， 表面现象越明显。
m2
m2
m
能量单位
力单位
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。
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。
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。
F
2l γ的物理意义：单位长度上表面的紧缩力，即 比表面张力。其方向与L垂直，与液面相切。
比表面张力与比表面能数值相同，符号相同， 但单位不同，物理意义不同。一般在称呼上 也不作严格区分。
dGTp dA Ad
＜0，自发 =0，可逆
dGTp dA Ad γ,A是正数
1．缩小表面积(γ是常数)
∵γ为常数
0
dGTp dA 若dGTp 0
dA 0
缩小表面积即 dA<0 的过程，是自发过程。
结论：在比表面能一定的条件下，减小表面 积的过程是自发进行的。液体易发生形变,收 缩表面积是自发过程.
个力的方向垂直于表面，指向液体内部。
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 (a) 形成一液膜。线保持原状
刺破线圈中央的液膜，线圈两 侧作用力不再平衡，外侧表面张力 立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，(b) 清楚的显示出表面张力的存在。
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，环境对体系做功。这个功全部以能量 的形式储存于表面,因此,表面分子能量高
表面积大
表面分子多
体系能量高
体系不稳定
二.表面功的 定义及计算
由热力学公式可知：
dG SdT Vdp BdnB W '
等温等压和组成不变的条件下 dG W ,
表面功定义：在等温等压和组成不变的条件 下，可逆地扩大表面积，环境对体系作功。 显然这个功与扩大的表面积成正比。
dG W ' dA
第八章
界面化学
§8—1引言 界面现象:是研究在界面上发生的一些行为 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。
界面和表面是概念不同，但在称呼上不做 严格区分
三、影响表面张力的因素 1．表面张力与物质性质有关
分子间作用力越大，表面张力越大 通常极性液体＞非极性液体
2．与温度有关
温度升高，界面张力下降，因为温度升高， 分子热运动加剧，分子间作用力减弱，分子 间距离远。
3.与接触相的性质有关 l—l界面,接触相两液体性质不同,γ也不同
第一相 汞 汞
第二相 水