表面张力和表面自由能(课堂PPT)
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§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
面，所以边界总长度为2l，γ 就是作 用于单位边界上的表面张力。
2019/4/3 1
W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W W 2 W2
2
16
表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种
张力，这种力垂直与表面的边界，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 或 表示。 表面张力的单位是：
非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水
中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定
向排列。 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，
表面活性也愈大。
2019/4/3 1 26
表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，
可以从γ~c曲线中直接看出。
Traube 规则 Traube研究发现， 同一种溶质在低浓度时
第十三章
表面物理化学
2019/4/3
1
1
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。 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。
的关系式为
V
23 m
k Tc T
Ramsay 和 Shields 提出的 与T的经验式较常用:
V
23 m
k Tc T 6.0
2019/4/3
1
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溶液的表面张力与溶液浓度的关系
2019/4/3 1
W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W W 2 W2
2
16
表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种
张力，这种力垂直与表面的边界，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 或 表示。 表面张力的单位是：
非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水
中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定
向排列。 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，
表面活性也愈大。
2019/4/3 1 26
表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，
可以从γ~c曲线中直接看出。
Traube 规则 Traube研究发现， 同一种溶质在低浓度时
第十三章
表面物理化学
2019/4/3
1
1
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。 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。
的关系式为
V
23 m
k Tc T
Ramsay 和 Shields 提出的 与T的经验式较常用:
V
23 m
k Tc T 6.0
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溶液的表面张力与溶液浓度的关系
表面张力和表面能 课件
膜的透过性能和抗污染性能。
在大气污染控制中，表面张力用于颗粒 物的沉降和去除，从而降低大气中的颗 粒物浓度。例如，在湿法脱硫中，表面 张力用于控制液滴的粒径和分布，从而
提高脱硫效率。
THANKS
感谢观看
表面张力的物理意义
表面张力是液体表面所具有的 一种特性，它反映了液体表面 分子间相互作用的强弱。
表面张力决定了液体表面的形 状、大小以及液滴的形状和稳 定性。
表面张力在许多物理现象中起 着关键作用，如毛细现象、润 湿现象、气泡形成和破裂等。
表面张力的影响因素
温度
温度升高，表面张力降低；温 度降低，表面张力增大。
阳能电池板的效率。
在燃料电池的液态水管理中，表 面张力用于控制水分的分布和迁 移，从而影响燃料电池的性能和
寿命。
在环境保护中的应用
表面张力和表面能在环境保护中也有着 重要的应用，如水处理、大气污染控制
、土壤修复等。
在水处理中，表面张力用于控制水的表 面张力，从而提高水处理的效率。例如 ，在超滤膜过滤中，表面张力用于控制
在石油工业中，表面张力用于油水分离、油泥清洁等，以提高采收率和 生产效率。
在化学工业中，表面张力用于化学反应的速率控制、化学物质的分离和 提纯等。
在能源开发中的应用
表面张力在能源开发中也有着重 要的应用，如太阳能电池板的清 洗、燃料电池的液态水管理、核
反应堆的冷却剂管理等。
在太阳能电池板的清洗中，表面 张力起着重要作用，清洗剂的选 择和清洗工艺的优化可以提高太
物质种类
不同物质具有不同的表面张力 ，同一物质在不同温度和压力 下也具有不同的表面张力。
压力
压力对表面张力影响较小，但 在高压下也会引起表面张力的 变化。
在大气污染控制中，表面张力用于颗粒 物的沉降和去除，从而降低大气中的颗 粒物浓度。例如，在湿法脱硫中，表面 张力用于控制液滴的粒径和分布，从而
提高脱硫效率。
THANKS
感谢观看
表面张力的物理意义
表面张力是液体表面所具有的 一种特性，它反映了液体表面 分子间相互作用的强弱。
表面张力决定了液体表面的形 状、大小以及液滴的形状和稳 定性。
表面张力在许多物理现象中起 着关键作用，如毛细现象、润 湿现象、气泡形成和破裂等。
表面张力的影响因素
温度
温度升高，表面张力降低；温 度降低，表面张力增大。
阳能电池板的效率。
在燃料电池的液态水管理中，表 面张力用于控制水分的分布和迁 移，从而影响燃料电池的性能和
寿命。
在环境保护中的应用
表面张力和表面能在环境保护中也有着 重要的应用，如水处理、大气污染控制
、土壤修复等。
在水处理中，表面张力用于控制水的表 面张力，从而提高水处理的效率。例如 ，在超滤膜过滤中，表面张力用于控制
在石油工业中，表面张力用于油水分离、油泥清洁等，以提高采收率和 生产效率。
在化学工业中，表面张力用于化学反应的速率控制、化学物质的分离和 提纯等。
在能源开发中的应用
表面张力在能源开发中也有着重 要的应用，如太阳能电池板的清 洗、燃料电池的液态水管理、核
反应堆的冷却剂管理等。
在太阳能电池板的清洗中，表面 张力起着重要作用，清洗剂的选 择和清洗工艺的优化可以提高太
物质种类
不同物质具有不同的表面张力 ，同一物质在不同温度和压力 下也具有不同的表面张力。
压力
压力对表面张力影响较小，但 在高压下也会引起表面张力的 变化。
表面张力和表面自由能
表面自由能则影响物质表面的化学反应、吸附、 02 凝聚等过程。
在一定条件下，表面张力与表面自由能的变化可 03 以相互转化。
表面张力和表面自由能的应用领域
在化学工程领域，表面张力和表面自由能可用于 研究化学反应过程中物质表面的变化。
在材料科学领域，表面张力和表面自由能可用于 研究材料表面的润湿性、吸附性能等。
物质种类对表面张力和表面自由能的影响
总结词
不同物质具有不同的分子结构和性质，因此其表面张力和表 面自由能也存在差异。
详细描述
一般来说，非极性物质的表面张力较小，而极性物质的表面 张力较大。同样，非极性物质的表面自由能较小，而极性物 质的表面自由能较大。此外，物质表面的粗糙度、吸附物质 等也会影响其表面张力和表面自由能。
01 表面张力是表面自由能的一种表现形式，它反映 了液体表面抵抗形变的能力。
02 表面自由能是物质表面所具有的能量，它由表面 张力和微观结构共同决定。
02 表面张力的大小与表面自由能成正比，即表面张 力越大，表面自由能越高。
表面张力与表面自由能在物理现象中的作用
表面张力在液体表面的波动、浸润、吸附等物理 01 现象中起着重要作用。
表面自由能物理意义
表面自由能是物质表面分子间相互作用的重要体现，它决定了物质表面的润湿性 、吸附性、凝聚和分散等性质。
在实际应用中，表面自由能的大小对工业生产、环境保护和生物医学等领域都有 重要影响，例如在材料科学、化学工程、生物医学工程等领域中都有广泛的应用 。
表面张力和表面自由能的关
03
系
表面张力与表面自由能的关系
在化妆品行业中，表面张力对化妆品的质地和持久度有着 重要影响。通过控制表面张力，可以优化化妆品的性能， 提高使用效果和舒适度。
在一定条件下，表面张力与表面自由能的变化可 03 以相互转化。
表面张力和表面自由能的应用领域
在化学工程领域，表面张力和表面自由能可用于 研究化学反应过程中物质表面的变化。
在材料科学领域，表面张力和表面自由能可用于 研究材料表面的润湿性、吸附性能等。
物质种类对表面张力和表面自由能的影响
总结词
不同物质具有不同的分子结构和性质，因此其表面张力和表 面自由能也存在差异。
详细描述
一般来说，非极性物质的表面张力较小，而极性物质的表面 张力较大。同样，非极性物质的表面自由能较小，而极性物 质的表面自由能较大。此外，物质表面的粗糙度、吸附物质 等也会影响其表面张力和表面自由能。
01 表面张力是表面自由能的一种表现形式，它反映 了液体表面抵抗形变的能力。
02 表面自由能是物质表面所具有的能量，它由表面 张力和微观结构共同决定。
02 表面张力的大小与表面自由能成正比，即表面张 力越大，表面自由能越高。
表面张力与表面自由能在物理现象中的作用
表面张力在液体表面的波动、浸润、吸附等物理 01 现象中起着重要作用。
表面自由能物理意义
表面自由能是物质表面分子间相互作用的重要体现，它决定了物质表面的润湿性 、吸附性、凝聚和分散等性质。
在实际应用中，表面自由能的大小对工业生产、环境保护和生物医学等领域都有 重要影响，例如在材料科学、化学工程、生物医学工程等领域中都有广泛的应用 。
表面张力和表面自由能的关
03
系
表面张力与表面自由能的关系
在化妆品行业中，表面张力对化妆品的质地和持久度有着 重要影响。通过控制表面张力，可以优化化妆品的性能， 提高使用效果和舒适度。
《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)
物理化学：12.02 表面张力和表面(吉布斯)自由能
k 2.2 erg/K = 2.2 10 7 J / K
实际上，当 T Tc（接近临界温度）时，界 面已开始弥散。拉姆齐-希尔兹（R-S）修正式：
2021/3/19
Vm2/ 3 k（Tc T 6.0） （常用）
26
六、压力对 的影响
对于纯液体，热力学关系式：
dG SdT VdP dA
2021/3/19 —— 我们称之为 “表面张力”。
9
表面张力 的定义：
表面上单位长度边界线上指向表面内部 （或表面上单位长度任意曲线两边）的 表面收缩力，叫做表面张力。
表面张力 的单位：N / m，dyn / cm
2021/3/19
10
例 1：金属环皂膜
2021/3/19
11
例2
AB 受到皂膜表面张力 f 的向左拉力： f = 2l （肥皂膜有两个表面）
由于液体本身的饱和蒸气压有限要使该液体表面压力增加必须在液体表面上方的气相压入另一惰性气体组分这就会产生如下后果
§12.2 表面张力和表面吉布斯自由能
一、表面自由能
• 如前分析，V-L 表面相分子受到垂直指向 液体内部的吸引力，即表相分子比本体相 分子具有额外的（表面）势能。
• 要使表面积增加，即把分子从体相拉到表 相，外界必须作功。
即体系自由能的改变量等于外界对体系 作的表面功。由 (1)、(2)
dG = dA
2021/3/19
3
dG = dA
G
( A
)T,P,ni
即外界所作的表面功转化为体系自由能
的增加。
显然体系自由能：
G = Gb+ GS
2021/3/19
4
G b : 若所有分子均为体相分子（多相低分 散体系成立）时的体系自由能；
实际上，当 T Tc（接近临界温度）时，界 面已开始弥散。拉姆齐-希尔兹（R-S）修正式：
2021/3/19
Vm2/ 3 k（Tc T 6.0） （常用）
26
六、压力对 的影响
对于纯液体，热力学关系式：
dG SdT VdP dA
2021/3/19 —— 我们称之为 “表面张力”。
9
表面张力 的定义：
表面上单位长度边界线上指向表面内部 （或表面上单位长度任意曲线两边）的 表面收缩力，叫做表面张力。
表面张力 的单位：N / m，dyn / cm
2021/3/19
10
例 1：金属环皂膜
2021/3/19
11
例2
AB 受到皂膜表面张力 f 的向左拉力： f = 2l （肥皂膜有两个表面）
由于液体本身的饱和蒸气压有限要使该液体表面压力增加必须在液体表面上方的气相压入另一惰性气体组分这就会产生如下后果
§12.2 表面张力和表面吉布斯自由能
一、表面自由能
• 如前分析，V-L 表面相分子受到垂直指向 液体内部的吸引力，即表相分子比本体相 分子具有额外的（表面）势能。
• 要使表面积增加，即把分子从体相拉到表 相，外界必须作功。
即体系自由能的改变量等于外界对体系 作的表面功。由 (1)、(2)
dG = dA
2021/3/19
3
dG = dA
G
( A
)T,P,ni
即外界所作的表面功转化为体系自由能
的增加。
显然体系自由能：
G = Gb+ GS
2021/3/19
4
G b : 若所有分子均为体相分子（多相低分 散体系成立）时的体系自由能；
完整版表面张力和表面能.ppt
.,
4
实验：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。 现象：可滑动的边会被向上拉直 至顶部。
原因：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
.,
5
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
.,
10
（1）表面张力是表面层分子实际存在的表面收缩力；表面 自由能是形成一个单位的新表面时体系自由能的增加，或表
示物质体相内部的分子迁移到表面时，形成一个单位表面
所要消耗的可逆功。 （2）表面张力和表面自由能是分别用力学和热力学方法研 究表面性质时所用的物理量，他们代表的物理概念不同。 （3）对于液体，可以证明二者数值相同，且具有相同的量
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。
.,
6
Байду номын сангаас
.,
7
对于只有一种表面的纯液体体系，考虑了表面功，热
力学基本公式中应相应增加 dA 一项
dU TdS PdV dA dH TdS VdP dA dF SdT PdV dA dG SdT VdP dA
纲。而对于固体，二者则有所不同。 （4）表面张力是物质的自然属性，与温度、压力、组成以 及共存的另一相有关
.,
11
.,
12
.,
1
.,
2
气-液界面
液-固界面
气-固界面
液-液界面
固-固界面
.,
3
表面张力概念的建立要比比表面自由能早一个世 纪,对于表面张力的认识起源于毛细现象的观察.
表面张力和表面自由能PPT课件
气—液界面 液—液界面 固—液界面 固—气界面 固—固界面
界面现象
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。
第3页/共36页
1.气-液界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
第4页/共36页
2.气-固界面
气-固界面
第5页/共36页
3.液-液界面
H2O
Hg
液-液 界面
第17页/共36页
表面张力（surface tension）
液体表面的最基本的特性是趋向于收缩。 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于 呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。
从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这
一现象 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。
第27页/共36页
表面张力、表面功及表面吉布斯自由能
①力的角度：单位长度
液面的张力。 N·m-1
②功的角度：增加单位 液面面积时外力所作
的功。 N·m·m-2
③能的角度：增加单位 液面面积时增加的表
面自由能。J·m-2
F
L
W
dA
dG ( dA )T ,P,n
第28页/共36页
(2)温度的影响
一般T ,液体的γ — 这是由于物质的 [B(l)- B(g)] ，
使表面层分子受指向液体内部的拉力减小。
(3)压力的影响
p，B(g) ;
一般p,液体的γ ，因p为，气体分子易被液面吸附; p，气体在液体中的溶解度增加。
第29页/共36页
界面张力与温度的关系
温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时， 界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：
3.1--表面张力和表面能
As pV s A
i nis
Gs A
i nis
G s As pV s
可见，上面两式实际上是等效的。
,
G
i ni
另一方面，当不考虑界面贡献时
比较两式可得
Gs
,
G
A
第20页，共76页。
表面自由能模型
可见，表面自由能是单位表面上的自由能相对于本体相 自由能的过剩量。这也是为什么称γ为比表面过剩自由 能的原因。
第33页，共76页。
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。如铂黑电极及多孔电极由于其表面积较大，
电流密度小，因而极化小；再如，由超细微粒制备的催化剂 由于具有很高的比表面因而催化活性较普通催化剂高；此外， 将药物磨成细粉以提高药效、将金属做成超细微粒以降低熔 点都说明了超细微粒具有独特的表面效应。
（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。
第23页，共76页。
表面张力（surface tension）
第24页，共76页。
表面张力（surface tension）
键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)> (非极性共价键)
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。
（2）温度的影响
温度升高，表面张力下降。
（3）压力的影响
第六章 表面化学.ppt
2
2. 表面自由能
(1)σ 的物理意义：
G
A T ,P
① 从能量角度来看： 表面自由能；单位：J·m-2
② 从力的角度来看： 表面张力；单位： N·m－1
③ 界面现象产生的热力学原因：
为什么多个液珠会变成一个大液珠，且为球状？ dG＝ σ dA，当σ一定，A↓→G↓，自发过程
(2)影响表面张力的因素： 物质的本性 、相界面性质、温度
3
§5.2 纯液体的表面现象
5.2.1 液体对固体的润湿作用 1. 接触角：当气、液、固三相平衡时，在固－液－
气交点处作气液界面的切线，此切线与固液交界线 的夹角。
θ－液体与固体的接触角 θ΄－气体与固体的接触角 θ＋θ΄＝180
4
θ ＝ 0º: 液体对固体完全润湿，液体将在固体表 面上完全展开，形成一薄层 θ ＝180º: 液体对固体完全不润湿，当液体量很少 时则在固体表面缩成一圆球 θ <90º: 润湿 θ >90º: 不润湿
d --等温等压时，溶液表面张力随浓度的变化率
dc
c --溶质在溶液中的平衡浓度
d
dc
0,
0:
d
正吸附； dc
0, 0 :
负吸附
20
§5.4 表面活性剂及应用
5.4.1 表面活性剂分子的结构特点与分类
1.表面活性剂分子结构的特点
结构特点：两亲性分子
21
2.表面活性剂的分类
表面活性剂分子：由亲水的极性基和亲油的非极性基 （一般是碳氢长链）所组成
分类：在水中是否电离及其离子电荷的符号来分类； 亲水基的种类来分类
22
23
5.4.2 表面活性剂在溶液中的状态
2. 表面自由能
(1)σ 的物理意义：
G
A T ,P
① 从能量角度来看： 表面自由能；单位：J·m-2
② 从力的角度来看： 表面张力；单位： N·m－1
③ 界面现象产生的热力学原因：
为什么多个液珠会变成一个大液珠，且为球状？ dG＝ σ dA，当σ一定，A↓→G↓，自发过程
(2)影响表面张力的因素： 物质的本性 、相界面性质、温度
3
§5.2 纯液体的表面现象
5.2.1 液体对固体的润湿作用 1. 接触角：当气、液、固三相平衡时，在固－液－
气交点处作气液界面的切线，此切线与固液交界线 的夹角。
θ－液体与固体的接触角 θ΄－气体与固体的接触角 θ＋θ΄＝180
4
θ ＝ 0º: 液体对固体完全润湿，液体将在固体表 面上完全展开，形成一薄层 θ ＝180º: 液体对固体完全不润湿，当液体量很少 时则在固体表面缩成一圆球 θ <90º: 润湿 θ >90º: 不润湿
d --等温等压时，溶液表面张力随浓度的变化率
dc
c --溶质在溶液中的平衡浓度
d
dc
0,
0:
d
正吸附； dc
0, 0 :
负吸附
20
§5.4 表面活性剂及应用
5.4.1 表面活性剂分子的结构特点与分类
1.表面活性剂分子结构的特点
结构特点：两亲性分子
21
2.表面活性剂的分类
表面活性剂分子：由亲水的极性基和亲油的非极性基 （一般是碳氢长链）所组成
分类：在水中是否电离及其离子电荷的符号来分类； 亲水基的种类来分类
22
23
5.4.2 表面活性剂在溶液中的状态
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把作用于单位边界线上的这种力称为表面张
力，用 或 表示。
表面张力的单位是： N m1
22
表面张力是垂直作用于表面上单位长度的收缩力，其 作用的结果使液体表面缩小，其方向对于平液面是沿 着液面并与液面平行； 对于弯曲液面则与液面相切。沿着与表面相切的方向， 垂直作用于单位长度相界面上的表面收缩力。
界面现象
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。
4
1.气-液界面
空气
CuSO 4 溶液
气-液 界面
5
2.气-固界面
气-固界面
6
3.液-液界面
H 2O
Hg
液-液 界面
7
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H 2O
玻璃板
8
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
9
界面与界面相
表面物理化学
1
第十三章 表面物理化学
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能 §13.2 弯曲表面下的附加压力和蒸气压 §13.3 溶液的表面吸附 §13.4 液-液界面的性质 §13.5 膜 §13.6 液-固界面－润湿作用 §13.7 表面活性剂及其作用 §13.8 固体表面的吸附 §13.9 气-固相表面催化反应
A0A m s 或 A0V As
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。
16
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。
例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3 ，逐渐分 割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。
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。
13
界面现象的本质
14
由图可知，液体表面层分子
分散程度越高，比表面越大，表面能也越高。
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。
17
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面张力 表面热力学的基本公式 界面张力与温度的关系 溶液的表面张力与溶液浓度的关系
18
表面张力（surface tension）
测定表面张力方法很多，如毛细管上升法、滴重法、
吊环法、最大压力气泡法、吊片法和静液法等
24
表面张力
(1)分子间力的影响 纯物质的表面张力与分子的性质有关，通常是
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)> (非极性共价键)
水因为有氢键，所以表面张力也比较大
Antonoff 发现，两种液体之间的界面张力是两 种液体互相饱和时的表面张力之差，即
19
2222222222222222 llllllllllllllll
F=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
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20
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。
dl γL
(a) 图平液面表面张力示意图
γ
γ
γ
γ
γ
γ
表面张力
球形液面表面张力示意2图3
表面张力
表面张力也可以这样来理解：
温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加 dA所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公
式表示为： W' dAs
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。
蒸气
F≠0
所受合力不为零，而是受到一
个指向液体内部的拉力F。
液体
f=0
界面层分子与体相分子 所处状态不同
液体表面有自动收缩的趋势； 导致 界面层分子有自发与外来分子
发生化学或物理结合的趋势。
15
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 面积。即：
相
相
相
h
10
界面特征
两相间的界面并非几何平面，而是具有 一定厚度的界面层－－界面相
体相 α相
界面 相
界面特征：几个分子 厚、结构和性质与两 侧体相均不同
β相 体相
11
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
液体表面的最基本的特性是趋向于收缩。 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于 呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。
从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这
一现象 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。
2
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。
3
界面与界面相
聚集态 气液固
气—液界面 液—液界面 固—液界面 固—气界面 固—固界面
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。
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。 12
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
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=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
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表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种 张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并 与表面相切。
力，用 或 表示。
表面张力的单位是： N m1
22
表面张力是垂直作用于表面上单位长度的收缩力，其 作用的结果使液体表面缩小，其方向对于平液面是沿 着液面并与液面平行； 对于弯曲液面则与液面相切。沿着与表面相切的方向， 垂直作用于单位长度相界面上的表面收缩力。
界面现象
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。
4
1.气-液界面
空气
CuSO 4 溶液
气-液 界面
5
2.气-固界面
气-固界面
6
3.液-液界面
H 2O
Hg
液-液 界面
7
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H 2O
玻璃板
8
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
9
界面与界面相
表面物理化学
1
第十三章 表面物理化学
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能 §13.2 弯曲表面下的附加压力和蒸气压 §13.3 溶液的表面吸附 §13.4 液-液界面的性质 §13.5 膜 §13.6 液-固界面－润湿作用 §13.7 表面活性剂及其作用 §13.8 固体表面的吸附 §13.9 气-固相表面催化反应
A0A m s 或 A0V As
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。
16
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。
例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3 ，逐渐分 割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。
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。
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界面现象的本质
14
由图可知，液体表面层分子
分散程度越高，比表面越大，表面能也越高。
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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§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面张力 表面热力学的基本公式 界面张力与温度的关系 溶液的表面张力与溶液浓度的关系
18
表面张力（surface tension）
测定表面张力方法很多，如毛细管上升法、滴重法、
吊环法、最大压力气泡法、吊片法和静液法等
24
表面张力
(1)分子间力的影响 纯物质的表面张力与分子的性质有关，通常是
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)> (非极性共价键)
水因为有氢键，所以表面张力也比较大
Antonoff 发现，两种液体之间的界面张力是两 种液体互相饱和时的表面张力之差，即
19
2222222222222222 llllllllllllllll
F=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
WWWWWWWWWWWW 222222222222
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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。
dl γL
(a) 图平液面表面张力示意图
γ
γ
γ
γ
γ
γ
表面张力
球形液面表面张力示意2图3
表面张力
表面张力也可以这样来理解：
温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加 dA所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公
式表示为： W' dAs
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。
蒸气
F≠0
所受合力不为零，而是受到一
个指向液体内部的拉力F。
液体
f=0
界面层分子与体相分子 所处状态不同
液体表面有自动收缩的趋势； 导致 界面层分子有自发与外来分子
发生化学或物理结合的趋势。
15
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 面积。即：
相
相
相
h
10
界面特征
两相间的界面并非几何平面，而是具有 一定厚度的界面层－－界面相
体相 α相
界面 相
界面特征：几个分子 厚、结构和性质与两 侧体相均不同
β相 体相
11
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
液体表面的最基本的特性是趋向于收缩。 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于 呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。
从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这
一现象 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。
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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。
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界面与界面相
聚集态 气液固
气—液界面 液—液界面 固—液界面 固—气界面 固—固界面
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。
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。 12
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
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=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
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表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种 张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并 与表面相切。