界面现象课件
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大学物理化学经典课件6-6-界面现象
增溶作用增溶作用加入表面活性剂要求其浓度达到或超过cmc以形成胶束能促使原来难溶于水的液体如苯等非极性的ch化合物在另一液体如水中易于溶解的现象称为表面活性剂的增溶作用
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
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６.5.4.2 Gibbs吸附等温式
2 2 T
bp a 2 , 2 bp 1
RT a2 T
p正吸附 1 0, 2 0 * a2 T V ( p p) V c 0, 2 0 负吸附 7.Gibbs吸附公式 a2 T
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L-B膜的应用
分子组装技术 如:L-B膜有较好的介电性能，隧道穿越导电性 能以及跳跃导电性能，发光性能等。L-B膜的 这些独特的性能在电子元件及集成电路中有重 要应用。 理论研究模型
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例
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解
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解
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本章小结
1.表面吉布斯自由能和表面张力
G A T , p ,nB
2.开尔文公式
ln
Pr
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
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６.5.4.2 Gibbs吸附等温式
2 2 T
bp a 2 , 2 bp 1
RT a2 T
p正吸附 1 0, 2 0 * a2 T V ( p p) V c 0, 2 0 负吸附 7.Gibbs吸附公式 a2 T
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L-B膜的应用
分子组装技术 如:L-B膜有较好的介电性能，隧道穿越导电性 能以及跳跃导电性能，发光性能等。L-B膜的 这些独特的性能在电子元件及集成电路中有重 要应用。 理论研究模型
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本章小结
1.表面吉布斯自由能和表面张力
G A T , p ,nB
2.开尔文公式
ln
Pr
界面现象PPT课件
c．气体分子溶于液相 ↓
一般：p↑10atm, ↓1mN/m，例:
1atm 10atm
H2O = 72.8 mN/m H2O = 71.8 mN/m
13
§10.2 弯曲液面的附加压力及其后果 1. 弯曲液面的附加压力——Laplace方程
pg
一般情况下，液体表面是水
pl
平的，水平液面下液体所受压力
即为外界压力。
Δp = p内－p外
弯曲液面的附加压力
14
球形液滴(凸液面)，附加压力为： p p 内 p 外 p l p g
液体中的气泡(凹液面)，附加压力:
p p 内 p 外 p g p l
这样定义的p总是一个正值，方向指向凹面曲 率半径中心。
15
弯曲液面附加压力Δp 与液面曲率半径之间关系的推导：
当系统作表面功时，G 还是面积A的函数，若系 统内只有一个相界面，且两相T、p相同 ，
G f( T ,p ,A s,n B ,n C )
d G S d T V d p B ( ) d n B ( ) d A s B
G U H A
A s T , p , n B ( ) A s S , V , n B ( ) A s S , p , n B ( ) A s T , V , n B ( )
：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：N·m-1。
7
（2）表面功
当用外力F 使皂膜面积增 大dA时，需克服表面张 力作可逆表面功。
W F d x 2 ld x d A
即：
W r dAs
：使系统增加单位表面所需的可逆功 ，称为表面功。
单位：J·m-2。 （IUPAC以此来定义表面张力）
8
分为1018个
第九章界面现象
若在10℃时， 保持水的总体积不变而改变其表面，试求： (1).使水的表面积可逆增加1.00cm2, 必须做多少功？ (2).上述过程中的△U、△H、△A、△G以及所吸收的热各为若干？ (3).上述过程后，除去外力，水将自动收缩原来的表面积，此过程对 外不做功，试计算此过程的Q、△U、△H、△A及△G。
右图（a）和（b）分别为 平面液面的表面张力和平面液 面上外部压力及液面下液体受 力状况示意图。
从图（a）可以看出，在平面液面中选择一小面积AB（蓝颜色） ，沿AB的四周，作用于AB周线的上每一点内、外的表面张力其大 小相等，方向相反。
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果
第九章 界面现象
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。荷玻叶
璃
上
上
毛细现象
物理化学 课件
第九章 界面现象
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。
物理化学 课件
第九章 界面现象
例如，组分 i的浓度ci 在垂直于界面的方向上变化如图9.2(c)中 MON曲线所示，从c增加到c。
物理化学 课件
第九章 界面现象
综上所述，所谓界面是指两相接触的、约几个分子层 （约10—100Å）厚度的过渡区，在这个过渡区内，其物理性质
(包括化学性质)既不同于 相，也不同于 相。若其中一相为气体，
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.1 界面张力
另一证实表（界）面存在表（面）张力的例子见下图。 将金属丝弯成U形框架，另一根金属丝作为框 架的一边，可在U形框架上滑动。将这样一个 含有一活动边的金属框架放在肥皂液中，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 上拉，直至顶部。
右图（a）和（b）分别为 平面液面的表面张力和平面液 面上外部压力及液面下液体受 力状况示意图。
从图（a）可以看出，在平面液面中选择一小面积AB（蓝颜色） ，沿AB的四周，作用于AB周线的上每一点内、外的表面张力其大 小相等，方向相反。
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果
第九章 界面现象
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。荷玻叶
璃
上
上
毛细现象
物理化学 课件
第九章 界面现象
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。
物理化学 课件
第九章 界面现象
例如，组分 i的浓度ci 在垂直于界面的方向上变化如图9.2(c)中 MON曲线所示，从c增加到c。
物理化学 课件
第九章 界面现象
综上所述，所谓界面是指两相接触的、约几个分子层 （约10—100Å）厚度的过渡区，在这个过渡区内，其物理性质
(包括化学性质)既不同于 相，也不同于 相。若其中一相为气体，
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.1 界面张力
另一证实表（界）面存在表（面）张力的例子见下图。 将金属丝弯成U形框架，另一根金属丝作为框 架的一边，可在U形框架上滑动。将这样一个 含有一活动边的金属框架放在肥皂液中，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 上拉，直至顶部。
《界面现象》PPT课件
δW' dAs
式中γ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。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
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
表示，单位为J·m-2。 表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉 布斯函数的数值和量纲是等同的。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
物理吸附与化学吸附
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
式中γ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。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
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
表示，单位为J·m-2。 表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉 布斯函数的数值和量纲是等同的。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
物理吸附与化学吸附
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
第十章界面现象.ppt
一般情况下，界面的质量和性质与体相相比， 或忽略不计，但被高度分散时，界面的作用则很 明显。
通常用比表面积 aS 表示物质的分散程度。 比表面积：单位体积的物质的表面积，[ m1 ]。
as As / V
对于某些多孔性物质，用单位质量物质的表面 积表示其比表面积，[ m2 kg 1 ]。
as As / m
• 4、掌握朗缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式， 了解物理吸附和化学吸附的区别。
• 5、了解溶液表面的吸附及吉布斯吸附公式的含义， 了解表面活性物质的结构和特性。
• 凡有不同相共存的系统，在相互接 触的两相之间总是存在着相界面。 这里所说的界面，并不是无厚度的 几何平面，而是存在于两相之间、 厚度约为几个分子大小的一薄层。 界面的类型可以根据物质的三态分 为液─气、液─液、液─固、固─气、 固─固五种。
6 103
6 10 2 6 103 6 10 4 6 105 6 106 6 107 6 108 6 10 2
由表可见，对于一定量的物质，颗粒愈小，总表面积就
愈大，系统的分散度就愈高。只有高度分散的系统，表面现象
才可能达到可以觉察的程度。
§10.1 界 面 张 力 ◆表面现象产生原因的微观分析（以纯液体-蒸气为例） P152 图 10.1.1 液体表面分子与内部分子受力情况差别 示意图，界面分子与体相内分子所处环境不一样，表面层分 子受到向内的拉力，所以，液体表面都有自动缩小的趋势， 如水滴、汞滴会自动呈球形趋势。 一、表面功、表面吉布斯函数 由于表面层的分子受到指向液体内部的拉力，所以要把 液体分子从体相内部转移到表面层。
第十章 界面现象
• [基本要求]:
• 1、掌握表面张力、表面功和表面吉布斯函数等概 念及主要公式，明确影响表面张力的各种因素。
通常用比表面积 aS 表示物质的分散程度。 比表面积：单位体积的物质的表面积，[ m1 ]。
as As / V
对于某些多孔性物质，用单位质量物质的表面 积表示其比表面积，[ m2 kg 1 ]。
as As / m
• 4、掌握朗缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式， 了解物理吸附和化学吸附的区别。
• 5、了解溶液表面的吸附及吉布斯吸附公式的含义， 了解表面活性物质的结构和特性。
• 凡有不同相共存的系统，在相互接 触的两相之间总是存在着相界面。 这里所说的界面，并不是无厚度的 几何平面，而是存在于两相之间、 厚度约为几个分子大小的一薄层。 界面的类型可以根据物质的三态分 为液─气、液─液、液─固、固─气、 固─固五种。
6 103
6 10 2 6 103 6 10 4 6 105 6 106 6 107 6 108 6 10 2
由表可见，对于一定量的物质，颗粒愈小，总表面积就
愈大，系统的分散度就愈高。只有高度分散的系统，表面现象
才可能达到可以觉察的程度。
§10.1 界 面 张 力 ◆表面现象产生原因的微观分析（以纯液体-蒸气为例） P152 图 10.1.1 液体表面分子与内部分子受力情况差别 示意图，界面分子与体相内分子所处环境不一样，表面层分 子受到向内的拉力，所以，液体表面都有自动缩小的趋势， 如水滴、汞滴会自动呈球形趋势。 一、表面功、表面吉布斯函数 由于表面层的分子受到指向液体内部的拉力，所以要把 液体分子从体相内部转移到表面层。
第十章 界面现象
• [基本要求]:
• 1、掌握表面张力、表面功和表面吉布斯函数等概 念及主要公式，明确影响表面张力的各种因素。
界面现象获奖课件
Am A / m 或 AV A /V
式中，m和V分别为固体旳质量和体积，A为其表面 积。目前常用旳测定表面积旳措施有BET法和色谱 法。
表面功（surface work）
因为表面层分子旳受力情况与本体中不同，所以 假如要把分子从内部移到界面，或可逆旳增长表面积， 就必须克服体系内部分子之间旳作用力，对体系做功。
（1）分子间相互作用力旳影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成旳化 学键能旳大小，一般化学键越强，表面张力越大。
γ (比金属较键相)>同γ (条离子件键下)> 下γ (极述性各共表价键面)>张γ (力非极的性相共对价键大) 小
（乙醇）
（水）
（H
）
g
两种液体间旳界面张力，界于两种液体表面张力之间。
表面张力（surface tension）
将一具有一种活动边框旳金属线 框架放在肥皂液中，然后取出悬挂， 活动边在下面。因为金属框上旳肥皂 膜旳表面张力作用，可滑动旳边会被 向上拉，直至顶部。
在两相(尤其是气-液)界面上，到 处存在着一种张力，它垂直与表面旳 边界，指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上旳这种力
第十章 界面现象
Interface Phenomena
表面现象从工农业生产一直到日常生活几乎 都涉及到，多种表面性质、表面现象旳研究和应 用范围也日益广泛，表面现象旳研究已发展成为 一门独特旳学科，作为初学我们仅仅简朴简介某 些与表面性质有关旳基本现象和规律。
前面所讲旳内容，均未曾讨论过体系表面层 旳特殊物理化学性质， 换句话说我们是将体系 中相旳表面和相旳本体完全等同起来看了。
用于单位边界上旳表面张力。
恒温恒压下增长肥皂膜面积dA时，力F需对体系所作 旳最小功（可逆非体积功）：
式中，m和V分别为固体旳质量和体积，A为其表面 积。目前常用旳测定表面积旳措施有BET法和色谱 法。
表面功（surface work）
因为表面层分子旳受力情况与本体中不同，所以 假如要把分子从内部移到界面，或可逆旳增长表面积， 就必须克服体系内部分子之间旳作用力，对体系做功。
（1）分子间相互作用力旳影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成旳化 学键能旳大小，一般化学键越强，表面张力越大。
γ (比金属较键相)>同γ (条离子件键下)> 下γ (极述性各共表价键面)>张γ (力非极的性相共对价键大) 小
（乙醇）
（水）
（H
）
g
两种液体间旳界面张力，界于两种液体表面张力之间。
表面张力（surface tension）
将一具有一种活动边框旳金属线 框架放在肥皂液中，然后取出悬挂， 活动边在下面。因为金属框上旳肥皂 膜旳表面张力作用，可滑动旳边会被 向上拉，直至顶部。
在两相(尤其是气-液)界面上，到 处存在着一种张力，它垂直与表面旳 边界，指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上旳这种力
第十章 界面现象
Interface Phenomena
表面现象从工农业生产一直到日常生活几乎 都涉及到，多种表面性质、表面现象旳研究和应 用范围也日益广泛，表面现象旳研究已发展成为 一门独特旳学科，作为初学我们仅仅简朴简介某 些与表面性质有关旳基本现象和规律。
前面所讲旳内容，均未曾讨论过体系表面层 旳特殊物理化学性质， 换句话说我们是将体系 中相旳表面和相旳本体完全等同起来看了。
用于单位边界上旳表面张力。
恒温恒压下增长肥皂膜面积dA时，力F需对体系所作 旳最小功（可逆非体积功）：
物理化学第10章界面现象ppt课件
他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化 的普遍关系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年， 开尔文（Kelvin）将界面扩展时伴随的热效应与界 面张力随温度的变化联系起来。后来，他又导出蒸 汽压随界面曲率的变化的方程即著名的开尔文方程。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
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物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
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dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
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物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
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dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
《物理化学教学课件》第十章界面现象
界面现象的基本原理
表面张力
表面张力是物质表面分子或离子间的吸引力，使得物质表 面尽可能收缩。表面张力的大小与物质种类和温度有关。
润湿
润湿是指液体在固体表面铺展或被固体表面吸附的现象。 润湿与固体的表面能、液体的表面张力以及固体与液体之 间的相互作用力有关。
吸附
吸附是指物质在界面上的富集现象。吸附可以分为物理吸 附和化学吸附，物理吸附主要与物质在界面上的范德华力 有关，化学吸附则涉及到化学键的形成。
润湿是指液体在固体表面铺展并覆盖住表面的现象，而不润湿则是指液体不能在固体表面 铺展的现象。
润湿与不润湿产生的原因
润湿与不润湿现象的产生与液体和固体表面的分子间相互作用有关，当液体分子与固体表 面分子间的相互作用力大于液体分子间的内聚力时，就会产生润湿现象；反之则产生不润 湿现象。
润湿与不润湿的应用
能源
能源的储存与转化过程中涉及大量界面现象，如电池、燃料电池等，深入研究 界面现象有助于提高能源利用效率和降低环境污染。
环保
污水处理、大气污染控制等领域涉及大量界面现象，通过优化界面现象可实现 更高效的环保技术。
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毛细现象
毛细现象定义
毛细现象是指由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中上 升或下降的现象。
毛细现象产生的原因
由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中产生向上的附加压 力，从而使液体在细管中上升。
毛细现象的应用
毛细现象在自然界和日常生活中广泛存在，如植物的吸水、毛细血 管等。
润湿与不润湿
润湿与不润湿定义
04
界面现象的实验研究方法
表面张力测量方法
表面张力是液体表面所受到的垂 直于表面方向的力与表面每单位
第九章 界面现象.
第九章 界面现象
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。 荷
叶 上
玻
璃 上
毛细现象
物理化学 课件
第九章 界面现象
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。
地保墑。 墑情好的土壤中存在丰富的毛细管，
锄地可以切断地面的毛细管，防止土壤
中的水分沿毛细管上升到表面而挥发；
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 另一方面，由于液态水在毛细管中呈凹面，饱和蒸地表和土壤深处毛细管的同时， 还有利于大气中水汽在土壤毛细管中凝结，增加土壤水分，这就是 锄地保墑的科学原理。 此外，硅胶作为干燥剂同样是利用毛细管现象，请读者自己理
通过毛细管与位于管端的半径为r的
小液滴相连接。 液滴所承受的外压为p0和弯曲液面的附加压力p之和p+ p0， 平面液面上活塞施加的压力为p。
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 例9.2 已知20℃时水的表面张力为0.0728Nm-1，如果把水分散成小 水珠，试计算当水珠半径分别为1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5 cm时, 曲面下的附加压力为多少？
由图可知，毛细管半径R与弯曲液面的
曲率半径R的关系为R=Rcos，结合上式可
得液体在毛细管中上升的高度为
2 cos θ h R( - ) g
（9 - 20）
由上式可知，在一定的温度下，毛细管越细，液体对毛细管润
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。 荷
叶 上
玻
璃 上
毛细现象
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第九章 界面现象
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。
地保墑。 墑情好的土壤中存在丰富的毛细管，
锄地可以切断地面的毛细管，防止土壤
中的水分沿毛细管上升到表面而挥发；
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第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 另一方面，由于液态水在毛细管中呈凹面，饱和蒸地表和土壤深处毛细管的同时， 还有利于大气中水汽在土壤毛细管中凝结，增加土壤水分，这就是 锄地保墑的科学原理。 此外，硅胶作为干燥剂同样是利用毛细管现象，请读者自己理
通过毛细管与位于管端的半径为r的
小液滴相连接。 液滴所承受的外压为p0和弯曲液面的附加压力p之和p+ p0， 平面液面上活塞施加的压力为p。
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第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 例9.2 已知20℃时水的表面张力为0.0728Nm-1，如果把水分散成小 水珠，试计算当水珠半径分别为1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5 cm时, 曲面下的附加压力为多少？
由图可知，毛细管半径R与弯曲液面的
曲率半径R的关系为R=Rcos，结合上式可
得液体在毛细管中上升的高度为
2 cos θ h R( - ) g
（9 - 20）
由上式可知，在一定的温度下，毛细管越细，液体对毛细管润
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总表面能 / J
0.44×10-4 0.44×10-3 0.44×10-1 0.44×101 0.44×103
界面现象
黄金纳米粒子
界面现象
铂纳米粒子
由于表面分子与相内部分子性质不同，严格说来完全均匀一致的相是不存在的。 通常情况下可以不考虑这一点，是因为一个物系如果表面分子在所有分子中所 占比例不大，系统的表面能对系统总吉布斯函数值的影响很小，可以忽略不计。 例如1g水作为一个球滴存在时，表面积为4.85×10–4 m2，表面能约为 4.85×10–4×0.0728＝3.5×10–5 J，这是一个微不足道的数值。但是，当固体或 液体被高度分散时，表面能可以相当可观。 例如将1g水分散成半径为10–7 cm的小液滴时，可得2.4×1020个，表面积共 3.0×103 m2，表面能约为3.0×103×0.0728＝218 J，相当于使这1g水温度升高50 度所需供给的能量，显然这是不容忽视的数值。此时，表面能过高使得系统处 于不稳定状态。例如，大量处理固体粉尘的工厂，必须高度重视防止粉尘爆炸。 粉尘易爆正是由于上述原因造成的。
界面现象
2014年8月2日7时34分，江苏省苏州市昆山市经济技术开发区的中荣金属制品有限公司 抛光二车间，发生重大铝粉尘爆炸事故，共导致46人死亡、185人受伤。
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11.2 表面张力
界面现象
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11.2 表面张力
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表面张力的微观本质
界面现象
表面张力的微观本质
液体表面微观图
表面吉布斯自由能
界面现象
在指定温度、压力和组成 的条件下，可逆增加表面 积dA时，对体系所做的功：
δ W ( F d F ) d x F d x 2 l d x d A s
所以
(dG)T,p,nB δWr
(dG)T,p,nB dAs
界面现象
界面现象
* 表面吉布斯自由能是单位面积的表面分子与同 量的体相分子所高出的那一部分能量。
界面现象
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挂杯现象”，爱酒者称之为“酒的美腿”或“美人的眼泪”。
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肥皂泡 ：不攻自破
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2014年5月24日，天津，阴，降雨
从树上滴落在水洼里的雨滴形成了一个个精灵般的气泡，伴着滴答的雨声演绎着欢快的乐章 引自新华社
界面现象
表面张力的方向
界面现象
表面张力的方向
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表面张力的方向
* 若在液体表面边界处，则作用在边界线上，垂直于边 界线指向液体方向，并与表面平行； * 若不在边界处，则作用在表面上任意一条线段的两侧， 垂直于该线，沿着液面拉向两侧。
界面现象
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表面张力的大小
′ ′
′ ′
′ ′
界面现象
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开尔文
界面现象
朗缪尔
界面现象
吉布斯
界面现象
第11章 界面现象 自然界中物质存在的基本形态
固态 Solid
液态 Liquid
界面现象
气态 Gas
11.1 界/表面与比表面
界面现象
11.1 界/表面与比表面
界面现象
界面现象
例：分割半径为 r 的液滴，使小液滴的半径 r1＝r / 10。若 液滴为球形，计算分割后的液滴总表面积和原液滴表面积之
表面能 /J·m－2 72.75×10-3 28.88×10-3 22.27×10-3 46.0×10-3 63.0×10-3 33.1×10-3 484×10-3
液体/液体 苯/水
四氯化碳/水 橄榄油/水 液体石蜡/水
乙醚/水 正丁醇/水
水/汞
表面能 /J·m－2 35.0×10-3 45.0×10-3 22.8×10-3 53.1×10-3 9.7×10-3 1.8×10-3 375×10-3
一个分散度很高的体系，蓄积了大量表面吉布斯 自由能，这正是引起各种表面现象的根本原因。
* 在等温、等压条件下，系统的表面吉布斯自由 能会自发的向减小的方向变化，所以物体的表面都有 自动收缩的趋势，以此减小其总比表面积，降低表面 自由能，使系统更加稳定。相同体积的物质构成球形 时其比表面积最小，所以液滴、气泡都尽可能的收缩 成球状。固体其结构所限，无法收缩，只能靠吸附来 降低自身的表面自由能。
比A1 / A。
解：A＝4πr2.
V 4π r3
分割后的液滴数目
3
n1
4πr3 3
4πr13 103 3
A1= n1·4πr12 =10×4πr2
A1/A = 10
可以证明当 rn= r / 10n 时，An /A =10n
设一个分子的 r = 10-10 m，当r = 10-3 m 时，表面分子所占分数极小 （10-7）；而当r = 10-9 m 时，表面分子数已占接近一半。（0.48）
界面现象
表面吉布斯能和表面张力比较：
1 两者量纲相通
J Nm N
m2 =
m2
= m
2
3
两者数值相同 物理意义不同
自由能 表面张力
力的角度 能的角度
界面现象
影响表面张力的因素
1、分子间的作用
共价键中极性键液体的γ大于非极性键。
界面现象
2、相面的性质
液体/空气 水 苯 乙醇
乙二醇 甘油 液体石蜡 汞
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“饮水鸟” 永动机
界面现象
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落汤鸡
落汤鸭？
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碟中碟4 壁虎手套
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界面现象界面现象源自界面现象界面现象界面现象
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托马斯 •杨
界面现象
拉普拉斯
拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace, 1749－1827)是法国分析学家，是近代数学史 上享有盛名的数学家之一，被誉为法国的“牛顿”。以他的名字命名的拉普 拉斯变换、拉普拉斯定理和拉普拉斯方程，拉普拉斯曾任拿破仑的老师，与 和拿破仑结下不解之缘。
界面现象
*表面张力是由于物质内部的分子间引力所引起，因此物质的性质和表面张
界面现象
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 1×103 1×109 1×1015 1×1021
比表面as / (m－1)
6×102 6×103 6×105 6×107 6×109