界面现象课件
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界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
挂杯现象”，爱酒者称之为“酒的美腿”或“美人的眼泪”。
界面现象
肥皂泡 ：不攻自破
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
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
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
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。
界面现象
11.2 表面张力
界面现象
界面现象
11.2 表面张力
界面现象
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
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
表面张力的方向
界面现象
பைடு நூலகம் 表面张力的方向
界面现象
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
界面现象
表面张力的大小
′ ′
′ ′
′ ′
界面现象
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
界面现象
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
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
“饮水鸟” 永动机
界面现象
界面现象
落汤鸡
落汤鸭？
界面现象
界面现象
碟中碟4 壁虎手套
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
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
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
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。
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。
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
挂杯现象”，爱酒者称之为“酒的美腿”或“美人的眼泪”。
界面现象
肥皂泡 ：不攻自破
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
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
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
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。
界面现象
11.2 表面张力
界面现象
界面现象
11.2 表面张力
界面现象
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
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
表面张力的方向
界面现象
பைடு நூலகம் 表面张力的方向
界面现象
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
界面现象
表面张力的大小
′ ′
′ ′
′ ′
界面现象
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
界面现象
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
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
“饮水鸟” 永动机
界面现象
界面现象
落汤鸡
落汤鸭？
界面现象
界面现象
碟中碟4 壁虎手套
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
界面现象
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
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
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。
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。