界面现象1
界面现象
第九章 界面现象讲解：日常生活和生产中，有很多现象和界面有关。
如：水在玻璃细管中会上升，这叫毛细现象；水可以在桌面上铺开，水银却成球状等。
通常把气液和气固界面成为表面。
第一节 表面张力和表面吉布斯函数一、表面现象及其本质 1.界面层的定义界面的5种类型：g-l,g-s,l-l,l-s,s-s. 其中g-l 和g-s 界面也叫表面。
界面分子和内部分子的区别：内部分子受力对称，界面分子受力不对称，不均匀。
液体自发使表面积缩小。
讲解：测定液体蒸气压，不能有空气存在，液体表面指纯液体与其纯蒸气之间的过渡层，只有几个分子厚。
日常生活中讲的液体表面，是指液体与空气之间的界面，其中空气被液体蒸气饱和。
2.系统的比表面（分散度）单位质量具有的表面积，或单位体积具有的表面积。
def defS S m V A AA A m V==质量表面积体积表面积例：一个边长为0.01米的立方体表面积是多少？把这个立方体分成10-9m 的小立方体，求其总面积。
解：边长为0.01米的立方体表面积 2-421=60.01=610m A ⨯⨯()321390.011010-=小立方体的个数为-92213226(10)10610m A =⨯⨯=⨯小立方体总面积物体被分散后的体积变化，请看358页表9.1。
二、表面张力、表面功、表面吉布斯函数 在等温等压条件下者3个概念是一回事。
讲解：吉布斯函数变就是等温等压条件下可逆过程得体积功。
:γ等温等压下可逆地增加单位表面积所需的功。
B,,S T p n G A γ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭ 表面张力就是表面功表面张力F:表面上，每米长度所受的收缩力，垂直于表面切线方向。
-2-2-1J m N m m N m⋅=⋅⋅=⋅单位： 表面功 表面张力2F l γ= 2Flγ= 影响表面张力的因素 （1）物质的本性()()s l γγ>一般相同聚集态时(γγγγ>>>金属键）（离子键）（极性共价键）（非极性共价键）讲解：可以看出键的极性越强，σ越大，因为非极性共价键组成的非极性分子之间只有色散力，极性分子间有色散力、取向力、诱导力。
第10章_界面现象-wfz-1
弯曲液面附加压力Δp 与液面曲率半径之间关系的推导： 水平分力相互平衡， 垂直分力指向液体内部 其单位周长的垂直分力为cos 球缺底面圆周长为2r1 ，得垂直分力在圆周上的合力为： F=2r1 cos 因cos = r1/ r ，球缺底面面积为 r12 ， 故弯曲液面对于单位水平面上的附加压力 p 整理后得：
表10.1.1 某些液态物质的表面张力
物 质 t / °C
/ mN m-1
18.4 21.8 22.3 26.43 72.75 113.8 137.8 250 582 700 878.5 1300 1800
正己烷 正辛醇 乙醇 乙醚 H2O NaCl LiCl Na2SiO3(水玻璃) FeO Al2O3 Ag Cu Pt
\ dn = - 4p r 2 (dr ) r / M
/mNm-1
1670 1140 685 527 12010 1000 905 4500 1030
Cu Ag Sn 苯 冰 氧化镁 氧化铝 云母 石英(1010晶面)
17
（2） 与接触相的性质有关。
两种互不混溶的液体形成液-液界面时，界面层分子所处力场取 决于两种液体。所以不同液-液对界面张力不同。
18
（3） 温度的影响
T↑ 气相中分子密度↑ 液相中分子距离↑
↓ （有例外）
（表10.1.4) 不同温度下液体的表面张力 0 液体 水 乙醇 甲醇 CCl4 丙酮 甲苯 苯 75.64 24.05 24.5 26.2 30.74 31.6 72.75 22.27 22.6 26.8 23.7 28.43 28.9 69.58 20.60 20.9 24.3 21.2 26.13 26.3 66.18 19.01 21.9 18.6 23.81 23.7 62.61 16.2 21.53 21.3 58.85 15.7 19.39 20 40 60 80 100
界面现象的名词解释
界面现象的名词解释界面现象是指两种不同介质之间形成的边界区域，这个区域具有特殊的物理、化学或生物性质。
界面现象在我们的日常生活中无处不在，而且在科学和工程领域中也起着重要的作用。
本文将对界面现象进行详细解释。
首先，我们来了解一下界面现象的起因。
当两种不同的物质相遇时，它们之间的相互作用形成了一个界面。
这个界面上的物理和化学性质与两种物质本身有着明显的差异。
例如，当水和油相遇时，它们在界面上会形成一个不相溶的薄层，这是由于它们的分子之间的排斥力大于吸引力所致。
界面现象涉及了许多重要的概念和现象。
其中之一是表面张力。
表面张力是液体表面上的一种内聚力，导致液体表面呈现出收缩的趋势。
这可以用一个简单的实验来演示：取一张干净的硬纸币，轻轻放在水面上，可以观察到纸币不会立刻下沉，而是浮在水面上。
这是因为水分子之间存在着相互吸引的力量，使得水的表面呈现出收缩的特性。
除了表面张力，另一个重要的界面现象是浸润性。
浸润性描述了液体对固体的渗透能力。
当一滴液体滴在固体表面上时，它的形状取决于液体和固体之间的相互作用。
如果液体能够充分地渗透进入固体材料中，我们称之为良好的浸润性。
这一现象在涂料、油墨以及润滑剂等领域中具有重要的应用。
此外，界面现象还涉及到界面活性剂的使用。
界面活性剂是一种能在两种不同介质的界面上降低表面张力的物质。
它们能够将不能互溶的物质混合在一起，并形成稳定的乳状液体。
这在食品、日化和医药等行业中被广泛应用。
例如，洗涤剂中的表面活性剂能够使油污和水混合，达到清洁的效果。
界面现象的研究对于解决一些现实生活中的问题非常重要。
例如，界面现象对于研究海洋环境中的表面活性物质分布、油水分离技术的改进以及水处理等方面都具有重要意义。
此外，界面现象还在材料科学、能源储存和转换等领域中发挥着关键作用。
通过研究、理解和利用界面现象，我们可以开发出更高效、更环保的技术和材料。
在总结上述内容之前，值得一提的是生物界面现象。
第十章界面现象解析
1 mol 饱和蒸气 (pr)
G2
pr p
Vm
(
g
)dp
RT
ln
pr p
p p
G p
Vm (l)dp
Vm (l)p
M 2 r
RT ln
pr p
Vm
2
r
M
2
r
开尔文公式
1. Kelvin公式可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸 气泡的蒸气压之比
RT ln pr 2M 2Vm p r r
as As / m或as As /V
3. 多孔硅胶、分子筛、活性炭、纳米材料具有很 高的比表面积
分散度与比表面积
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。
把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体：
立方体边长(m)
10-2 10-4 10-6 10-8 10-9
p大气
h
p
产生过热液体示意图
p 2 11780kPa
r
在实验中,为防止液体的过热现 象,常在液体中投入一些素烧瓷 片或毛细管等物,因为这些多孔 性物质的孔中储存有气体,它们 成为新相的种子,使液体的过热 程度大大降低
过冷液体
过冷液体:应当凝固而未凝固的液体 主要原因:因为微小晶体的饱和蒸气压恒大于普通晶体 的饱和蒸气压。
p
C
O’ O
.A‘ A
0
Tf’ Tf
t
产生过冷液体现象示意图
在过冷液体中,加入小晶体作为 新晶种,则能使液体迅速凝固
过饱和溶液
过饱和溶液:在应当温度下,溶液的浓度已超过了饱和浓度, 而仍未析出晶体的溶液
主要原因:小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度.
常见的界面现象解释
常见的界面现象解释
标题:常见的界面现象解释(创建与此标题相符的正文并拓展)
正文:
界面是人们与计算机交互的重要工具。
随着计算机技术的发展和人们对界面的要求不断提高,界面设计也在不断变化和发展。
然而,在某些情况下,界面设计可能会出现一些问题,这些问题可能会导致用户感到困惑、不满意或者失去对计算机的控制能力。
本文将介绍一些常见的界面现象,并解释它们产生的原因和解决方法。
1. 界面设计过于复杂
界面设计过于复杂可能会导致用户感到困惑和不知所措。
复杂的界面设计可能会包含大量的图标、按钮和菜单,这可能会导致用户需要花费过多的时间来理解和操作界面。
此外,过于复杂的界面设计也可能会导致用户失去对界面的兴趣,从而不愿意继续进行操作。
解决方法:为了避免界面设计过于复杂,设计师应该尽可能简化界面设计,并确保每个按钮和菜单都具有清晰的说明和解释。
设计师还应该考虑如何使界面易于导航和理解,例如使用不同的颜色和字体来区分不同的功能和菜单。
2. 界面设计不直观
界面设计不直观可能会导致用户感到困惑和不满意。
直观的界面设计应该能够清晰地传达界面的意图和信息,从而使用户能够快速理解和操作界面。
化学物理中的界面现象与表面反应
化学物理中的界面现象与表面反应在化学物理学中，界面现象与表面反应是研究物质与界面、表面之间相互作用的重要领域。
界面现象是指物质与界面之间产生的物理现象，如表面张力、接触角等；而表面反应则是指发生在物质表面的化学反应。
一、界面现象1.表面张力表面张力是液体表面各点之间的相互作用力。
具体来说，液体表面各处的分子组成不同，内部的分子仍然受到液体内部的相互作用力，而表面上的分子只能受到一侧的相互作用力，这就导致表面上的分子有向下的趋势，而这种向下的趋势就是表面张力。
例如，我们把一根干净的细棒插入一杯水中，可以发现水面会稍稍上升，这就是水分子在表面张力的作用下向外抬起细棒。
表面张力影响着液体的形态，使得液体在排斥进一步收缩形态，从而使得液滴成为尽可能球形的形状。
同时，在界面上的物质转移以及表面活性剂的作用下，表面张力也起到了重要的作用。
2.接触角接触角是表面张力和性质的一个体现，是形成于固体表面和液体之间的，已知液体的表面张力和固体表面对该液体不感性的程度。
按照定义，接触角α 角为液体和固体表面接触在一个贯穿液面和固体交界面的线上时，线上端点所扫过的角度。
易受环境因素影响的表面现象还有溶液表面的吸附现象。
溶液中的赖屯分子聚集在其表面，使表面张力增加，造成液面凹陷，称为溶液的表面凹陷。
二、表面反应表面反应指的是在物质表面发生的化学反应。
表面反应的机制有两种：“电化学反应”和“理化反应”。
1.电化学反应在电化学反应中，化学反应的发生是通过在电极上加电而引起表面电荷变化，从而促使反应发生。
电化学反应常常结合了电化学过程、动力学和反应热力学三个方面来研究。
在电化学反应中，电势的变化是关键参数之一。
在反应过程中电势变化并不是线性的，而是富含非线性项，这对于预测和解释表面反应的活性和选择性是非常具有挑战性的。
2.理化反应与电化学反应相比，理化反应是更加广泛的表面反应机制，其中包括了表面化学、液固相化学、气固相化学等多种机制。
物理化学中的界面现象
物理化学中的界面现象物理化学作为研究物质和能量相互作用的学科，广泛关注物质的界面现象。
界面现象是指不同相（例如气相、液相、固相）之间的交界处所表现出的一系列特殊性质和现象。
本文将对物理化学中的界面现象进行探讨，包括界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
首先，我们来讨论界面张力。
界面张力是界面上单位长度所具有的能量。
液体的界面张力是由分子间吸引力和排斥力所引起的。
分子间吸引力导致液体分子之间靠近，而分子间排斥力使液体分子远离界面。
这种分子间的不均匀排布导致了界面张力的存在。
界面张力使得水滴在平面上形成球状，也使得液体能够在毛细管中上升。
接下来，我们将讨论胶溶体。
胶溶体是由固体分散在液体中形成的混合物。
在胶溶体中，固体颗粒通过与液体分子的相互作用形成一个三维网络结构。
这种网络结构赋予了胶溶体特殊的物理性质，如黏度的增加和凝胶的形成。
在生活中，我们可以看到许多胶溶体的运用，比如胶水、果冻和凝胶电池等。
最后，我们来探讨表面活性剂。
表面活性剂是一类具有亲水性头部和疏水性尾部的分子。
在液体表面，表面活性剂的头部与水分子相互作用，而尾部则与空气或其他非极性物质相互作用。
这种分子的不均匀性导致表面活性剂在液体表面形成一个稳定的单分子层，称为胶束。
表面活性剂的存在使液体的表面张力减小，也可以使油与水相溶。
这种特性使得表面活性剂广泛应用于洗涤剂、乳化剂和泡沫剂等领域。
总而言之，物理化学中的界面现象涵盖了界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
这些现象的研究不仅可以深化我们对物质相互作用的理解，也为许多实际应用提供了基础。
通过进一步研究和探索界面现象，我们可以更好地理解和应用物理化学的知识。
界面现象
太原理工大学物理化学第八章界面现象界面是指相互接触的两相的交界面。
自然界中的物质一般以三种聚集状态存在，三种相态相互接触可 以形成五种界面：液-气、固-气、液-固、液-液和固-固界面。
习惯上将液-气和固-气界面称为表面；而其余 的相界面都称为界面。
由于历史的原因， “表面”和“界面”这两个词经常混用。
界面并不是一个几何平 面，它是从一个相到另一个相的过渡层，有一定的厚度，通常称为界面相或界面层，与界面层相邻的两相 称为体相。
界面现象就是在相界面上所发生的物理化学现象。
许多自然现象、生理现象、工农业生产以至日常生 活上的许多问题都与界面现象有密切的关系，如：液滴呈球形、活性炭能脱色、粉尘容易爆炸等都与界面 现象有关。
产生界面现象的根本原因是由于界面相中的分子与体相中的分子所处的力场不同，因此界面相 的性质和两个体相的性质就会不一样。
在一般情况下，系统所具有的比表面积相当小，表面上的物质、能 量都比体相小得多， 故表面的特殊性质可不考虑。
但当系统的表面积很大时，表面分子所占的比例就很大， 它的特殊性质就成为矛盾的主要方面而表现出各种界面现象。
为了便于比较不同物质的表面性质，提出了比表面积的概念。
比表面积（as）是指单位质量或单位体 积的物质所具有的表面积，用公式表示为： as = As / m 或 as = As / V通常用比表面积来表示物质的分散程度，即分散度。
比表面积越大，分散度越高，表面效应就越明显， 这必然对系统的物理化学性质产生影响，此时就必须考虑界面的特殊性。
这种特殊性反映出的宏观现象就 是人们观察到的界面现象，其具体体现就是界面张力。
§ 8.11．液体的表面吉布斯函数和表面功界面张力界面现象产生的根本原因是由于两相界面上的分子与体相分子所 处环境不同引起的，以液-气界面为例说明之。
如图 8.1.1 所示，处于液 体内部的分子，受周围各分子对它的作用力是对称的，可以相互抵消， 这些分子在液体内部运动时无须对它做功。
物理化学知识点chap 10
Pa
2.356
103
kPa
【10.5】水蒸气迅速冷却至298.15K时可达到过饱和状态。已
知该温度下水的表面张力为71.97×10-3 N·m -1 ，密度为997
kg·m-3。 当过饱和水蒸气压力为平液面水的饱和蒸气压的4
倍时，计算： （1）开始形成水滴的半径；（2）每个水滴中
所含水分子的个数。
m
= 7.569 ? 10- 10m
（2）每个水滴的体积
( ) V 水滴=
4 3
pr
3
=
4 创3.14 3
7.569 ? 10- 10 3 m 3
1.815 ? 10- 27m 3
每个水分子的体积
V 水分子=
M rL
=
骣 琪 琪 琪 桫997
创
0.018 6.022
m 3 = 3.00 ? 10- 29m 3 1023
分析： 利用拉普拉斯方程
p 2
r
解： （1）和（2）两种情况下均只存在一个气-液界面， 其附加压力相同。根据拉普拉斯方程
p
2
r
2 58.91103 0.1106
Pa
1.178
103
kPa
（3）空气中存在的气泡，有两个气-液界面，其附加压力 为
p
4
r
4
58.91103 0.1106
•
pg
••
•
气
•
p
• •
pl
(a)
pg
• 气 p • •
液•
pl (b)
附加压力方向示意图
•
•
气•
•
•
• •
p=• 0
物化 第十章 界面现象
δWr' γ = dAs
γ ：使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功， 使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功， 单位表面时环境所需作的可逆功
单位： 单位：J·m-2
表面吉布斯函数: 表面吉布斯函数
恒温、 恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的 吉布斯函数变： 吉布斯函数变： δWr' ∂G ' γ = = δWr = dGT , p = γ dAs dAs ∂As T , p
Freundlich用指数方程描述 Ι 型吸附等温线 用指数方程描述
a
V
= kp
n
n、k 是两个经验参数，均是 T 的函数。 、 是两个经验参数， 的函数。 k: 单位压力时的吸附量。一般 ↑，k↓； 单位压力时的吸附量。一般T ↓ n ：介于 介于0~1之间，反映 p 对V a 影响的强弱。 之间， 影响的强弱。 之间 直线式： lgV 直线式
毛细现象
2γ ∆p = = ρ gh r1 2γ cos θ h= rρ g
θ < 90o , h > 0 液体在毛细管中上升
r = r1 cos θ
θ > 90o , h < 0 液体在毛细管中下降
3. 开尔文公式（微小液滴的饱和蒸气压） 开尔文公式（
微小液滴的饱和蒸气压不仅与物质的本性、 微小液滴的饱和蒸气压不仅与物质的本性、 温度及外压有关，还与液滴的大小有关。 温度及外压有关，还与液滴的大小有关。 pr p dn r + dr l dG 小液滴面积 ： dn液体由 p→pr : 液体由 → pr 4πr 2 → 4π( r + dr )2 dG = (dn) RT ln
界面是系统中的特殊部分
在高度分散系统中界面效应不可忽视
第十章 界面现象(1)
表10.1.3 20℃某些液－液界面张力 （两液体已相互达到饱和）
界 面 水－正己烷 水－正辛烷 水－氯仿 水－四氯化碳 水－正辛醇 γ/mN⋅m-1 51.1 50.8 32.8 45 8.5 界 面 水－乙醚 水－苯 水－硝基苯 水－汞 苯－汞 γ/mN⋅m-1 10.7 35.00 25.66 375 357
在恒温恒压、各相中物质的物质的量不变时
dG = − SdT + Vdp + ∑∑ μB (α )dnB (α ) + γdA s
α
B
dG = γdA s
界面吉布斯函数变 对
dG = γdA s 积分
dG s
G = γA s
s
系统有多个界面
G s = ∑ γ i A is
i
在恒温恒压条件下，系统总界面吉布斯函数减少的过程为自 发过程。 如： 液体对固体的润湿； 小液滴聚集成大液滴；γ不变，表面面积减少 多孔固体表面吸附气体；界面面积不变， γ减小
h
h
(a)液体在毛细管中上升
(b)液体在毛细管中下降 毛细管现象
产生这种现象的原因是毛细管内的弯曲液面上存在附加压 力Δp 。以毛细管上升为例，由于Δp指向大气，使得管内凹液 面下的液体的承受压力小于管外水平液面下的液体所承受的压 力，故液体被压入管内
2γ ρ gh = Δ p = r1 r cosθ = r1
3. 亚稳状态及新相的生成
系统分散度 气→液 粒径 液→固 液体或固体pr 只在粒径很小时 液→气 液→固
但在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾以及溶液结晶过程 中，由于要从无到有生成新相，故而最初生成的新相的颗 粒是极其微小的，其比表面积和表面吉布斯函数都很大， 因此在系统中要产生新相极为困难。 由于新相难以生成，进而会产生过饱和蒸气、过冷和 过热液体，以及过饱和溶液。 亚稳状态 一旦新相生成，亚稳状态则失去稳 定，而达到最终稳定的相态。
物理化学中的界面现象
物理化学中的界面现象物理化学是研究物质结构和性质，探究物质变化和反应机理的学科。
在复杂化学结构中，界面现象是一个重要的研究领域。
界面现象在物理化学中有着广泛的应用，教育学者用来解释液体物理现象、悬浮液体、乳液的形成及表面活性剂现象。
本文将深入探讨物理化学中的界面现象。
一、界面现象概述界面现象是物理化学中的一个重要概念，指两种物质之间的界面区域，具有独特的物理化学特性。
例如，液体与气体之间的表面产生的现象，或者两种液体或固液之间的接触面。
形成界面是由于不同物质间的接触，形成一个分界面，具有独特的能量和化学特性。
物理化学中常常以界面和晶界为结合点，展示物质结构和性质方面的共通性和特殊性。
界面现象对于物质的粘度、湿润、流变性质、变形行为等方面产生重要影响。
因此，研究界面现象对于理解物质的特性和属性，以及探究物质结构、能量转移和反应机理是至关重要的。
二、界面现象的分类物理化学中的界面现象可以分为气液界面、液液界面、液固界面、气固界面四个类别。
下面将分别进行讲解。
1. 气液界面气液界面是指气体与液体之间的界面现象。
这种界面现象常常被观察到，例如许多常见的液滴、气泡和泡沫。
气液界面有着重要的物理和化学特性，包括表面张力、液体湿润性、表面活性剂和胶体等。
2. 液液界面液液界面指两种不同液体之间的界面现象。
例如，油和水的混合物中的液液界面。
液液界面的特性包括表面张力、液体改成、液体分离等，这些特性在工业和科学上有着广泛的应用。
3. 液固界面液固界面指液体和固体之间的界面现象。
例如：在某些材料的表面，吸附了液体，所形成的界面。
在液固界面上的特性包括表面张力、液体吸附、电位差和化学反应等。
4. 气固界面气固界面指气体和固体之间的界面现象。
例如，气体在固体表面的吸附现象。
气固界面影响着固体材料表面的化学反应，对于分子分布和传输行为有着重要的影响。
三、界面现象在物理化学中的应用界面现象在物理化学中有着广泛的应用。
下面将进行列举。
界面现象 化学理论
界面现象化学理论
界面理论包括在相界面上的各种物理、化学过程而引起的现象。
它既涉及界面区内物质的化学组成、物理结构和电子状态，又与界面两边的主体相物质的性质有关。
界面现象是研究各种不同界面的性质，随着分散度的增加，体系的比表面也相应增大，胶体的各种性质与比表面密切相关，所以对界面现象的研究就成为胶体化学的主要内容之一。
界面理论的示例：
大自然中，早晚所见到的曙光和晚霞、雨后的彩虹和光环等；日常生活中，所用的肥皂和洗衣粉的去污过程就是一种典型的界面现象，有时我们还会碰到水温低于冰点而不结冰的过冷现象、高于沸点而不沸腾的过热现象。
而在工业生产中，也常碰到废气的吸收，结晶制糖、制盐，纺织印染等许多过程，就是借助界面所具有的独特性质而得以进行的。
由于这些现象均与界面性质有关，一般又总称为界面现象。
中国石油大学 物理化学试题
15、在 298K时，乙醇水溶液的表面张力与溶液活度之间的关系为 γ = γ 0 − Aa + Ba 2 ，式 中常数A= 5 × 10−4 N·m-1，B= 2 × 10 −4 N·m-1,求活度a=0.5 时，溶液的表面超额Γ2为多少？ 解 由题给公式 γ = γ 0 − Aa + Ba 2 ，得
17、在 298K时，用刀片切下稀肥皂水的极薄表面层 0.03m2，得到 2 × 10 −3 dm 3 的溶液，发 现其中含肥皂为 4.013 × 10 −5 mol ，而其同体积的本体溶液中含肥皂为 4.00 × 10−5 mol ，试 计算该溶液的表面张力。已知 298K时，纯水的表面张力为 0.072N·m-1，设溶液的表面张 力与肥皂活度呈线形关系， γ = γ 0 − Aa ，活度系数为 1。 解
（3）当 b
c >> 1 时 c! a ⎛ 0.0131 ⎞ −2 −6 −2 =⎜ ⎟ mol ⋅ m = 5.40 × 10 mol ⋅ m RT ⎝ 8.314 × 292 ⎠
Γ2 =
每个丁酸分子的截面积为
A=
1 1 ⎛ ⎞ 2 m = 3.08 ×10−19 m 2 =⎜ 23 −6 ⎟ L Γ2 ⎝ 6.02 ×10 × 5.40 ×10 ⎠
-4-
物理化学习题解答
Γ2 = −
c / c! dγ c / c! ab = ! RT d (c / c ) RT 1 + b(c / c! )
0.2 0.0131× 19.62 ⎞ ⎛ −2 −6 −2 （2）当 Γ2 = ⎜ × ⎟ mol ⋅ m = 4.30 × 10 mol ⋅ m 时 ⎝ 8.314 × 292 1 + 19.62 × 0.2 ⎠
界面现象参考答案
界面现象参考答案界面现象参考答案界面现象是指不同物质之间的接触面上所发生的各种现象和变化。
在我们的日常生活中，界面现象无处不在，无论是液体与固体的接触，气体与液体的接触，还是固体与气体的接触，都存在着各种各样的界面现象。
这些现象既有普遍性的规律，又有独特的特点，对于我们了解物质的性质和相互作用有着重要的意义。
首先，我们来探讨液体与固体的接触。
当液体与固体接触时，往往会出现液体在固体表面上的扩展现象，即液体会在固体表面上形成一层薄膜。
这是因为液体分子与固体表面分子之间存在着吸引力，使得液体分子向固体表面靠拢。
这种现象被称为润湿现象。
润湿现象的强弱可以通过接触角来衡量，接触角越小，说明润湿性越好。
润湿现象在很多领域都有应用，比如涂料的涂布性能、纸张的吸墨性能等。
接下来，我们来讨论气体与液体的接触。
当气体与液体接触时，常常会出现气泡的形成。
气泡的形成是由于气体分子在液体中的溶解度低，当气体分子进入液体中时，会集聚在一起形成气泡。
气泡的大小和数量与气体溶解度有关，溶解度越低，气泡越大，数量越多。
气泡的形成对于我们理解气体溶解和释放的过程有着重要的意义，比如在饮料中的气泡就是二氧化碳气体的溶解和释放过程。
最后，我们来研究固体与气体的接触。
当固体与气体接触时，常常会出现吸附现象。
吸附是指气体分子在固体表面附着的现象。
这种现象是由于固体表面存在着吸附位点，吸附位点上的吸附力使得气体分子停留在固体表面。
吸附现象对于我们理解气体与固体的相互作用有着重要的意义，比如在催化剂中，吸附现象可以提高反应速率。
综上所述，界面现象是一种普遍存在的现象，涉及到液体、固体和气体之间的相互作用。
润湿、气泡形成和吸附是界面现象的三个重要方面，它们在不同领域都有着广泛的应用。
通过对界面现象的研究，我们可以更好地理解物质的性质和相互作用，为科学研究和工程应用提供参考。
界面现象
(Ⅳ)多孔吸附剂发生多分
子层吸附时会有这种等温 线。在比压较高时，有毛 细凝聚现象。例如在323K 时，苯在氧化铁凝胶上的 吸附属于这种类型。 (Ⅴ)发生多分子层吸附，
有毛细凝聚现象。例如
373K时，水汽在活性炭上 的吸附属于这种类型。
3.吸附经验式——弗罗因德利希公式
V
a
kp
n
n和k是两个经验常数，对于指定的吸附系
函数，或简称表面自由能或表面能，用符号
表示，单位为J· -2。 m
g
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。
表面张力
单位面积的表面功
单位面积的表 面吉布斯函数
在恒温恒压、各相中各物质的物质的量不变时，
dG g dAs
积分得
G g As
s
当系统内有多个界面，则有
化学吸附
1.吸附力是化学键力，一般较强。
2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在 40kJ/mol 以上。 3.吸附有选择性。 4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。
5.吸附是单分子层的。
总之，化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附 质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中
会出现新的特征吸收带。
液面正面图
2 弯曲表面下的附加压力
（2）在凸面上： 研究以AB为弦长的一个球面 上的环作为边界。由于环上每点 两边的表面张力都与液面相切， 大小相等，但不在同一平面上， 所以会产生一个向下的合力。 所有的点产生的总压力为 Δ P ，称为附加压力。凸面上受 的总压力为： Po+ Δ P Po为大气压力， Δ P为附加压力。 附加压力示意图
c2 2g l s M RT ln c1 r
《界面现象》课件
界面现象在其他领域的应用
界面现象在其他领域也具有广泛的应 用，如能源、材料和电子等。在能源 领域中，利用界面现象可以提高燃料 的燃烧效率和减少污染物排放。
VS
在材料领域中，利用界面现象可以制 备功能材料和复合材料，提高材料的 性能和功能。在电子领域中，利用界 面现象可以制备电子器件和集成电路 ，实现电子设备的微型化和高效化。
分子模拟方法
总结词
利用计算机模拟分子间的相互作用和运动， 预测界面现象。
详细描述
分子模拟方法是利用计算机模拟分子间的相 互作用和运动，从而预测界面现象的一种方 法。这种方法可以对分子间的相互作用进行 详细的模拟，从而深入理解界面现象的微观 机制。分子模拟方法需要具备较高的计算机 编程和数值计算能力，并且需要选择合适的 模拟算法和力场参数。
表面能
表面能是表面分子所具有的能量 ，它反映了表面分子间的相互吸
引力。
表面能的大小决定了物质表面的 稳定性，如液体的蒸发速度、晶
体表面的生长速度等。
表面能的应用包括表面改性、涂 层技术、纳米材料制备等领域。
表面活性剂
表面活性剂是一种能够显著降低 表面张力或界面张力的物质。
表面活性剂分子通常具有亲水基 团和疏水基团，能够在界面上形
计算机仿真方法
总结词
通过模拟系统整体行为，预测界面现象。
详细描述
计算机仿真方法是利用计算机模拟系统的整体行为，从而预测界面现象的一种方法。这 种方法可以对系统整体行为进行模拟，从而提供对界面现象的整体认识。计算机仿真方 法需要建立合理的仿真模型，选择合适的仿真算法和参数，并对仿真结果进行科学分析
。
交叉学科
此外，界面现象还与生物学、医学、环境科学等交叉学科密切相关。通 过跨学科的研究，可以拓展界面现象的应用领域，推动相关领域的发展 。
界面现象主要内容1界面与表面定义两相的接触面称为
第十章 界面现象主要内容 1.界面与表面(1)定义：两相的接触面称为界面；与气体接触的界面称为表面。
(2)界面（表面）的种类：2.液体的表面张力、表面功、表面吉布斯函数(1)表面张力是引起液体表面收缩的单位长度上的力，单位：N.m -1。
表面张力作用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。
2F l γ＝/(2)表面张力是使液体增加单位表面时环境所需做的可逆功，单位：J.m -2。
r s δ/d W A γ=(3)表面张力是系统增加单位面积时所增加的吉布斯函数变，单位：J.m -2。
,s ()T p G A γ∂=∂3.界面热力学公式只有一个相界面时：d U = T d S - p d V + γ d A s + ∑μB d n B d H = T d S + V d p + γ d A s + ∑μB d n B d A =-S d T - p d V + γ d A s + ∑μB d n B d G =-S d T + V d p + γ d A s + ∑μB d n B在定温、定压、定组成下：s d d G A γ= 则当系统内有多个界面时：s s i iiG A γ=∑4.界面张力的影响因素：界面张力取决于界面的性质，凡能影响物质性质的因素，对界面张力皆有影响。
(1)物质的本性：不同的物质，分子之间的作用力不同，对界面上分子的影响不同。
一般化学键越强，表面张力越大。
γ金属键>γ离子键>γ极性共价键>γ非极性共价键两种液态物质之间的表面张力一般介于两液体表面张力之间。
(2)温度：同一种物质的界面张力一般随温度的升高而减小。
(3)压力：一般压力升高表面张力下降。
5.弯曲液面的性质(1) 附加压力及毛细管现象：弯曲液面存在附加压力。
将弯曲液面内外压力差△P 称为附加压力。
附加压力∆ p 总是指向球面的球心（或曲面的曲心)。
2/p r γ∆=式中r 为弯曲液面的半径。
界面现象(1)
Hg
液-固界面
H2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
二、界面现象普遍存在 (1)润湿现象。 (2)毛细现象。 (3)固体表面的吸附作用。 (4)微小液滴易于蒸发。 (5)微小晶体易于溶解。
三、界面现象发生的条件 ●高度分散系统。
9
四、比表面（specific surface area） 比表面通常用来表示物质分散的程度。
(1)过饱和蒸气 ①什么是过饱和蒸气？
······· ······· ······· ······· ·······
凸面上受的总压力大于平面上的压力 凹面上受的总压力小于平面上的压力
2、附加压力的大小----拉普拉斯公式
例如，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。
外压为 p0 ，附加压力为 ps ，液滴所受总压为：
p0 ps
p总 p0 ps
对活塞稍加压力，将 毛细管内液体压出少许
(3)界面张力还与和它接触的另一相物质的性质有关 例如：水与苯的界面张力不同于水与乙醚的张力。
4、表面热力学的基本公式
根据多组分热力学的基本公式
dU TdS pdV BdnB
B
对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表 面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本 公式为
dU TdS pdV dAs BdnB
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 =(W1 W2 )g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW1
WWWWWWWWWWWW 222222222222
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
开尔文公式的应用
1.过饱和蒸气
p p0
小液滴气 液平衡线 正常气液 平衡线
T
A
g 露点：t小液滴 < t 0
恒温下，将未饱和的蒸 汽加压，若压力超过该 温度下液体的饱和蒸汽 压仍无液滴出现，则称 该蒸汽为过饱和蒸汽。 原因：液滴小，饱和蒸 汽压大，新相难成而导 致过冷。
人工降雨即是用飞机向水蒸气已达饱和的云层喷洒微小的AgI 颗粒，此时，AgI颗粒成为水的凝结中心，使新相(水滴)生成 所需的过饱和程度降低，使云层中水蒸气容易凝结而下雨。
p pl pg 0
16
（3）、凹面液体 表面张力的合力指向液体外部。
Δp：提升力 σ l-g l dA
σ l-g
p pl pg 0
弯曲液面附加压力的大小与液体表面张力及液面曲率半径 之间的关系符合（此处特指球面： ）
拉普拉斯方程
2 P r
r: 弯曲液面的曲率半径 附加压力与曲率半径成反比,其方向指向曲率中心 当r一定时, P与成正比 凸形液面: r>0, P>0， Pl>Pg，指向液体 凹形液面: r<0,P <0， Pl<Pg ,指向气体
25
1.物理吸附与化学吸附 按吸附质与吸附剂间作用力本质的不同，可将吸 附分为物理吸附与化学吸附。 物理吸附时，两者分子间以范德华引力相互作用； 在化学吸附中，两者分子间发生部分或全部的电子 转移，是以化学键相结合。
由于这两种吸附分子间的作用力有本质上的不 同，所以表现出许多不同的吸附性质。
26
性质 Va 物 理 吸 附 过 渡 状 态 0
－表面张力，沿着液体表面,垂直作用于单位长度 线段上的紧缩力，单位N ·m-1
7
(a)
(b) 表面张力存在
8
另一方面，当用外力F，使金属丝非常缓慢地向下移动 dx ，皂膜面积增大dAs，则表面张力作可逆表面功：
δ' Wr' Fdx 2 l dx dAs
δ Wr' dAs
pe h r r
21
例1〕将正丁醇（摩尔质量 M＝0.074kg· mol-1）蒸气 聚冷至 273K，发现其过饱和度约达到4时方能自行 凝结为液滴，若 273K时正丁醇的表面张力 σ＝ 0.0261N· m-1，密度 ρ＝1×103kg· m-3 ，试计算 （a）在此过饱和度下所凝结成液滴的半径 r ； （b）每一液滴中所含正丁醇的分子数。 解: （a）过饱和度即为 Pr P ，根据开尔文公式
3、 、 AS皆可变时： dAS AS d 0时为自发。
如润湿现象
13
讨论2：定T 定p、组成恒定的分散过程热力学
Gibbs函数变： 恒定时积分
G AS
G2
G1
dG dAS
A 1
A2
ΔAS增加时 ，ΔG 增大，∴为非自发。 分散过程的熵变：
G S AS T p,n T p ,n
5
液体内部分子对它的吸引力， 远远大于液面上蒸气分子对于它的 吸引力。使表面层分子受到指向液 体内部的合力。 因而液体表面的分子总是趋向 移往液体内部，力图缩小表面积。
为什么小液滴总是呈球形－因为球形表面积最小，
肥皂泡要用力吹才能变大－扩大表面积需要对系统 作功。
6
肥皂膜
l
dx
无摩擦、可自由活动
9
G δWr' F dAs 2l As T, p
表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表 面吉布斯函数三者的数值 、量纲等同，但它们有不 同的物理意义，是从不同角度说明同一问题。
2. 热力学公式
对一般多组分体系，未考虑相界面面积时：
G f (T, p,nB , nC , nD )
随T 的变化率为负，当ΔAS增加时 ，ΔS 增大。
T T p,n 分散过程的焓变： H G T S AS
ΔAS增加， ΔH亦增大，为吸热过程
14
3.影响表面张力的因素
表面张力与物质的本性有关,分子之间的作用力 越大则表面张力也越大. (金属)> (离子)>(极性)>(非极性) 与接触相的性质有关 温度增加 , 分子之间的作用力减弱 ,所以大多数 物质的表面张力也都将减小 与溶液的组成有关
绿叶具有大的质量表面，提高了光合作用的量子 效率；
固体催化剂的催化作用，在于其高活性的表面； 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。
4
1.液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数
物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以 气-液表面分子与内部分子受力情况为例，如左下图。 液体内部的任一分子，皆处于 同类分子的包围之中，平均来看， 该分子与周围分子间的吸引力是球 形对称的，各个方向上的力彼此抵 消，其合力为零。然而表面层的分 子处于不对称的环境中。
为表面变化的方向提供热力学判断准则
12
dG dG s dAS AS d
1、 一定时： dAS<0 时为自发。即一定的体系，表 面积减小的方向为自发方向；如小液滴的自发合并 长大。 2、AS一定时：Asd <0 时为自发。即AS一定的体系 ， 表面张力减小的方向为自发方向；如吸附现象。
20
(2)过热液体
指按照相平衡的条件，应当沸腾而不沸腾的液体。液体沸 腾时，除了在液体表面上进行气化外，在液体内部还要自动地 生成微小的气泡。液面下 h 处形成小 气泡的条件是该气泡必 须能承受大气压 pe，液体的静压力mgh及附加压力Δp三者之 和。在正常沸点时，其饱和蒸气压 p' < pe+mgh+ Δp ,不能形 成小气泡，液体并不沸腾。 为防止暴沸，可事先加入一些沸石、素烧瓷 片等物质。因为这些多孔性物质的孔中存在 着曲率半径较大的气泡，加热时这些气体成 为新相种子（气化核心），因而绕过了产生 极微小气泡的困难阶段，使液体的过热程度 大大降低。
F
若用钢丝制成一框架，如上图。一边为可以自由活动的金属 丝，将此金属丝固定后，使框架沾上一层肥皂膜，若放松金属 丝，肥皂膜会自动收缩以减小表面积。 要使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小与金属丝 长度 l 成正比，比例系数 。因膜有两个表面，故有：
F 2 l 即
F 2l
(8 - ) P0 RTr RTr
－开尔文方程
P0,Pr:平液面与弯曲液面的饱和蒸汽压; M, 液体的摩尔质量与液体的密度 :表面张力;r弯曲液面的曲率半径 凸形液面: r >0, Pr> P0 凹形液面:r<0, Pr<P0 P(凸形液面) >P(平面)>P(凹形液面)
可理解为：使液体增加单位表面时环境所需作的 可逆功，称比表面功。 单位：J ·m-2。
因为，恒温，恒压下，可逆非体积功，等于系统的吉布斯 函变： '
δWr dGT, p dAs
所以：
G δWr' F dAs 2l As T, p
等于系统增加单位面积时，吉布斯函数的增加， 所以， 也称为比表面吉布斯函数。单位 J ·m-2
dG SdT Vdp μBdnB
B
dU TdS pdV μBdnB
B
dH TdS Vdp μBdnB
B
dA SdT pdV μBdnB
B
10
当体系作表面功时，G 还是面积As的函数
G f (T , p, n B, n C, n DAS )
17
2、毛细现象
毛细管插入液体中，管内外液面形成高度 差的现象－毛细现象
当玻璃管插入汞中 当玻璃管插入水中
毛细管现象的原因是由于有表面张力的存在。农民锄地，不 仅铲除了杂草，也破坏了土壤中的毛细管，可以防止水分沿 毛细管升到地面而蒸发。
18
三．弯曲液面上的蒸气压－开尔文方程
实验表明，微小液滴的饱和蒸气压高于平面液体的饱和蒸气 压，这说明，蒸气压不但与温度，压力与物质本性有关，还 与液滴的大小，即其曲率半径有关。
微小液滴更易于蒸发。
产生表面（界面）现象的原因
2
例 ：
直径为 1cm的 球型小水滴
分成 1018个
直 径 10nm 的 圆球形小液滴
表面积： 3.1416cm
2
表面积相 差 106倍
总表面积 314.16m2
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。
3
高的表面能必将引起特殊的表面性质。 人脑的总表面积比猿脑大10倍；
dG SdT Vdp dAs μBdnB
B
dU TdS pdV dAs μBdnB
dH TdS Vdp dAs μBdnB
B
B
dA SdT pdV dAs μBdnB
B
G U H A As T, p, nB( α) As S,V, nB( α) As S, p, nB( α) As T,V, nB( α)
11
dG SdT Vdp dAs μBdnB
B
讨论1
在T,P,n一定,则dG=dAs
设在等温等压下内部分子移到表面，使系统表面积自一可 忽略的面积增加到As，表面吉布斯函数自G0s增加到Gs
将上式积分：
s
Gs
s G0
dG
AS
0
dAS
G AS
dG dG s d ( AS ) dAS AS d