表面物理化学部分的一些解释(1)
肥皂泡中的表面物理化学
Pa Pb 0 即凸泡内压强小于凹泡，故将 两泡连通时，结果与上页情况 相反，凹泡将气体压入凸泡， 凹泡变得更凹，凸泡变得更凸。
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让我们一同想象一下，如果将长度大于临 界长度的凹泡与凸泡接在一起会有什么现 象发生呢？
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如图所示，这样的一个柱形泡（长 与底面半径之比大于6:1）是不稳定的， 在有轻微扰动时，泡的一端会收缩， 而另一端就鼓起，崩溃为一大一小 两个泡。
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——Laplace
小小的肥皂泡，竟蕴藏着这么多美 妙的现象和知识，它无声地向我们证明 了世间的一切事物都蕴藏着无尽的奥妙， 等待着我们去探索，去发现！
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参考文献：
1、《表面的物理化学》
2、《表面物理化学》
【美】A.W.亚当森
谈慕华、黄蕴元 著
3、 Soap Bubbles and the Forces that Mould Them C.V.Boys
表面张力与表面自由能有什么关系呢？
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沿图中箭头方向对金属丝施加一力，
若作用于单位长度上的力，
即表面张力以γ表示，
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则金属丝向箭头方向移动 dx 距离所需之功为
W= γl dx （1 ）
W= γl dx
（1）
同样，（1）式也可写成
W =γdA （ 2）
其中dA = l dx ，代表面积的变化。
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于是，我们想到，对于圆柱形液体的情 况是否也是如此呢？
这张真空中液流的照片回答了我们的问题 这张照片说明了柱长大于 临界长度的圆柱形液柱确 实是不稳定的，由于液流 收缩，会逐渐断裂成大小 交替的液滴。
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物理化学解释
物理化学解释物理化学是研究物质的物理性质和化学性质之间的关系的学科。
它涉及到物质的组成、结构、性质和变化的研究。
下面是物理化学的一些重要概念和解释：1. 粒子：物质由粒子组成，这些粒子可以是原子、分子、离子或其他微观粒子。
物质的性质和行为取决于这些粒子的结构和相互作用。
2. 分子结构：分子是物质的最小可分辨单位，由原子通过共价键或离子键连接而成。
物质的性质和行为受分子的结构和组合方式的影响。
3. 化学键：化学键是原子之间的相互作用力，可以是共价键、离子键或金属键。
化学键的强度和类型会影响分子的稳定性和性质。
4. 反应动力学：反应动力学研究化学反应的速率和机制。
它涉及到反应速率的测量、反应速率方程的推导和反应机制的解释。
5. 热力学：热力学研究能量在物质转化过程中的变化和传递。
它包括热力学定律、热力学函数（如焓、熵和自由能）以及热力学平衡条件的研究。
6. 平衡态：平衡态是指系统中各组分的浓度、温度和压力等参数不再发生变化的状态。
平衡态的研究可以帮助理解反应的驱动力和平衡常数的确定。
7. 量子力学：量子力学是描述微观粒子行为的物理学理论。
它提供了解释原子和分子结构、光谱学和化学反应等现象的基础。
8. 表面化学：表面化学研究物质的表面和界面的性质和反应。
表面化学在催化、电化学和材料科学等领域有重要应用。
9. 电化学：电化学研究电荷在物质中的转移和化学反应与电流之间的关系。
它涉及到电解过程、电池和电解质溶液等方面的研究。
10. 光谱学：光谱学研究物质与电磁辐射之间的相互作用。
它提供了分析物质的结构、组成和性质的重要手段。
以上是物理化学的一些重要概念和解释，它们帮助我们理解物质的本质和行为，并为解释和应用化学现象提供了理论基础。
物理化学各章概念总结、公式总结电子版1 表面化学与胶体
第8章 表面化学与胶体8．1 重要概念和规律1．比表面能与表面张力物质的表面是指约几个分子厚度的一层。
由于表面两侧分子作用力不同，所以在表面上存在一个不对称力场，即处在表面上的分子都受到一个指向体相内部的合力，从而使表面分子具有比内部分子更多的能量。
单位表面上的分子比同样数量的内部分子多出的能量称为比表面能(也称比表面Gibbs函数)。
表面张力是在表面上的相邻两部分之间单位长度上的相互牵引力，它总是作用在表面上，并且促使表面积缩小。
表面张力与比表面能都是表面上不对称力场的宏观表现，即二者是相通的，它们都是表面不对称力场的度量。
它们是两个物理意义不同，单位不同，但数值相同，量纲相同的物理量。
2．具有巨大界面积的系统是热力学不稳定系统物质表面所多余出的能量γA称表面能(亦叫表面Gibbs函数)，它是系统Gibbs函数的一部分，表面积A越大，系统的G值越高。
所以在热力学上这种系统是不稳定的。
根据热力学第二定律，在一定温度和压力下，为了使G值减少，系统总是自发地通过以下两种(或其中的一种)方式降低表面能γA:①在一定条件下使表面积最小。
例如液滴呈球形，液面呈平面；②降低表面张力。
例如溶液自发地将其中能使表面张力降低的物质相对浓集到表面上(即溶液的表面吸附)，而固体表面则从其外部把气体或溶质的分子吸附到表面上，从而改变表面结构，致使表面张力降低。
3．润湿与铺展的区别润湿和铺展是两种与固—液界面有关的界面过程。
两者虽有联系，但意义不同。
润湿是液体表面与固体表面相互接触的过程1因此所发生的变化是由固—液界面取代了原来的液体表面和固体表面。
润湿程度通常用接触角表示，它反映液、固两个表面的亲密程度。
当θ值最小(θ=0o)时,润湿程度最大，称完全润湿。
铺展是指将液体滴洒在固体表面上时，液滴自动在表面上展开并形成一层液膜的过程，因此所发生的变化是由固—液界面和液体表面取代原来的固体表面。
铺展的判据是上述过程的∆G:若∆G<0,则能发生铺展；若∆G≥0，则不能铺展。
物理化学界面第9章 表面现象总结
第9章表面现象和胶体化学1 基本概念1.1界面和表面不同物质或同种物质的密切接触的两个相之间的过渡区叫界面，如液态水和冰的接触面，水蒸气和玻璃的接触面等等。
表面是指固体对真空或固体和液体物质与其自身的蒸气相接触的面。
显然，表面包括在界面的概念之内，但通常并没严格区别两者，“表面”和“界面”互相通用。
1.2 表面能、表面函数和表面功表面上的物质微粒比他们处于体相内部时多出的能量叫表面能或总表面能。
由于表面的变化通常在等温等压条件下进行，因此这时的表面能实际上就是表面吉布斯函数。
在等温等压下且组成不变的条件下以可逆方式增加体系的表面积时所做的非体积功叫表面功，它在量值上等于表面吉布斯函数。
1.03 表面张力（比表面能）简单的说，表面张力就是单位面积上的表面能量，即比表面能，因为它与力有相同的量纲，故叫表面张力。
实际上，表面张力是表面层的分子垂直作用在单位长度的线段或边界上且与表面平行或相切的收缩力。
1.04 附加压力弯曲液面下的附加压力是指液面内部承受的压力与外界压力之差，其方向指向曲面球心。
1.5 铺展和铺展系数某一种液滴在另一种不相溶的液体表面上自行展开形成一层液膜的现象叫铺展，也叫展开。
铺展系数就是某液滴B在液体A的表面上铺展时比表面吉布斯函数的变化值，常用符号为S B/A1.6 湿润凡是液体沾湿在固体表面上的现象都叫润湿，其中又分为铺展润湿（液体在固体表面上完全展开），沾湿湿润（液体在固体表面形成平凹透镜）和浸没湿润（固体完全浸渍在液体中），三种湿润程度的差别是：浸没湿润〉铺展湿润〉沾湿湿润1.7 沾湿功和湿润功在定温定压下，将单位面积的固-液界面分开时外界所做的可逆功叫沾湿功。
这一概念对完全不相溶的两种液体间的界面也适用。
结合功是指定温定压下，将单位面积的液柱拉开时外界所做的可逆功，又叫内聚功。
它是同种分子相互吸引能力的量度。
1.08 接触角液体在固体表面达到平衡时，过三相接触点的切线与固-液界面所夹的最大角叫平衡接触角或润湿角，常用符号θ。
大学物理化学第13章 表面物理化学(1)
第13章表面物理化学1.恒温恒压下，将一液体分散成小颗粒液滴，该过程液体的熵值将：( )A、增大；B、减小；C、不变；D、无法判定2.用同一滴管分别滴下1cm3的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴数多少的次序为：( )A、三者一样多；B、水 > 乙醇水溶液 > NaOH水溶液；C、乙醇水溶液 > 水 > NaOH水溶液；D、NaOH水溶液 > 水 > 乙醇水溶液；3.在相同的温度及压力下，把一定体积的水分散成许多小水滴，经过这一变化过程，以下性质保持不变的是：( )A、总表面能；B、比表面；C、液面下的附加压力D、表面张力4.直径为1×10-2m的球形肥皂泡所受的附加压力为（已知表面张力为0.025N·m-1）( )A、5 Pa；B、10 Pa；C、15 Pa；D、20 Pa5.将一毛细管插入水中，毛细管中水面上升5cm，在3cm处将毛细管折断，这时毛细管上端：( )A、水从上端溢出；B、水面呈凸面；C、水面呈凹形弯月面；D、水面呈水平面；6.微小晶体与普通晶体相比较，性质不正确的是：( )A、微小晶体的饱和蒸气压大B、微小晶体的溶解度大C、微小晶体的熔点较低D、微小晶体的溶解度较小7.当水中加入表面活性剂后，将发生：( )A、d/da < 0 正吸附；B、d/da < 0 负吸附；C、d/da > 0 正吸附；D、d/da > 0 负吸附；8.把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许距离，小心地在中间滴一滴肥皂水，则两纸条间距离将：( )A、增大；B、缩小；C、不变；D、以上三种都有可能9.水不能润湿荷叶表面，接触角大于90°，当水中加入皂素后，接触角将：( )A、变大B、变小C、不变D、无法判断10.表面活性剂具有增溶作用，对增溶作用说法不正确的是：( )A、增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低；B、增溶作用是一个可逆的平衡过程；C、增溶作用也就是溶解作用；D、增溶作用与乳化作用不同11.多孔硅胶有强烈的吸水性能，硅胶吸水后其表面Gibbs自由能将：( )A、变大B、变小C、不变D、无法判断12. Langmuir吸附等温式满足的条件下，下列不恰当的是：( )A、固体表面是均匀的；B、吸附质分子之间的相互作用可忽略不计；C、吸附是多分子层的；D、吸附热不随吸附量改变；13.对于物理吸附的描述中，不正确的是：( )A、吸附力来源于范德华力，其吸附一般不具有选择性；B、吸附热较小；C、吸附层可以是单分子层或多分子层；D、吸附速率较小；14.称为催化剂毒物的主要行为是：( )A、和反应物之一发生化学反应；B、增加逆反应的速率；C、使产物变得不活泼；D、占据催化剂的活性中心；15.已知水溶解某物质以后，其表面张力与溶质的活度a呈如下关系式中为纯水的表面张力，A、B为常数，则溶液的表面过剩为：A、 B、 C、 D、16.一般来说，物理吸附的吸附量随温度升高而，化学吸附的吸附量随温度升高。
物理化学中的表面化学和界面反应
物理化学中的表面化学和界面反应物理化学是研究物质内部原子、分子、离子、电子等微观粒子之间相互联系和相互作用的科学。
表面化学作为物理化学的一个重要分支，研究的对象是在物质的表面和界面上发生的化学过程。
物质的表面和界面具有不同于其体积的化学和性质，而表面化学和界面反应又是解释表面和界面特性及其应用的重要工具。
下面将从表面化学和界面反应两个方面进行讨论。
一、表面化学表面化学主要研究物质表面的性质和表面反应，包括表面性质可控性、界面现象、表面结构及性质的表征方法等方面。
表面是物理、化学、生物学等学科的交叉参考区域，在材料、环境、生命等领域得到广泛应用。
1. 表面性质可控性表面化学中的一个主要问题是如何控制表面性质。
在工业生产中，通过表面改性和涂层可以改变或增强材料的一些性质。
而表面性质可控性的实现需要先掌握表面性质的测量方法，例如，接触角法、表面扫描量热法、拉曼光谱等。
而后，通过改变实验条件和反应体系等方法，实现表面性质的控制。
2. 界面现象在液态分子之间存在分子间相互作用力，这种相互作用力决定了跨越两个相界面的物种在不同相中的分配情况。
界面现象包括了润湿、吸附、表面扩散和表面张力等现象。
润湿是指一个液滴与固体表面相互作用以确保其黏附并最大化其表面面积的过程。
吸附是指固体或液体表面上含有大量吸附分子的状态。
表面扩散是表面扩散到固体表面上的分子传输的过程。
表面张力是液体表面弹力的结果，由于表面的少数分子具有表面能更高而导致液体表面充满能被认为是一个紧张的物系中，其位于底部的液体颗粒并不具有那么高的能量而感受到整个系统的拉力。
3. 表征方法表面结构与性质的表征方法是表面化学方法的重要组成部分。
常见的表面结构表征方法包括X射线衍射、表面等温线、表面张力、反射吸收、拉曼散射等。
而对于表面性质，其表征方法包括接触角测定、吸附测定、表面扫描量热等。
二、界面反应界面反应是指两个或更多相之间的反应过程，例如气-固、气-液、固-液等。
物理化学-表面物理化学
正吸附作用：平衡后，对于表面活性物质来说，它在表面层中所含比例要大 于它在本体溶液中的比例，即发生正吸附作用。
负吸附作用：平衡后，对于表面活性物质来说，它在表面层中所含比例要小 于它在本体溶液中的比例，即发生负吸附作用。
表 面 压：可以理解为是对浮片所产生的二维压力，其数值等于纯水的表面 张力与膜表面张力之差。
第十三章 表面物理化学
一、名词解释 比 表 面：即单位质量物质的表面积。
界 面：密切接触的两相间的过渡区，称为界面。如果其中一项为气相，这 种界面通常称为表面。
表面张力：在一定温度和压力下，垂直于单位长度的边界与表面相切，并指向 固体方向的力，称为表面张力，单位N/m。
表面自由能：在等温等压下，组成恒定的封闭系统，可逆的改变单位表面积， 所引起吉布斯自由能的变化值。用γ表示，单位为J·m-2。 ---------- 狭义 在指定各项应变量不变的情况下，每增加单位表面积时，系统热 力学能或Gibbs自由能等热力学函数的增值。 ---------- 广义
接 触 角：当系统达到平衡时，在气液固三相交界处，气液界面与固液界面的夹角。
二、重要知识点
1、比表面（A0） 表示：多相分散体系的分散程度。
定义：
单位质量物质的表面积
单位体积物质的表面积
2、表面张力
由于有前后两面 液气界面
F= 2γl 式中：γ称为表面张力，其单位为N·m-1
3、安托诺夫（Antomoff）规则
体积不变。则ΔG2
+γ·As
过程（3）是小液滴挥发，气相和液相的化学势相同，但小液滴表面消失， 则 ΔG3=-γ·As
解释的现象： （1）蒸汽中若不存在凝结中心，则可பைடு நூலகம்达到很大的饱和度。 （2）加沸石可以防止暴沸。
几个常见现象中蕴含的表面物理化学知识
几个常见现象中蕴含的表面物理化学知识日常生活中，我们对见到的一些现象可能已经习以为常，认为它们理应如此，但是为什么会这样，就没有过多地去想了。
例如，下过雨后，我们见到树叶上、草上的小水珠都接近于球形；如果不小心打碎了体温计后，里面的水银掉到桌上、地上也呈球形。
毛巾下端浸水后，使得整条毛巾变湿。
另外中学课堂经常表演一个小魔术：先准备一杯水，然后小心地把一枚针水平放置在水面上，结果发现针浮在水面上而不沉于杯底，并且在针下面的水面上形成一个凹面。
所有这些现象其实都与表面张力有关。
事实上，自然界中的许多现象都与表界面的特殊性质有关。
本文将选取几个日常生活中的常见现象，参考天津大学物理化学教研室编写的《物理化学》教材，应用表界面物理化学的基本原理，对表面的特殊性质进行分析和讨论。
实例一：吹胀的肥皂泡成球形，不再吹时会变小；自来水管口滴下的水滴、室外的露珠皆呈圆球形。
自然界中的物质一般以固、液、气三种相态存在。
不同相态相互接触即产生界面，常见界面有气—液、液—液、气—固、固—液和固—固等。
习惯常将气—液、气—固界面叫做液体表面和固体表面。
图1 液体的表面层分子与内部分子受力情况示意图以气-液体系为例，液体的表面层分子与内部分子所处的环境不同，如图1所示。
在液体内部的任一分子，均处于同类分子的包围中，因此平均来看，体相内部的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。
但是处于表面层的分子，由于气相密度比体相低，液面上方蒸气分子对表面层分子的吸引力远远小于液体内部分子对它的吸引力，使得表面层分子恒受到指向液体内部的拉力，因而液体表面就如同一层绷紧了的弹性膜。
这种引起液体表面收缩的单位长度的力，我们称为表面张力，单位N.m-1。
它的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直。
如果是水平液面，表面张力就在这个平面上，如图2所示。
假设用细钢丝制成一个框架，其一边是可自由活动的金属丝（无摩擦）。
将此金属丝固定后使框架蘸上一层肥皂泡。
物理化学第十章表面现象
P = P 0 P
图10－8 弯曲液面的附加压力
§10-3 弯曲液面的附加压力和毛细现象 这种弯曲液面内外的压力差,就称之为附加压力,用 P 来表示。
P = P内 P外 = P P 0
附加压力的方向总是指向曲率中心。 二、拉普拉斯（Laplace）方程 附加压力的大小与弯曲液面曲率半径有关 。
Ga = γ s l (γ s g + γ l g ) = Wa'
图10-4 沾湿过程
§10-2 润湿现象与接触角
则此过程中， Wa' 即称为沾湿功。 对于一个自发过程来讲， Wa' > 0 。 Wa' 外
W a' 所做的最大功。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是液固沾湿时，系统对
值愈大，液体愈容易润湿固体。
（2）浸湿（immersional wetting） 所谓浸湿是指当固体浸入液体中，气—固界面完全被 固—液界面所取代的过程。如图10-5所示： 在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体 浸入液体中，气—固界面转变为液固界面，在该过 程中吉布斯函数的变化值为 Gi = γ s l γ s g = Wi
γ s g = γ s l + γ l g cos θ
cos θ =
γ
sg
γ
sl
γ l g
1805年杨氏（TYoung）曾得到此式，故称其为杨氏方程。 1）当 θ > 90 0 时， cosθ < 0 即 γ s g < γ s l
G = γ s l γ s g > 0
γ s g > γ s l 2）当θ < 90 0 时， θ > 0 cos 液体润湿固体过程中能自动发生，液体有扩大固—液界面的趋势，
物理化学第八章表面现象
见右图，液体内部分子受到的 力彼此抵销，但表面分子受到指 向液体内部的力，所以表面分子 有进入液体内部的倾向。 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。
二、表面吉布斯函数与表面张力
二、毛细管现象
将毛细管插入液体中，如果液体润湿管壁，则液 面成凹液面，液体将在管内升高；如果液体不润湿 管壁，液面成凸液面，液体将在管内下降。这种现 象称为毛细（管）现象。
h
h
二、毛细管现象
毛细管中液面上升高度可 用下式求算：
2 gh p r
2 cos h gR
θ称为接触角。
2、在凸面上 显然表面张力的合力指向球心， 内部分子所受压力大于表面分子。 ΔP = Pin - Pex >0 3、在凹面上 表面张力的合力仍然指向球心， 但内部分子所受压力小于表面分 子。 ΔP = Pin - Pex <0 ΔP ΔP
一、弯曲表面下的附加压力
1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径 之间的关系式：杨-拉普拉斯公式
pex
h
2 2 1.250 7 5 10 (pa) 8 r 5 10
d
压力如此之大，气泡难以存在，但炉壁为多孔砖， 已有半径较大气泡存在，实际附加压力并不很大。
二、毛细管现象
润湿和不润湿： 若液体能够在固体表面铺展，则称该液体对该固体 能够润湿（后面还要讲到）。
润湿
不润湿
一、微小液滴的蒸汽压与人工降雨 二、纯液体的凝固点和过冷现象 三、微小晶粒的溶解度与过饱和溶液 四、过热液体与爆沸现象 五、亚稳状态与金属热处理
表面物理化学
一、表面张力与表面能
(1) 表面张力：液体表面存在着自动 缩小的趋势，或者说表面恒有一种抵 抗扩张的力，即表面张力，用符号σ 表示，其物理意义是垂直作用于单位 长度相表面上的力。单位为：N ·m-1。
表面活性物质：能显著降低水表 面张力的物质 它所引起液体表面的吸附是正吸附。 表面惰性物质：能使水的表面张 力升高的物质 它所引起液体表面的吸附是负吸附。
2. 表面活性物质 结构特征：具有两亲性集团是表 面活性物质在分子结构上的共同特 征。一类是极性基团(亲水基或疏油 基)，如―OH、―COOH 、―NH2、 ―SH、―COONa 、― SO3Na等； 另一类是非极性基团（亲油基或 疏水基）如直链或带支链的有机羟 基
(二) 液体表面的吸附和表面活性物质 1. 液体表面上的吸附 液体表面也会因某种溶质的加入 而产生吸附。在一定温度下，纯 液体的表面张力为一定值，若在 纯液体(如水)中加入某种溶质， 有两种情况。
(1) NaCl、KNO3等无机盐类以及 蔗糖、甘露醇等多羟基有机物 溶于水，可使水表面张力稍微 升高； (2) 肥皂、烷基苯磺酸盐(合成洗 涤剂)进入水中，在一定范围 内，使水的表面张力显著降低。
(3) 吸附原因：若加入的溶质能降低 溶剂表面张力，从而降低体系表面能， 则溶液表面层中将保留更多的溶质分子 （或离子），其表面层的浓度大于溶液 内部的浓度，这种吸附称为正吸附（简 称吸附）；反之，若加入的溶质将增高 溶剂的表面张力，则溶液表面层将排斥 溶质分子(或离子)，使其尽可能进入溶 液内部，此时溶液表面层的浓度小于其 内部浓度，这种吸附称为负吸附。
物理化学全程导学及习题全解287-304 第十三章表面物理化学
第十三章 表面物理化学本章知识要点与公式 1.表面张力及表面Gibbs 自由能 B B B B,,n ,,n ,,n ,,n s s s s S V S p T V T p U H A G A A A A γ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂====⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 2.弯曲表面上的附加压力和蒸气压 （1）Young -Laplace 公式：''1211R R s p γ⎛⎫=+⎪⎝⎭上式表示附加压力与球曲率半径及表面张力的关系。
若是球面，'''12'2, s R R R p R γ===若为平面，则'1R 和'2, 0s R p →∞→。
毛细管内液柱上升（或下降）的高度（h ）计算方法。
2cos h R gγθρ=∆（θ为液体与管壁之间的接触角，11g ρρρρ∆=-≈ ） （2）弯曲表面上的蒸气压—Kekvin 公式''0022ln r p M p MRT p p R RTR γγρρ∆==简化式： 3.溶液的表面吸附 Gibbs 吸附公式 22d d 2a RT a γΓ=-若2d 0,0d 2a γ〈Γ〉则，是正吸附，表面活性物质；若22d 0,0d a γ〉Γ〈则，是负吸附，非表面活性物质。
4.液—固界面——润湿作用 杨氏润湿方程：cos s g l sl gγγθγ----=当090o o θ≤〈时，液体能润湿固体， 0o θ=时，液体完全润湿固体。
当90180o o θ〈≤时，液体不能润湿固体， 180o θ=时，液体完全不能润湿固体。
粘湿功()1cos a g s g l l s g l W γγγγθ----=+-=+ 浸湿功cos i g s l s g l W γγγθ---=-=铺展系数()cos 1g s g l l s g l S γγγγθ----=--=- 5.固体表面吸附 Langmuir 等温式：m m11ap p pap V V a V θ==++或 混合气体的Langmuir 吸附等温式：B 1B BB BBa p a p θ=+∑Fieundlich 等温式：1nq kp = BET 吸附公式（=常数公式）：()()11pms s C V V p p p C p =⎡⎤-+-⎢⎥⎣⎦eMKHH T 方程式：()ln o m V RT A p V θα== 通过Clausius -Clapeyron 方程式求化学吸附热2ln Q RTq p T ∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭ 6.气－固相表面催化反应单分子反应2A A 2A A A 1k a pr k a p θ==+（假定产物的吸附很弱）若A p 低，A A 1a p ，则2A A A r k a p kp ==，一级反应； 若A p 高，A A 1a p ，则2r k =，零级反应； 若A p 适中，2A AA A1k a p r a p =+，介于0~1级之间。
物理化学第十三章表面物理化学
第Ⅲ类，溶液表面张力在溶质浓度很低时 急剧下降，至一定浓度后溶液表面张力随浓度 变化很小。属于这一类的溶质主要是含长碳链 的羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐、苯磺酸盐和季铵 盐——表面活性剂。
→分子间作用力减小→表面张力减小。
Vm2 3 k Tc T 6.0
式中，Tc为临界温度。
可见：当温度趋于临界温度时，饱和液 体和饱和蒸气性质趋于一致，相界面消失， 液体表面张力趋于零。
（4）压力影响 压力增大，一般使界面张力下降：压
力增加→气相密度增加→两相间密度差 减小。
对于固体和液体表面下降幅度很小。
对于凸面：表面张力的合力方向是指 向液体内部；则P内=P外+Ps
对于凹面：表面张力的合力方向是指 向液体内部；则P内=P外-Ps
故：对于凸面：附加压力Ps = P内- P外 对于凹面：附加压力Ps = P外- P内
附加压力产生的原因：表面张力的存在。
二、附加压力的计算
对于曲率半径为R´的小液滴或液体中的小
五、 弯曲液面上的蒸气压 开尔文公式
微小液滴因具有较大的比表面，因而其饱 和蒸气压要比平面液体高。其值与物质的本 性、温度、压力、液滴的大小有关。
RT
ln
pg
p
0 g
2M R
（开尔文公式）
pg0：平面液体的饱和蒸气压，pg为非平面
液体的饱和蒸气压；、M和R分别为液体的
密度、摩尔质量和液滴半径。
气泡：
ps
2
R
___球面条件下的杨-拉普拉斯公式 。 小结：
物理化学-表面现象讲义
表面现象
表面积和表面吉布斯能
• 表面积 • 表面吉布斯能和表面张力 • 表面的热力学关系式 • 影响表面吉布斯能的因素
2020/4/19
表面和界面
界面： 即相界面，是指两相之间几个分子厚度的过渡区。 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。 表面： 若两相中有一相为气体，这种相界面习惯称为表面。 包括气-液界面，气-固界面。
表面吉布斯能和表面张力
如果要把分子从内部移到界面，就必须克服体系内 部分子之间的作用力，即环境对体系做功。
表面功：T,p,n恒定时，可逆使表面积增加dA所需要 对体系作的功。即 -W’= dA 当表面积变化较大时，- W’= A
为T，P及n恒定的条件下，可逆增加单位表面积 时环境对体系做的表面功。
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表面吉布斯能和表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力， 垂直与表面的边界，指向表面的中心并与表面相切， 或者作用于表面上任一条线的两侧，垂直于该线，沿 着液面拉向两侧。
F=l’= 2l
l
F
F
2l
表面张力()：
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表面吉布斯能和表面张力 如果在金属线框中间系一线圈，浸入肥皂 液后，上面形成一液膜。由于以线圈为边 界的两边表面张力大小相等方向相反，所 以线圈成任意形状可在液膜上移动。
表面张力不在一个平面 上，产生个指向液体外 部的合力 p
杨拉普拉斯公式
1805年Young-Laplace导出了p与r之间的关系式
可逆使实心液滴半径增大dr。
根据体积功定义： -W’= p dV
根据表面张力定义： -W’= dA
V 4 r 3 dV 4r 2dr 3
化学表面物理化学和表面改性的研究
化学表面物理化学和表面改性的研究化学表面物理化学和表面改性的研究是一门探讨物质表面性质、现象和应用的科学。
它涉及到界面科学、材料科学、化学工程等多个领域，具有广泛的应用前景。
下面将详细介绍与化学表面物理化学和表面改性相关的知识点。
1.表面张力表面张力是液体表面层分子间相互作用力的宏观表现。
它导致液体表面呈现出收缩的趋势，对液体滴的形成、液体的润湿等现象产生重要影响。
2.吸附现象吸附现象是指固体表面与溶液或气体接触时，溶质分子或气体分子在固体表面上的附着过程。
吸附可分为物理吸附和化学吸附两种，前者主要表现为分子间的范德华力，后者则涉及到化学键的形成。
表面能是固体表面单位面积与完美固体内部能量差的概念。
表面能的大小反映了固体表面分子间相互作用力的强弱，对物质的润湿、附着等现象具有决定性作用。
4.表面活性剂表面活性剂是一类具有显著降低溶液表面张力作用的物质。
它们在界面形成单分子层或胶束结构，广泛应用于洗涤剂、乳化剂、润湿剂等领域。
5.表面改性表面改性是指通过物理、化学或机械等方法改变固体表面性质的过程。
表面改性技术包括涂层、化学气相沉积、等离子体处理等，可提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、附着性等。
6.界面电化学界面电化学研究的是电化学反应在界面上的进行情况。
界面电化学在电镀、腐蚀与防护、传感器等领域具有重要应用。
7.表面分析技术表面分析技术是研究物质表面性质的手段，包括光谱技术、显微技术、原子力显微镜、X射线光电子能谱等。
这些技术为表面改性研究提供了重要的实验数据。
8.表面改性在材料中的应用表面改性技术在许多领域有着广泛的应用，如金属加工、涂料、塑料、橡胶、陶瓷、半导体等。
通过表面改性，可以改善材料的性能，提高其应用价值。
9.绿色表面处理技术绿色表面处理技术是指在表面处理过程中减少对环境污染、降低能耗和资源消耗的技术。
随着环保意识的提高，绿色表面处理技术越来越受到关注。
10.表面改性在工业中的应用表面改性技术在工业领域具有重要作用，如改善金属零件的耐磨性、耐腐蚀性，提高涂层的附着力和耐久性等。
物理化学课件第十三章表面物理化学(2014, Initial edition)
13.0 引论
界面化学是,在分子或原子尺度上探讨两相界面发生的化学过程及 化学过程前驱的一些物理过程的科学
❖界面和表面 ❖界面现象的本质 ❖比表面
一. 界面和表面 (interface and surface)
界面是指密切接触的两相之间的过渡区. 界面层厚度大约有几个分子厚度 界面类型可以根据物质的三态来划分 如：气-液界面, 气-固界面, 液-液界面, 液-固界面, 固-固界面。
这时
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Gm(l)Gm作(g) 用于 单位边界上的表面张力。
例子２ 如果在金属线框中间系一棉线圈， 一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液 (a) 膜。
由于以棉线圈为边界的两边表面张力大小 相等, 方向相反，所以棉线圈成任意形状，见(a) 图。
件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。
二. 表面吉布斯自由能(surface free energy)
考虑了
2N H N3H 表面功，热
力学基本公 式中应相应 增加 dA 一项，即：
Pt
3
22
由此可得：
(U A)S,V,nB
(H A)S,P,nB
F ( A)T,V,nB
(G A)T,P,nB
对于多组分体系，特性则来自于界面层的组成与任一相 的组成均不相同。
最简单的例子是液体及其蒸气组成的气-液表面。
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。
这种作用的结果：使表面具有自动收缩到最小的趋势，并且使 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。
物理化学09章 表面现象
H2 O
玻璃板
1. 表面现象及其本质
固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
1. 表面现象及其本质
表面现象的本质
由于两相密度不等，其 作用力不能相互抵消。
正由于这剩余价力的 存在，界面层显示出一些 独特的性质。 如表面张力 毛细现象 表面吸附 小气泡和液滴都呈球状
1. 表面现象及其本质
表面现象的本质
2. Kelvin 公式的应用
(2) 过饱和溶液 对小颗粒，使用Henry定律
p kc
将Kelvin 公式作适当的转换，得
c2 2 l-s M (B,s) 1 1 RT ln ' ' c1 (s) R2 R1
小颗粒的蒸气压随曲率半径的下降而升高，则 其饱和溶解度也随曲率半径的下降而升高。 这可以解释定量分析中为什么要有个 “陈化”过程，以及结晶过程中加“晶种 ”的作用。
2. Kelvin 公式的应用
(3) 过热液体
有机蒸馏时，温度计指示液体已到达通常所说的 沸点，但却看不出有沸腾的现象，于是继续加热。突 然液体夹着气泡一起上冲，这就是暴沸现象。
如果在蒸馏前加入适量沸石（多孔硅铝酸盐）， 储存在沸石小孔中的空气在加热时放出，作为蒸馏时 的成泡中心，可以防止暴沸。 用素烧瓷片或若干一头封口的玻璃毛细 管也能起到沸石相同的作用。
a2 d Γ2 RT da2
式中G2为溶剂超量为零时溶质2 在表面的超额。
它的物理意义是：在单位面积的表面层中，所含溶质 的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中所含溶 质的物质的量之差值。 a2是溶质2的活度，d/da2是在等温下，表面张力 随 溶质活度的变化率。
正吸附和负吸附 吉布斯吸附公式通常也表示为如下形式：
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1、人工降雨
根据开尔文公式，凸液面上的蒸汽压比水平液面大，液滴的半径越小，液面上方蒸气压越大，微小的水滴形成较为困难，需要较大的过饱和度才能形成。
在空气中喷洒微小的颗粒，为云层中的过饱和水气提供凝聚中心，颗粒表面吸附水后形成曲率半径较大的凸液面，其表面蒸气压大幅降低，使水滴可在相对较低的过饱和度下凝结，形成雨滴下落。
(3分)
解释二：根据开尔文公式，凸液面上的蒸汽压比水平液面大，液滴的半径越小，液面上方蒸气压越大，微小的水滴形成较为困难，需要较大的过饱和度才能形成。
利用喷洒干冰可降低温度，可在原有湿度条件下，增加过饱和度，使水凝结成水滴，形成雨滴下落。
2、沸石防止暴沸
根据开尔文公式，凹液面上蒸气压低于水平液面，液体达到沸点时，由于微小气泡的蒸汽压较低，难以形成，需要较高的过热程度，才能形成气泡。
而小气泡一旦形成，便会迅速膨胀，发生暴沸。
若液体中加入沸石等多孔材料，则可在液体中直接形成较大的气泡，所需过热程度大幅降低，形成的气泡后膨胀也相对减弱，从而有效防止暴沸。
3、毛细凝集
在毛细管内，管壁吸附了气体分子后形成凹液面，液面上的蒸汽压低于相同温度下水平液面上的蒸汽压，因此，气体分子可在低于水平饱和蒸汽压的情况下发生凝集。
4、农民锄地有利于土壤保熵
土壤中有丰富的毛细孔，毛细孔内水呈凹液面，在附加压力的作用下，水会沿着毛细孔上升到地表。
农民锄地时，破坏了土壤中的毛细孔，阻止了水上升，起到保湿作用。
（从凹液面蒸气压解释也可给分）。