界面物理化学
物理化学界面现象教案中的界面界面扩散与界面反应
物理化学界面现象教案中的界面界面扩散与界面反应物理化学界面现象教案中的界面扩散与界面反应界面现象在物理化学中占据着重要的地位，它不仅涉及到物质的传输和反应，还与许多实际应用息息相关。
在本篇文章中，我们将重点讨论物理化学界面现象教案中的界面扩散与界面反应。
一、界面扩散在界面扩散中，我们可以观察到物质在界面上的传输过程。
这种传输过程可以通过物质的扩散来实现。
界面扩散的速率与物质的浓度梯度、温度、界面特性等因素密切相关。
扩散现象在自然界中广泛存在，例如气体和液体之间的扩散以及固体表面的扩散等。
界面扩散的机理可以通过菲克定律来解释。
根据菲克定律，扩散速率正比于浓度梯度，并且与扩散系数、面积相关。
界面扩散常常与另一个重要现象相关——质量传递。
质量传递通常指的是物质在不同相之间的传递，它与界面扩散有着密切的联系。
二、界面反应界面反应指的是两相之间的化学反应。
在这种反应中，反应物和产物被分隔在不同的相中，并且通过界面进行反应。
界面反应的速率通常受到内部传质以及反应速率的限制。
在界面反应中，界面扩散也起到了重要的作用。
如果界面扩散速率很慢，将会限制整个反应的速率。
界面反应可以通过接触理论来解释。
接触理论认为，只有当反应物在界面上发生接触并形成活化复合物时，才能发生反应。
界面反应常见的例子包括气体吸附、电化学反应和催化反应等。
三、实际应用界面扩散与界面反应在许多行业中都有着广泛的应用。
例如，在化工工艺中，界面反应可以用于催化剂的设计和废水处理等；在电子工业中，界面扩散可以用于半导体材料的制备和集成电路的制造。
此外，在环境科学领域，界面现象的研究对于理解大气和海洋中的物质传输以及污染物的迁移有着重要的意义。
界面现象的深入研究也可以为分子生物学和药物研发等领域提供有益的指导。
总结：在物理化学界面现象教案中，界面扩散与界面反应是两个重要的内容。
界面扩散与扩散系数、浓度梯度、温度等密切相关，可以通过菲克定律来解释。
界面反应与接触理论有关，反应速率受到界面扩散的限制。
物理化学界面现象教案中的界面胶束与胶体稳定性
物理化学界面现象教案中的界面胶束与胶体稳定性在物理化学的领域中，界面现象是一门研究液体、气体及固体相互接触的现象和特性的学科。
界面现象涉及到很多重要的概念和现象，其中界面胶束和胶体稳定性是非常重要的内容。
本文将探讨界面胶束和胶体稳定性在物理化学教学中的相关教案。
一、界面胶束的概念与特性界面胶束，指的是由表面活性剂形成的微小胶状结构，存在于液体-液体或液体-气体的界面上。
界面胶束由两部分组成：亲水的头部和疏水的尾部。
在水体中，由于水分子具有极性，这些亲水头部会向水中靠近，而疏水尾部则会相互靠拢，形成一个稳定的环境。
通过这种形成的胶束结构，界面上的物质可以更好地分散和平衡。
界面胶束具有一些独特的特性。
首先，界面胶束使液体-液体或液体-气体的界面紧凑，减少了界面的表面能。
其次，界面胶束可以增加分子之间的相互作用，从而改变物质的表面性质和流动性。
最后，界面胶束可以嵌入在液体或气体的界面上，形成一层类似于薄膜的结构，起到保护和稳定界面的作用。
二、胶体稳定性的影响因素胶体稳定性是指胶体溶液中胶体颗粒持续分散不聚集的程度。
在物理化学的教学中，教师可以通过设计实验来探究胶体稳定性的影响因素，从而提高学生对胶体稳定性的理解。
1. 电荷效应胶体颗粒上的电荷对胶体稳定性起着至关重要的作用。
当胶体颗粒表面带有电荷时，这些电荷会产生电二重层，使胶体颗粒之间发生静电斥力，从而阻止它们相互聚集。
这种电荷效应在教学中可以通过电泳法来验证。
2. 电解质浓度胶体溶液中的电解质浓度对胶体稳定性有着重要影响。
当电解质浓度增加时，电解质会与胶体颗粒表面的电荷相互作用，中和胶体颗粒表面的电荷，从而降低胶体稳定性。
这种现象被称为病态溶胀，可以通过相关实验来进行说明。
3. pH值溶液的pH值也会对胶体稳定性产生影响。
在一些胶体溶液中，有些颗粒表面的电荷会随着溶液pH值的变化而改变。
这种变化会导致颗粒之间的相互作用发生变化，进而影响胶体的稳定性。
物理化学 第八章界面现象及胶体
(1)过饱和蒸气 P473
压力超过通常液体的饱和 p 蒸气压的蒸气为过饱和蒸气. 过饱和蒸气的压力尚未达 到该液体微小液滴的饱和蒸 P’ p0 气压(见图示). 减轻过饱和程度的方法 是引入凝结中心, 使液滴核 心易于生成(如人工降雨).
O
液相区
B A
气相区
T0
T
• 过饱和蒸气的产生
(2)过热液体 温度高于沸点的液体为过热液体. 过热液体是因为液体内微小气泡难以生成 而不能在正常沸点沸腾所造成的(见图示).
/(10－3
N· － 1) m 2900 2150 1880 485 227 110 1200 450 0.308 18.6
润湿与铺展
8.2 亚稳定状态和新相的生成 P332
物质相变时, 由于最初生成的新相体积 极小而具有很大的比表面和表面吉布斯函 数, 因而新相难以形成而引起各种过饱和 现象, 此时系统处于亚稳状态.
• 单分子层吸附: 固体表面上每个吸附位只能吸附一个分子,
气体分子只有碰撞到固体的空白表面上才能被吸附; • 固体表面是均匀的:表面上各个晶格位臵的吸附能力相同; • 被吸附的气体分子间无相互作用力: 吸附或脱附的难易与 邻近有无吸附分子无关;
• 吸附平衡是动态平衡: 达吸附平衡时, 吸附和脱附过程同
Tf Tf
T
• 过冷液体的产生
在过冷液体中投入小晶体作为新相 的种子, 能使液体迅速凝固成晶体.
(4)过饱和溶液
浓度超过饱和浓度的溶液为过饱和溶液. 过饱和溶液产生的原因是微小晶粒具有 比普通晶体更大的溶解度.
微小晶体的饱和蒸 气压大于普通晶体, 而 蒸气压与溶解度有密切 的关系.
p
c3 c2 c1
B
物理化学界面现象教案中的界面界面反应器与工艺控制
物理化学界面现象教案中的界面界面反应器与工艺控制物理化学界面现象教案中的界面反应器与工艺控制物理化学中的界面现象是指研究物质之间相互接触的界面上发生的各种反应与现象。
界面反应器与工艺控制是在物理化学界面现象的研究中，用于控制和实现特定反应的装置和方法。
本文将介绍界面反应器和工艺控制的概念、分类、应用，并探讨其在教学中的重要性。
一、界面反应器的概念与分类界面反应器是指在物理化学界面现象研究中，用于模拟和研究界面反应的实验装置。
根据不同的研究目的和需求，界面反应器可以分为以下几类：1.1 扩散层反应器扩散层反应器是用于研究溶解、沉积和腐蚀等界面反应过程的装置。
其主要特点是在反应器中设置一个精确控制的扩散层，模拟真实界面的扩散行为，以实现对界面反应过程的控制和研究。
1.2 悬浮物反应器悬浮物反应器是用于研究悬浮物在界面上的输送、转移和反应等过程的装置。
通过控制悬浮物的浓度、颗粒大小和形状，可以实现对界面反应的控制和优化。
1.3 电化学反应器电化学反应器是用于研究电化学界面反应（如电解、电化学合成和电沉积等）的装置。
通过控制电位、电流密度和电解液成分等参数，可以实现对电化学界面反应的控制和调节。
二、界面反应器的应用界面反应器在物理化学界面现象的研究中具有广泛的应用。
以下列举几个典型的应用领域：2.1 材料科学界面反应器可以用于研究电池、光电池等能源材料的制备和性能优化。
通过控制界面反应的条件和参数，可以改善材料的结构、表面性质和电化学行为，提高能源材料的性能和循环寿命。
2.2 环境科学界面反应器可以用于研究水处理、大气污染控制等环境问题的解决方案。
通过模拟和调控界面反应的过程和机理，可以改善废水处理效果、减少污染物排放，并有效降低环境污染的风险。
2.3 生命科学界面反应器在生物医学领域中也有重要应用。
通过模拟和控制生物界面的反应过程，可以研究细胞外膜与药物的相互作用、生物分子的传递与转化等生物学过程，为药物研发和生物医学工程提供理论和实践基础。
10-物理化学第十章 界面现象
ln
Pr Ps
2 M r RT
凸（液滴）~ “+” 凹（气泡）~ “–”
凸（液滴，固体粉末 or r > 0）— Pr＞Ps 凹（气泡 or r < 0 ）— Pr＜Ps
水平液面（r→∞）— Pr=Ps
❖ 亚稳状态和新相的生成 ——分散度对系统性质的影响
亚稳状态
——热力学不稳定态，一定条件下能相对 稳定的存在。
杨氏方程
cos
s l
sl
润湿条件 s sl 铺展条件 s sl l
❖ 应用
毛细管内液面
凹： 润湿
凸： 不润湿
§10–3 弯曲液面下的附加压
由此产生毛细现象，并影响饱和蒸气压
10·3·1 弯曲液面产生附加压
附加压 △P= P心－P外
➢ 杨-拉普拉斯方程
曲面— P 2 膜— P 4
第十章 界面现象
讨论界面性质对系统的影响
新的系统—多相，小颗粒系统
非体积功—表面功
❖ 需考虑界面影响的系统 界面所占比例大的系统
比表面——
aS
AS m
❖ 本章内容 表面张力
① 表面现象的成因 表面现象的总成因
与AS↓有关 ② 各类现象分析
与γ↓有关
§10–1 表面现象的成因 10·1·1 表面张力 ❖ 表面张力 γ 定义—作用于单位边界上的表面紧缩力 方向—总指向使表面积减小的方向
为降低表面张力而产生 吸附剂 —— 起吸附作用的 吸附质 —— 被吸附的
§10–4 固体表面的吸附 固体对气体的吸附
10·4·1 吸附的产生
固体特点—有大的比表面，不稳定。 通过吸附其它分子间力较小的物质，形成 新的表面能较低的界面。
两个相对的过程——吸附和解吸 吸附量——一定T、P下，吸附和解吸达平 衡时，吸附气体的量。
生物界面现象的物理化学机制研究
生物界面现象的物理化学机制研究生物界面现象涉及到多个学科领域，如生物学、化学、物理学等，它们之间的相互作用和协同发挥，共同促进了生命体系的存在和发展。
在这个过程中，物理化学机制起到了非常重要的作用，对于生物界面现象的研究来说尤其重要。
1、界面现象的基础内容界面现象是指物质的两个不同相之间所表现出来的一系列物理化学现象和规律。
例如，溶液中的界面可以表现出表面张力现象；固体-液体和气体-液体之间的界面表现出吸附现象；气体-气体之间的界面表现出分子扩散现象等等。
生物体内存在着很多的界面现象，如细胞膜、酶分子、蛋白质、核酸等生物分子都存在着界面现象。
2、界面现象在生物体内的应用界面现象在生物体内发挥着不可忽视的作用。
例如，细胞膜就是由界面现象所支撑的，它包裹着细胞，维持着细胞的形态和稳定性，同时还具有物质的运输、信号传递和细胞黏附等多种功能。
另外，在生物反应中，许多生化反应涉及到物质在溶液中的界面，或者是物质和固体之间的界面的作用。
例如，生物酶的催化作用就涉及到了酶分子的分子扩散、吸附和表面张力等界面现象。
3、生物界面现象的物理化学机制界面现象的物理化学机制包括两大方面，即表面自由能和吸附两个方面。
表面自由能是指在界面上单位面积的自由能，是界面分子间相互作用力和热运动能转化为表面区域的能量。
表面自由能的大小决定了物体表面的性质，例如表面张力、界面能等。
在生物体内，细胞膜的表面自由能是一个重要的参数，它决定了细胞膜双层的稳定性和物质通透性。
吸附是指物质分子在界面上与界面分子形成物理或化学吸引力的过程。
在生物界面现象中，许多生物分子吸附在细胞膜上，例如糖蛋白、脂质和胆固醇等。
这些分子可以调节细胞膜的性质和功能，而吸附在它们上面的生物分子也能相互作用，产生多种生物效应。
4、生物界面现象的研究方法和应用前景生物界面现象除了在基础研究领域得到广泛的研究外，还有很多的应用前景。
例如，生物传感和生物芯片技术就是利用生物分子在界面上的吸附性质和分子识别能力，实现对生物分子的快速检测和分析。
界面物理化学复习知识点
界面物理化学复习知识点绪论1、界面定义界面：物体与物体之间的接触面，也称两种物质之间的接触面、连接层和分界层。
复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。
界面通常包含以下几个部分：基体和增强物的部分原始接触面；基体与增强物相互作用生成的反应产物，此产物与基体及增强物的接触面；2、复合材料定义：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
外加颗粒增强和内生颗粒增强复合材料的比较3、界面连接情况根据界面的连接紧密程度，界面连接有两种情况:物质之间无相互渗透和物质之间有相互渗透4、界面所起的作用界面的效应(1)传递效应界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强物之间的桥梁作用。
(2)阻断效应结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
(3)不连续效应在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
(4)散射和吸收效应光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等。
(5)诱导效应一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等界面效应是任何一种单一材料所没有的特性，它对复合材料具有重要的作用。
界面效应既与界面结合状态、形态和物理-化学性质有关，也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。
5、物质固液气态，表现出的界面种类，举例说明气—液界面：蒸发、蒸馏、表面张力、泡沫。
蒸发——部分液相分子在一定温度下转换为气相分子；蒸馏——液体分子蒸发后，部分气相分子凝结为液相分子。
液—液界面：乳液、界面张力。
乳液——两不互溶液体相互接触时，一相的微滴分散在另一项的液体内，微滴对光线发生漫射反射；界面张力——互不相溶的两相液体接触界面上所特有的一种力。
物理化学B-第七章-表界面化学基础
表界面化学基础
引言
1. 表面（界面）：
界面：物质两相之间密切接触的过渡区
液体－液体
g
液体－固体 固体－固体
液体－气体
界面 （interface)
表面
l
固体－气体
（surface)
表面:两相之一为气相的密切接触的过渡区。
表面/界面 化学： 研究各种相界面的性质，尤其是具有巨大界面系 统的特殊性质(界面效应)；在分子（原子）尺度 上研究界面过程的科学。
p > p外
p < p外
1.弯曲液面下的附加压力
定义：界面两侧(p与p外)的压力差（p-p外），p 对凸表面， p >0
对凹表面， p <0
产生原因：在弯曲界面上，表面张力不能相互抵消。 代表表面张力的合力。
p的方向：总是指向曲率半径球心
肥皂泡中的压力 必大于大气压
水中气泡的压力
水的压力
2. 附加压力的大小——Young-Laplace方程
(l)
p p
Vmdp
p
Vmp
Vm
2
r
（1）
设小液滴和平面液体的蒸气压分别为pr和pV0，则它们对应 气相的化学势之差为
(g)
RT
ln
pr pvo
（2）
RT
ln
pr
pvo
Vm
•
2
r
ln pr pvo 2M RT r Kelvin方程
等温等外压下，液体的蒸汽压与液滴大小的关系。
(1) 各量的意义： pr—半径为r小液滴的蒸气压 pvo —平面液体的蒸气压正常值(查手册)
定性分析？
思考题6：
p
T
物理化学界面现象教案中的界面浸润与液体排斥
物理化学界面现象教案中的界面浸润与液体排斥在物理化学的学习中，界面现象是一个重要的概念。
它涉及到液体、固体和气体之间的相互作用，其中界面浸润和液体排斥是主要的现象之一。
本文将介绍界面浸润和液体排斥的定义、原理以及实际应用。
一、界面浸润界面浸润是指液体在固体表面上的扩展现象。
当一个液滴接触到固体表面时，有时液滴会完全展开，与固体表面紧密接触，这就是界面浸润。
而对于某些固体表面，液滴不会完全展开，而是形成球状，只与固体表面接触一小部分，这就是非浸润。
界面浸润是由表面张力和界面张力共同作用导致的。
表面张力使液滴减小表面积，趋向于形成球状，而界面张力使液滴与固体表面发生相互作用，导致液滴展开或收缩。
对于完全浸润，液滴的自由能最小化，而对于非浸润，液滴的接触角大于90度。
界面浸润是很多实际应用中的重要现象。
例如，涂层技术中需要涂覆剂液体与基材表面的界面浸润，以保证涂层的均匀性和附着力。
在石油工业中，界面浸润可以用来控制液相在油井中的流动状态。
此外，还有许多其他领域也涉及到界面浸润的研究和应用。
二、液体排斥液体排斥是指界面上两种液体相互排斥的现象。
当不溶的液体接触到界面时，它们会排斥彼此，尽量减小界面的接触面积。
这个现象也被称为液液相互斥。
液体排斥是由于两种液体之间的相互作用力不同造成的。
根据溶液的成分和性质，液体之间会发生不同的相互作用。
如果两种液体之间的相互作用力较小，就会出现液体排斥现象，液体会在界面上形成两个分离的相。
液体排斥也有广泛的应用。
例如，液液萃取、液体色谱和乳化等过程都依赖于液体排斥现象。
此外，在微流体技术中，液体排斥也被用于分离和混合微小液滴。
总结：在物理化学界面现象教案中，界面浸润和液体排斥是两个重要的概念。
界面浸润描述了液体在固体表面的扩展现象，涉及到表面张力和界面张力的相互作用。
液体排斥则是液体在界面上相互排斥的现象，由液体之间的相互作用力决定。
界面浸润和液体排斥在许多实际应用中都起着重要的作用，如涂层技术、石油工业和微流体技术等。
物理化学界面现象
新相生成的热力学与动力学
热力学原因—用dG=－SdT+Vdp+γdAs (纯液体为单组分系统) 分析，定温、定压下上述过程dGT,P＝ γ dAs>0，是一个非自 发过程。即新相难以形成。
动力学原因—上述过程新相核心的形成速率与新相核心的半径r 有如下关系：
弯曲表面下的附加压力
（3）在凹面上：
研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于 环上每点两边的表面张力都与凹形的液面相切，大小 相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向上的合 力。
所有的点产生的总压力为△P ，称为附加压力。凹面上 向下的总压力为：Po-△P ，所以凹面上所受的压力比 平面上小。
同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的表面性质，而 且实际晶体的晶面是不完整的，会有晶格缺陷、空位和位错 等。
正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它 可以吸附气体或液体分子，使表面自由能下降。而且不同的 部位吸附和催化的活性不同。
物理吸附与化学吸附
物理吸附与化学吸附的区别
物理吸附
吸附力
亚稳状态与新相生成
亚稳状态 蒸气的过饱和现象—一定温度下，当蒸气分压超过该温度下的饱和蒸气
压，而蒸气仍不凝结的现象。此时的蒸气称为过饱和蒸汽。 微小液滴的饱和蒸汽压大于液面的溶液的过饱和现象—在一定温度、
压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下的溶质的溶解度， 而溶质仍不析出的现象。此时的溶液称为过饱和溶液。 液体的过热现象—在一定的压力下，当液体的温度高于该压力下的沸点， 而液体仍不沸腾的现象。此时的液体称为过热液体。 液体的过冷现象—在一定压力下，当液体的温度已低于该压力下液体的 凝固点，而液体仍不凝固的现象。此时的液体称为过冷液体。
物理化学教学课件-第十章 界面现象
1
自然界中物质的存在状态：
气—液界面
气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
界面：所有两相的接触面
界面现象
2
界面并不是两相接触的几何 面，它有一定的厚度，一般约几 个分子厚，故有时又将界面称为 “界面相”。
界面的结构和性质与相邻两 侧的体相都不相同。
例：水滴分散成微小水滴
分为1018个
在t0温度下缓慢提高蒸 气的压力 (如在气缸内缓 慢压缩)至A点，蒸气对通 常液体已达到饱和状态p0， 但对微小液滴却未达到饱 和状态，所以蒸气在A点 不能凝结出微小液滴。要 继续提高蒸气的压力至B 点，达到小液滴的饱和蒸 气压p 时，才可能凝结出 微小液滴。
这种在正常相平衡条件下应该凝结而未凝结的蒸气， 称为过饱和蒸气。
产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。
dG = dA+Ad
被吸附的物质—— 有吸附能力的物质——
28
1. 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 范德华力 单层或多层 小(近于液化热) 无或很差
可逆 易达到
化学吸附 化学键力
单层 大(近于反应热)
Va
2) 高压时：bp >> 1，1+bp bp
V a Vma
Va 不随 p 变化
p
由Vam求吸附剂的比表面积：
as
Vma V0
Lam
am : 被吸附分子的截面积。 am,N2=0.162 nm2 V0: 1mol气体在0 oC、101.325kPa下的体积
p
pg
pl
物理化学中的表面性质与界面现象
物理化学中的表面性质与界面现象在物理化学领域中，表面性质与界面现象是一项重要的研究内容，它涉及到物质的各种表面现象及其在界面上的行为。
表面性质与界面现象的研究对于理解和掌握物质的特性及其应用具有重要意义。
本文将介绍表面性质与界面现象的相关概念、表面张力、胶体稳定性和浸润现象等方面内容。
一、表面性质的概念与研究方法表面性质是指物质在固液、液气等相接触的界面上表现出的特性和行为。
它与物质内部性质的差异密切相关，表面性质的研究对于理解物质的特性和改性以及应用具有重要意义。
研究表面性质的方法主要有表面张力测量、接触角测量、X射线光电子能谱（XPS）等。
二、表面张力的概念与测量表面张力是指液体分子表面层与内部层之间由于分子间相互作用力引起的表面收缩现象。
表面张力决定了液体的形状和质点受力，表现为液滴的定型和液体的流动性质。
表面张力的测量方法主要有浸渍法、半球法和沉降法等。
三、胶体稳定性的研究胶体是由微细颗粒悬浮于连续介质中所形成的系统。
胶体稳定性是指胶体系统中颗粒与连续介质之间的相互作用所表现出的稳定性。
胶体稳定性的研究是物理化学中一个重要的研究领域，涉及到胶体的形成、稳定机制以及其在生物、医药领域的应用等。
常见的胶体稳定机制包括电双层排斥、溶剂化和吸附等。
四、浸润现象的原理与应用浸润是指固体表面与液体接触时，在界面处发生的物理化学现象。
它与表面能、接触角以及界面张力等相关。
浸润现象在材料加工、润湿性研究以及生物医用材料等领域有着广泛的应用，对于材料表面特性及其性能改善具有重要意义。
总结：物理化学中的表面性质与界面现象是一门重要的学科，涉及到物质在界面上的各种行为和特性。
研究表面性质与界面现象对于理解物质的性质、设计新材料以及改善现有材料的性能具有重要意义。
本文简要介绍了表面性质与界面现象的相关概念，包括表面张力、胶体稳定性和浸润现象等方面的内容。
深入研究和应用表面性质与界面现象将会对未来的科学发展和技术创新产生深远的影响。
物理化学界面现象知识点
由此，对于多相系统有：
dU
, ,
(T ( ) ds ( ) p ( ) dV ( ) i dni dAS
i
同理,有界面相时的平衡判据与平衡条件 热平衡条件：
T ( ) T ( ) T ( ) T
( ) B ( )
其中 U ( )、H ( )、A ( )、G ( ) 为界面过剩热力学能、界面 过剩焓、界面过剩亥氏函数和界面过剩吉氏函数。他们都是 广延性质。
所以 X X ( ) X ( ) X ( ) 其中X为系统总的热力学性质 X ( )、X ( ) 为 相的体热力学性质
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。
与液体的表面张力类似，其它界面，如固体表面、液-液界 面、 液-固界面等由于界面层分子受力不对称，也同样存在界 面张力。
（2）表面热力学公式 对一般单相多组分体系，未考虑相界面面积时：
还有一类多孔固体，如多孔硅胶、分子筛、活性炭等，也 2 有很高的比表面。如活性炭比表面可达到 1000 ~ 2000 m /g。在 处理高分散度物质时，若不考虑其界面的特殊性，将会导致错 误的结论。本章将对界面的特殊性质及现象进行讨论与分析。
界面现象本质
表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。 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(各向同性)； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的 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 用力不能相互抵销，因此，界面层分子由于其处在一不均匀对称 的力场会显示出一些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中 的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任 一相的组成均不相同。
第一章 表界面的物理化学
（d）偏析表面 （d) 化合物表面
19
表面结构 表面结构分类
驰豫：点阵常数变化，非平衡态； 重构：原子重排，不同于本体内的晶面； 台阶化：有规律的非完全平面结构；
第一章
表界面的物理化学
1
第一节 材料表面与界面的定义及分类
1. 什么是表面/界面
多相体系界面特征 （ 1 ）界面的物理化学性质 不均匀，而界面两侧的性质 保持常数； 体 系 性 质
（ 2）界面 γ为准三维界面区 域，有一定的体积；
（ 3 ）研究对象是不均匀体 系，具有多相性。
α
γ
β
多相体系影响因素
24
表面和界面的定义
2. 表/界面分类
（2）根据研究角度和目的分类
以原子尺寸形 （ 3 ）按照界面形成途径分类 态从液相中或 （ a）机械作用界面 （e）液相与气相界面 气相 中 析出在 （ b）化学作用界面 （f）凝固共生界面 固态 表 面成核 （ c）熔焊作用界面 （g）粉末冶金界面 和生 长 ，形成 （d）固态结合界面 （h）粘接界面 膜体或块体。
(e) 中心长方 a≠b, γ= 90º
31
二维晶体点阵
五种二维格子
元格形状 平行四边形 长方形 正方形 60o菱形 晶格符号 P P, C P 轴和夹角 ab, 90o ab, =90o a=b, =90o a=b, =120o 晶系名称 斜方 长方 正方 六角
32
二维晶体点阵------点群（10）与空间群（17）
第十章界面现象物理化学
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。
表面和界面(surface and interface)
表面张力（surface tension）
如果在金属线框中间系一线圈，
一起浸入肥皂液中，然后取出，上
面形成一液膜。
(a)
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，见(a)图。
如果刺破线圈中央的液膜，线 圈内侧张力消失，外侧表面张力立 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。
剖 面 图
附加压力示意图
杨-拉普拉斯公式
1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半 径之间的关系式：
根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹 面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向 液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是 指向球面的球心。
附加压力与毛细管中液面高度的关系
表面张力（surface tension）
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（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 2g l
l是滑动边的长度，因膜有两个
面，所以边界总长度为2l，g 就是作
用最小的趋势，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。
比表面（specific surface area）
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表面现象的意义与应用
表面现象在人们所涉及的各个领域都有着很大 的应用：
日常生活，如吸附、各种表面及处理、人工降雨、 朝霞、晚霞……。
日用化工，如洗涤、化妆品、涂料、各种面具、防雨、 防潮、防尘、润湿……。
气相
↙↓↘
↙↓↘
←↖ ↙↑ ↓↘ ↗→ 液相
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， 所以表面分子受到被拉入体相的作用力，正因为这种 不对称立场的出现，所以液体表面都有自动缩小成球 形的趋势。
常见的表面现象：表面张力、表面吸附、毛 细现象、过饱和状态等。
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。
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
石油化工、军事、航空航天、材料科学、生命科学、 生物、机械……。
本章用热力学方法讨论这种现象和规律。
§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
一、表面张力（surface 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。
2.气-固界面
3.液-液界面
4.液-固界面
5.固-固界面
界面现象的本质
界面现象：讨论相界面上发生的一些行为。
界面现象的本质：物质表面层的分子与内部分子所 处的环境不同，具有的能量不同。
单组分体系:同一物质在不同相中密度不同； 多组分体系:界面层的组成与任一相组成均不相同。
比如：液体及其蒸气组成的表面
面形成一液膜。
(a)
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，见(a)图。
如果刺破线圈中央的液膜，线
圈内侧张力消失，外侧表面张力立 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。
（a）
（b）
表面张力也可以这样来理解：
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA 所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公式表 示为：
物理化学电子教案
界面物理化学
本章学习目的和要求
1.理解弯曲表面的附加压力产生的原因及附加压力 与曲率半径的关系，会使用杨—拉普拉斯公式。 2.理解表面吉布斯自由能、表面张力的概念，表面 张力和温度的关系。 3. 了解弯曲表面上的蒸汽压与平面相比有何不同， 学会使用开尔文公式，解释常见的表面现象。
4.理解吉布斯吸附等温式的表示形式。理解什么叫 表面活性物质，它的特性以及分类和作用。 5.了解液—液、液—固界面的铺展与润湿情况，理 解气—固表面的吸附本质及Langmuir吸附等温式。
比表面(A0)
比表面积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：A0=As/m A0=As/V
式中，m和V分别为固体的质量和体积，As为总表面积。
如： 多孔硅胶的比表面积可达300～700m2·g-1, 活性炭1000～2000 m2·g-1。
分散度与比表面
分散度：物质分散成细小微粒的程度。
边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数 1 103 109 1015 1021
比表面A(m2/m3) 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
10-2m10-9m：比表面增长了一千万倍。
Wf dA
W f A
单位：J m-2
T ,P,nB
表面Gibbs自由能和表面张力:
Wf dA dG Wf
dG
dA
G
单位：J m-2
A T ,P ,nB
表面张力、表面功与表面吉布斯自由能关系：
引言
界面 (interface)（界面相）是指密切接触 的两相之间的过渡区，约有几个分子的厚度，它 并不是指两相接触的几何面。一般常把与气体接触 的界面称为表面(surface)。
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 1.气-液界面
(5) 纯液体的表面张力通常是指液体与饱和自身蒸 汽的空气接触时的表面张力。
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。
影响界面张力因素（物质的本性）
表面张力是分子间相互作用的总结果，因不同 物质其分子间作用力不同，所以表面张力也不同。 一般来说，分子间作用力大，其表面张力也大。
WWWWWWWWWWWW 222222222222
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。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张
力，用 表示。
表面张力的单位是： N m1
如果在金属线框中间系一线圈，
一起浸入肥皂液中，然后取出，上
(1) γ称为表面张力，也称为表面功、表面吉布斯自 由能(函数)，前者是从力的角度，后两者是从能量 角度理解。
(2) 表面张力具有方向性：沿着与表面相切的方向 上任何单位长度线上的紧缩力。
(3) 表面张力、表面功、表面吉布斯函数在数值上 相等，量纲完全一致。Jm-2 = Nm-1
(4) 对于各向异性的固体，其表面张力(比表面吉布 斯自由能)与方向有关。
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
2222222222222222 llllllllllllllll
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。
如果在活动边框上挂一重物，