胶体与界面化学：第7章 界面物理化学
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一些界面现象
汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈 凹形。 固体表面会自动吸附其它物质。 微小液滴更易于蒸发。 肥皂泡要用力吹才能变大。
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；
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；
第七章 界面物理化学
1.气-液界面
第七章 界面物理化学
2.气-固界面
第七章 界面物理化学
3.液-液界面
第七章 界面物理化学
4.液-固界面
第七章 界面物理化学
5.固-固界面
第七章 界面物理化学
7.1.2 表面张力和界面张力 1.一个说明表面张力存在的例子
(a)
(b)
第七章 界面物理化学
2.表面张力产生的原因
(2) 温度： 温度升高，表面张力下降。 液态铜和 定性解析：分子间吸引力 锌等例外
定量解析：约特弗斯关系式
(M
)2/3
k (Tc
T)
第七章 界面物理化学
（2）压力： 增加压力，表面张力增大或减小。
dG SdT VdP dA
(
P
)T ,A
(
V A
)T
,
P
0
第七章 界面物理化学
（3）化学组分
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。
第七章 界面物理化学
由于表面这种力的不平衡性,造成在两相 (特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力， 它垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面 相切。
第七章 界面物理化学
讨论：202页例题
第七章 界面物理化学
7.1.5 表面张力与分子间力 （1）表面张力产生原因：分子间力
d I E h m i d sp
色散 诱导 静电 氢键 金属键 电子 离子键
（2） d 的计算： 微观法：London公式
d
N 2 2I
8x2
1.6021015 (N
第七章 界面物理化学
一般而言，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；
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，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层 会显示出一些独特的性质。
把作用于单位边界线上的这种力称为
表面张力，用 表示，单位是N·m-1。
弯曲液面下的附加压强
p0
A
B
A
B
p = p0
平面
p0
A
B
ps p = p0 + ps
凸面
p0 ps
A
B
p = p0 - ps
凹面
第七章 界面物理化学
3. 一个计算表面张力的实验:
f 2 l
f
2l
第七章 界面物理化学
7.1.3 表面吉布斯函数及其他表面热力学量
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。
第七章 界面物理化学
界面化学的发展和现状
1805 1806 1878 1916
T . Young P.S. Laplase Gibbs Langmuir
提出界面张力概念 表面张力与曲率半径关系 表面吸附方程 固体吸附等温方程式
m 1 )
第七章 界面物理化学
讨论：教材203页例
宏观法：福克斯公式
d 1
(1 2 12 )2
4
d 2
第七章 界面物理化学
7.1.6 表面张力与界面张力的定量关系 （1）一般规律：？ （2）定量关系：以两不互溶液体形成的界面为例
福克斯认为：分子从体相移到界面相减少的功为
Es
1d
d 2
W1 1 Es 1
dGT ,P dA
(
G A
)T
,P
Gs
(
G A
)T
,
P
(Gs为表面吉布斯函数)
第七章 界面物理化学
根据热力学关系式有:
Ss
(
T
)P
Ss为表面熵
U s Gs TS s Us为表面内能
第七章 界面物理化学
7.1.4 影响表面张力的因素
（1）物质的本性：
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)
麦克劳德研究气-液平衡时表面张力的结果:
1/4
C
1 0
M 1/4 MC [P] 1 0
([P]为等张比容)
第七章 界面物理化学 当1 0 1时：
M 1/4 [P] 1
第七章 界面物理化学
等张比容的物理意义: 在表面张力=1时的温度下,液体的摩尔
体积即为其等张比容。
某物质的[P]值可由其原子和结构基元 的[P]值求得。
第七章 界面物理化学
7.1 表面张力及其测定
7.1.1 界面和表面
界面是指两相接触的面; 若其中一相为气体， 这种界面通常称为表面。
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。
第七章 界面物理化学
常见的界面有： 1.气-液界面 2.气-固界面 3.液-液界面 4.液-固界面 5.固-固界面
1d
d 2
W2 2 wk.baidu.coms 2
1d
d 2
第七章 界面物理化学
12 W W1 W2 1 2 2
1d
d 2
第七章 界面物理化学
7.1.7 溶液的表面张力
第七章 界面物理化学
（1）使水的表面张力增大：简单无机盐电解质
0 kc
第七章 界面物理化学
问题：简单无机盐电解质为什么能增大水的表面张力？ 原因：离子水化，增大粒子间作用力
（2）使水的表面张力下降：有机化合物
0 b ln( c 1)
0
a
第七章 界面物理化学
问题：有机物使水的表面张力下降的原因？ 原因：极性小，减小粒子间作用力 （3）使水的表面张力显著下降：表面活性剂
0 b ln( c 1)
0
a
讨论：教材210 图7-7 图7-8 问题：表面活性剂使水的表面张力显著下降的原因？ 原因：表面吸附显著改变表面组成
讨论: 表面层分子与体相内分子所受到的作用力有
什么不同?
第七章 界面物理化学
以液体及其蒸气组成的表面为例
第七章 界面物理化学
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。
汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈 凹形。 固体表面会自动吸附其它物质。 微小液滴更易于蒸发。 肥皂泡要用力吹才能变大。
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；
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；
第七章 界面物理化学
1.气-液界面
第七章 界面物理化学
2.气-固界面
第七章 界面物理化学
3.液-液界面
第七章 界面物理化学
4.液-固界面
第七章 界面物理化学
5.固-固界面
第七章 界面物理化学
7.1.2 表面张力和界面张力 1.一个说明表面张力存在的例子
(a)
(b)
第七章 界面物理化学
2.表面张力产生的原因
(2) 温度： 温度升高，表面张力下降。 液态铜和 定性解析：分子间吸引力 锌等例外
定量解析：约特弗斯关系式
(M
)2/3
k (Tc
T)
第七章 界面物理化学
（2）压力： 增加压力，表面张力增大或减小。
dG SdT VdP dA
(
P
)T ,A
(
V A
)T
,
P
0
第七章 界面物理化学
（3）化学组分
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。
第七章 界面物理化学
由于表面这种力的不平衡性,造成在两相 (特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力， 它垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面 相切。
第七章 界面物理化学
讨论：202页例题
第七章 界面物理化学
7.1.5 表面张力与分子间力 （1）表面张力产生原因：分子间力
d I E h m i d sp
色散 诱导 静电 氢键 金属键 电子 离子键
（2） d 的计算： 微观法：London公式
d
N 2 2I
8x2
1.6021015 (N
第七章 界面物理化学
一般而言，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；
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，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层 会显示出一些独特的性质。
把作用于单位边界线上的这种力称为
表面张力，用 表示，单位是N·m-1。
弯曲液面下的附加压强
p0
A
B
A
B
p = p0
平面
p0
A
B
ps p = p0 + ps
凸面
p0 ps
A
B
p = p0 - ps
凹面
第七章 界面物理化学
3. 一个计算表面张力的实验:
f 2 l
f
2l
第七章 界面物理化学
7.1.3 表面吉布斯函数及其他表面热力学量
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。
第七章 界面物理化学
界面化学的发展和现状
1805 1806 1878 1916
T . Young P.S. Laplase Gibbs Langmuir
提出界面张力概念 表面张力与曲率半径关系 表面吸附方程 固体吸附等温方程式
m 1 )
第七章 界面物理化学
讨论：教材203页例
宏观法：福克斯公式
d 1
(1 2 12 )2
4
d 2
第七章 界面物理化学
7.1.6 表面张力与界面张力的定量关系 （1）一般规律：？ （2）定量关系：以两不互溶液体形成的界面为例
福克斯认为：分子从体相移到界面相减少的功为
Es
1d
d 2
W1 1 Es 1
dGT ,P dA
(
G A
)T
,P
Gs
(
G A
)T
,
P
(Gs为表面吉布斯函数)
第七章 界面物理化学
根据热力学关系式有:
Ss
(
T
)P
Ss为表面熵
U s Gs TS s Us为表面内能
第七章 界面物理化学
7.1.4 影响表面张力的因素
（1）物质的本性：
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)
麦克劳德研究气-液平衡时表面张力的结果:
1/4
C
1 0
M 1/4 MC [P] 1 0
([P]为等张比容)
第七章 界面物理化学 当1 0 1时：
M 1/4 [P] 1
第七章 界面物理化学
等张比容的物理意义: 在表面张力=1时的温度下,液体的摩尔
体积即为其等张比容。
某物质的[P]值可由其原子和结构基元 的[P]值求得。
第七章 界面物理化学
7.1 表面张力及其测定
7.1.1 界面和表面
界面是指两相接触的面; 若其中一相为气体， 这种界面通常称为表面。
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。
第七章 界面物理化学
常见的界面有： 1.气-液界面 2.气-固界面 3.液-液界面 4.液-固界面 5.固-固界面
1d
d 2
W2 2 wk.baidu.coms 2
1d
d 2
第七章 界面物理化学
12 W W1 W2 1 2 2
1d
d 2
第七章 界面物理化学
7.1.7 溶液的表面张力
第七章 界面物理化学
（1）使水的表面张力增大：简单无机盐电解质
0 kc
第七章 界面物理化学
问题：简单无机盐电解质为什么能增大水的表面张力？ 原因：离子水化，增大粒子间作用力
（2）使水的表面张力下降：有机化合物
0 b ln( c 1)
0
a
第七章 界面物理化学
问题：有机物使水的表面张力下降的原因？ 原因：极性小，减小粒子间作用力 （3）使水的表面张力显著下降：表面活性剂
0 b ln( c 1)
0
a
讨论：教材210 图7-7 图7-8 问题：表面活性剂使水的表面张力显著下降的原因？ 原因：表面吸附显著改变表面组成
讨论: 表面层分子与体相内分子所受到的作用力有
什么不同?
第七章 界面物理化学
以液体及其蒸气组成的表面为例
第七章 界面物理化学
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。