《物理化学》课件-界面现象
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最新物理化学10-2界面现象ppt精品课件
θ
Va Vma
再联系（10.3.3）式 可得：
bp V a θ 1 b p Vma
10.3.4
第十四页，共22页。
因此，朗缪尔吸附等温式还可写成以下形式：
Va
Vma
bp 1 bp
1 Va
1 Vma
1 Vma
b
1 p
10.3.5a 10.3.5b
由10.3.5b
可知,若以
1 Va
对
1 p
作图,应得一条直线,由其斜率
1 Vma /dm 3
kg1
kPa 0.01868 kPa
( 计算机求得: b = 0.01839 kPa )
由定义，饱和(bǎohé)吸附量是 1 kg 活性炭吸附的气体在标 准状态下的体积。所以在 m kg 活性炭上吸附的 CO 分子数为：
N m pVma L RT
（ 这里 p、T 指标准态压力与温度）
数）N。因为吸附速率与A的压力 p 及固体表面上的空位数
( 1- )N 成正比。
v吸附 k1 p (1 θ)N
第十二页，共22页。
解吸速率与固体表面上被复盖的吸附位置数，即被吸附
的分子数成正比。 v解吸 k1θ N
动态平衡时吸附速率与解吸速率相等：v 吸附= v 解吸
k1 p1 θ N k1θ N
及截距,可求得 Vma 和 b
第十五页，共22页。
朗缪尔公式的性状：
a. 压力很低时，b p << 1, 式（10.3.5a)简化为：V a Vma b p
吸附量与压力成正比，这反映了，吸附等温线的起始段， 几乎是直线的情况。
b. 压力很高时，b p >> 1， 则有： V a Vma
大学物理化学经典课件6-6-界面现象
增溶作用增溶作用加入表面活性剂要求其浓度达到或超过cmc以形成胶束能促使原来难溶于水的液体如苯等非极性的ch化合物在另一液体如水中易于溶解的现象称为表面活性剂的增溶作用
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
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６.5.4.2 Gibbs吸附等温式
2 2 T
bp a 2 , 2 bp 1
RT a2 T
p正吸附 1 0, 2 0 * a2 T V ( p p) V c 0, 2 0 负吸附 7.Gibbs吸附公式 a2 T
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LB膜
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L-B膜的应用
分子组装技术 如:L-B膜有较好的介电性能，隧道穿越导电性 能以及跳跃导电性能，发光性能等。L-B膜的 这些独特的性能在电子元件及集成电路中有重 要应用。 理论研究模型
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例
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解
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解
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本章小结
1.表面吉布斯自由能和表面张力
G A T , p ,nB
2.开尔文公式
ln
Pr
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
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６.5.4.2 Gibbs吸附等温式
2 2 T
bp a 2 , 2 bp 1
RT a2 T
p正吸附 1 0, 2 0 * a2 T V ( p p) V c 0, 2 0 负吸附 7.Gibbs吸附公式 a2 T
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LB膜
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L-B膜的应用
分子组装技术 如:L-B膜有较好的介电性能，隧道穿越导电性 能以及跳跃导电性能，发光性能等。L-B膜的 这些独特的性能在电子元件及集成电路中有重 要应用。 理论研究模型
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本章小结
1.表面吉布斯自由能和表面张力
G A T , p ,nB
2.开尔文公式
ln
Pr
大学物理化学经典课件6-1-界面现象
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
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课前指导
1. 本章的主要内容
表面吉布斯自由能和表面张力；弯曲表面下的附加
压力与蒸气压；开尔文公式；液体界面的性质；
Gibbs吸附公式；液-固界面现象；表面活性剂及其应 用；固体表面的吸附；吸附等温线的类型；Langmuir 吸附等温式，BET公式，物理吸附和化学吸附。
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例. V=1cm3的物质分为边长不同的立方体微粒
边长/cm 1 微粒数 1 总面积/cm2 6
10-1
10 -2
10 3
10 6
60
600
…
10 -7
…
10 21
…
6000m2
从表上可以看出，当将边长为1cm的立方体分割成 10-9m的小立方体时，表面积增长了一千万倍。
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。
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举例
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小麦叶上的露珠
( dewdrop on wheat leaf )
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
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前言
考察一个多相体系：
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1.相界面对体系性质是否有影响? 2.如果有，为什么前面几章没有考虑界面的影响？
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
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课前指导
1. 本章的主要内容
表面吉布斯自由能和表面张力；弯曲表面下的附加
压力与蒸气压；开尔文公式；液体界面的性质；
Gibbs吸附公式；液-固界面现象；表面活性剂及其应 用；固体表面的吸附；吸附等温线的类型；Langmuir 吸附等温式，BET公式，物理吸附和化学吸附。
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例. V=1cm3的物质分为边长不同的立方体微粒
边长/cm 1 微粒数 1 总面积/cm2 6
10-1
10 -2
10 3
10 6
60
600
…
10 -7
…
10 21
…
6000m2
从表上可以看出，当将边长为1cm的立方体分割成 10-9m的小立方体时，表面积增长了一千万倍。
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。
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举例
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小麦叶上的露珠
( dewdrop on wheat leaf )
雨后的荷叶
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前言
考察一个多相体系：
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1.相界面对体系性质是否有影响? 2.如果有，为什么前面几章没有考虑界面的影响？
界面现象PPT课件
c．气体分子溶于液相 ↓
一般：p↑10atm, ↓1mN/m，例:
1atm 10atm
H2O = 72.8 mN/m H2O = 71.8 mN/m
13
§10.2 弯曲液面的附加压力及其后果 1. 弯曲液面的附加压力——Laplace方程
pg
一般情况下，液体表面是水
pl
平的，水平液面下液体所受压力
即为外界压力。
Δp = p内－p外
弯曲液面的附加压力
14
球形液滴(凸液面)，附加压力为： p p 内 p 外 p l p g
液体中的气泡(凹液面)，附加压力:
p p 内 p 外 p g p l
这样定义的p总是一个正值，方向指向凹面曲 率半径中心。
15
弯曲液面附加压力Δp 与液面曲率半径之间关系的推导：
当系统作表面功时，G 还是面积A的函数，若系 统内只有一个相界面，且两相T、p相同 ，
G f( T ,p ,A s,n B ,n C )
d G S d T V d p B ( ) d n B ( ) d A s B
G U H A
A s T , p , n B ( ) A s S , V , n B ( ) A s S , p , n B ( ) A s T , V , n B ( )
：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：N·m-1。
7
（2）表面功
当用外力F 使皂膜面积增 大dA时，需克服表面张 力作可逆表面功。
W F d x 2 ld x d A
即：
W r dAs
：使系统增加单位表面所需的可逆功 ，称为表面功。
单位：J·m-2。 （IUPAC以此来定义表面张力）
8
分为1018个
《界面现象》PPT课件
δW' dAs
式中γ为比例系数，它在数值上等于当T，p及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系 做的可逆非膨胀功。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表
面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自
由能，或简称表面自由能或表面能，用符号
表示，单位为J·m-2。 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。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
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
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
式中γ为比例系数，它在数值上等于当T，p及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系 做的可逆非膨胀功。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表
面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自
由能，或简称表面自由能或表面能，用符号
表示，单位为J·m-2。 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。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
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
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
大学物理化学经典课件界面现象
生活中的毛细现象
• 1. 煤油灯灯芯吸油 • 2. 毛巾吸水 • 3. 锄地保墒
大雨过后，通过锄地保持土壤水分。
解释
思考题1
思考题2
在多孔固体吸附液体蒸气时为什么会有毛细凝聚现象?
答：毛细凝聚是指固体在吸附蒸气时，在它的细小 的毛细孔中蒸气凝聚成液体，使吸附值大大偏高， 造成测固体表面积的实验失败。发生毛细凝聚的 原因是固体内有微孔，半径极小，这液体又能润 湿固体表面，接触角小于90°。在微孔中一旦形 成液体，液面是凹形的，所以微孔中液面的饱和 蒸气压比平面上的要低得多。在很低的蒸气压力 下，毛细孔内已达到气—液平衡，蒸气不断在毛 细孔内凝聚为液体，使吸附值偏高。防止的方法 是在做吸附实验时控制蒸气的压力，一般控制比 压在0.3以下，防止毛细凝聚。
第六章第六章界面现象界面现象雨后的荷叶lotusflowerafterrain622622新相生成时的新相生成时的亚稳现象亚稳现象续续液体沸腾时的过热现象液体沸腾时的过热现象解释解释液体凝固时的过冷现象液体凝固时的过冷现象解释解释溶解过程的过饱和现象溶解过程的过饱和现象kelvin公式亚稳状态或介安状态亚稳状态或介安状态以上几种状态并非真正的平衡态因为只要引入少量结晶种子就可以破坏这种状态所以称亚稳状态或介安状态
PC lnCC0 2RMT1 r r10
亚稳状态或介安状态
• 以上几种状态并非真正的平衡态，因为只要引入 少量结晶种子，就可以破坏这种状态，所以称亚 稳状态或介安状态。
• 实际生产生活中， 有时要破坏这种状态，如：人工降雨； 有时则要利用这种状态，如：淬火。
6.2.3 分散度对化学反应的影响
• 分散度不仅影响物理性质，而且影响反应能 力（反应速度、化学平衡）。
• 只有分散到10-6cm以下，分散度的影响才能 明显表现出来。
物理化学界面现象
上述过饱和蒸气、过饱和溶液、过热液体、过冷液体所处的状态均属亚 稳状态。
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。
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。
物理化学第10章界面现象ppt课件
他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化 的普遍关系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年， 开尔文（Kelvin）将界面扩展时伴随的热效应与界 面张力随温度的变化联系起来。后来，他又导出蒸 汽压随界面曲率的变化的方程即著名的开尔文方程。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
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。
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
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。
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物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
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dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
《物理化学教学课件》第十章界面现象
界面现象的基本原理
表面张力
表面张力是物质表面分子或离子间的吸引力，使得物质表 面尽可能收缩。表面张力的大小与物质种类和温度有关。
润湿
润湿是指液体在固体表面铺展或被固体表面吸附的现象。 润湿与固体的表面能、液体的表面张力以及固体与液体之 间的相互作用力有关。
吸附
吸附是指物质在界面上的富集现象。吸附可以分为物理吸 附和化学吸附，物理吸附主要与物质在界面上的范德华力 有关，化学吸附则涉及到化学键的形成。
润湿是指液体在固体表面铺展并覆盖住表面的现象，而不润湿则是指液体不能在固体表面 铺展的现象。
润湿与不润湿产生的原因
润湿与不润湿现象的产生与液体和固体表面的分子间相互作用有关，当液体分子与固体表 面分子间的相互作用力大于液体分子间的内聚力时，就会产生润湿现象；反之则产生不润 湿现象。
润湿与不润湿的应用
能源
能源的储存与转化过程中涉及大量界面现象，如电池、燃料电池等，深入研究 界面现象有助于提高能源利用效率和降低环境污染。
环保
污水处理、大气污染控制等领域涉及大量界面现象，通过优化界面现象可实现 更高效的环保技术。
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毛细现象
毛细现象定义
毛细现象是指由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中上 升或下降的现象。
毛细现象产生的原因
由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中产生向上的附加压 力，从而使液体在细管中上升。
毛细现象的应用
毛细现象在自然界和日常生活中广泛存在，如植物的吸水、毛细血 管等。
润湿与不润湿
润湿与不润湿定义
04
界面现象的实验研究方法
表面张力测量方法
表面张力是液体表面所受到的垂 直于表面方向的力与表面每单位
第十章界面现象物理化学
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 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。
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）
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）
第九章 界面现象.
第九章 界面现象
在讲界面现象之前，让我们先看看日常生活的有关现象：
荷叶上的水珠会自动成球形。 荷
叶 上
玻
璃 上
毛细现象
物理化学 课件
第九章 界面现象
微小液滴易挥发（小颗粒晶体易溶解）
活性碳脱色 橘子皮为什么可除去冰箱中的臭味 金属粉末在空气中可自燃 。粉尘爆炸。 纳米材料为什么会呈现强烈的表面效应等等。 以上现象皆与物质的界（表）面有关。
地保墑。 墑情好的土壤中存在丰富的毛细管，
锄地可以切断地面的毛细管，防止土壤
中的水分沿毛细管上升到表面而挥发；
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 另一方面，由于液态水在毛细管中呈凹面，饱和蒸地表和土壤深处毛细管的同时， 还有利于大气中水汽在土壤毛细管中凝结，增加土壤水分，这就是 锄地保墑的科学原理。 此外，硅胶作为干燥剂同样是利用毛细管现象，请读者自己理
通过毛细管与位于管端的半径为r的
小液滴相连接。 液滴所承受的外压为p0和弯曲液面的附加压力p之和p+ p0， 平面液面上活塞施加的压力为p。
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 例9.2 已知20℃时水的表面张力为0.0728Nm-1，如果把水分散成小 水珠，试计算当水珠半径分别为1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5 cm时, 曲面下的附加压力为多少？
由图可知，毛细管半径R与弯曲液面的
曲率半径R的关系为R=Rcos，结合上式可
得液体在毛细管中上升的高度为
2 cos θ h R( - ) g
（9 - 20）
由上式可知，在一定的温度下，毛细管越细，液体对毛细管润
在讲界面现象之前，让我们先看看日常生活的有关现象：
荷叶上的水珠会自动成球形。 荷
叶 上
玻
璃 上
毛细现象
物理化学 课件
第九章 界面现象
微小液滴易挥发（小颗粒晶体易溶解）
活性碳脱色 橘子皮为什么可除去冰箱中的臭味 金属粉末在空气中可自燃 。粉尘爆炸。 纳米材料为什么会呈现强烈的表面效应等等。 以上现象皆与物质的界（表）面有关。
地保墑。 墑情好的土壤中存在丰富的毛细管，
锄地可以切断地面的毛细管，防止土壤
中的水分沿毛细管上升到表面而挥发；
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 另一方面，由于液态水在毛细管中呈凹面，饱和蒸地表和土壤深处毛细管的同时， 还有利于大气中水汽在土壤毛细管中凝结，增加土壤水分，这就是 锄地保墑的科学原理。 此外，硅胶作为干燥剂同样是利用毛细管现象，请读者自己理
通过毛细管与位于管端的半径为r的
小液滴相连接。 液滴所承受的外压为p0和弯曲液面的附加压力p之和p+ p0， 平面液面上活塞施加的压力为p。
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 例9.2 已知20℃时水的表面张力为0.0728Nm-1，如果把水分散成小 水珠，试计算当水珠半径分别为1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5 cm时, 曲面下的附加压力为多少？
由图可知，毛细管半径R与弯曲液面的
曲率半径R的关系为R=Rcos，结合上式可
得液体在毛细管中上升的高度为
2 cos θ h R( - ) g
（9 - 20）
由上式可知，在一定的温度下，毛细管越细，液体对毛细管润
《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 。
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20 C , 72.88103 N m1 80 C , 62.61103 N m1
压力的影响
定T下， p↗，气体ρ↗，吸附及溶解↗ ， γ↘ 界面介质
一定温度下，同一物质： γ(s-g) >> γ(l-g) 。 溶入溶质时，界面张力随溶质浓度的变化不定
13
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 三、影响界面张力的因素
能量量纲
Fdx
γ dAS γ 2ldx
单位面积之能量
物理意义：沿着与表面相切方向，垂直作用在表面任
意单位长度线段上的紧缩力。
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
二、表面吉布斯函数
定温定压、可逆条件下：
d GT ,p
δ
W
'
r
d
AS
F≠0
F=0
G AS T , p,n — — 表 面 吉 布 斯 函 数
γ随分子间作用力的增强而增大。一般有： γ(金属键)> γ(离子键)> γ(极性键) > γ(非极性键) 如： γ(液态金属)> γ(熔融盐)> γ(水) > γ(有机溶剂)
12
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
三、影响界面张力的因素
温度的影响
定p下，一般 T↗，液体ρ↘，分子间力↘，γ↘
如H2O
2016编辑
第七章
界面现象 （Interfacial Phenomenon）
学时：6 主讲: 王女 课程中心：物理化学B
第七章 界面现象 界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的
2
多尺度特殊浸润性材料
PU c-PVA c-PVA
PU
Macromol. Rapid Commun.,2008, 29, 485; Soft Matter, 2012, 8, 5996; Acs Applied
学习 要求
及
重点
➢理解弯曲液面附加压力的概念，掌握Laplace 方程；
➢掌握Kelvin方程，会分析几种亚稳状态；
➢了解润湿现象，掌握杨氏方程；
➢理解固体及溶液吸附概念及区别，掌握 Langmuri和Gibbs吸附等温式；
➢了解表面活性剂结构特征及定向排列作用；
7
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
水(液)
2.5
水(液/汽)
90
水(液/苯)
293
Hg (液)
293
Hg (液/水)
293
NaCl (固)
293
MgO (固)
293
Cu(液)
293
Fe (固)
293
Fe (液)
293
W (固)
72.75 72.88 35.0 485 415
90 1200 1268 2150 1880 2900
293 293 293 293 293 1173 298 1203 1673 1808 2000
面积及界面张力均改变时：
dG dG (界 面) d( AS ) dAS AS d
15
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 四、 界面现象热力学
讨论： dG dG (界 面 ) d( AS ) dAS ASd
γ一定时： γ dAS<0 时为自发。 如小液滴的自发合并长大；
As一定时：Asdγ <0 时为自发。 如吸附现象；
物理意义：定温定压、定组成下，增加dAS表面积所 引起系统G的增量。 单位：J ·m-2 = N ·m-1
或积分： dG G体G表 G体
AS 0
d
AS
G表 AS
G表 AS
单位表面积上的分子比同量内部分子过剩的Gibbs能
11
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 三、影响界面张力的因素 物质本质—分子间作用力的影响
14
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
四、 界面现象热力学 以Gibbs函数为判据，对多组分且组成可变、含一
个确定相界面的封闭系：
G G(T , p, n1, n2 nk , AS ) 使：G G(体相) G(界面)
dG SdT Vdp
B( )dnB( ) dAS
B
定温定压恒组成时：dG(体相)=0 dG dAS
Materials & Interfaces, 2012, 4, 3207; J. Mater. Chem. A, 2016, 3, 4365; J. Mater. Chem.
A, 2016, 4, 12014; NPG Asia Materials, 2016, in Press.
3
第七章 界面现象 界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的 ➢ 界面(表面)现象随处可见
单 位 ：m 1
应用：日化、造纸、涂料、催化、採油、冶金、 生物医药、环境治理等。
5
第七章 界面现象
目录 §7-1 表面张力和表面吉布斯函数 §7-2 弯曲液面的附加压力 §7-3 分散度对物质性质的影响与亚稳状态 §7-4 润湿现象 §7-5 吸附现象
6
第七章 界面现象
➢理解表面张力和表面吉布斯能概念，以及其 影响因素，理解界面变化自发方向的判断；
多 孔 硅 胶
活性碳膜
金滴-水滴-皂泡 4
第七章 界面现象
界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的
表面（界面）的
能量。系统分散度愈大过剩能量愈大。
分散度-比表面：单位质量(或体积)物质的表面积。
aS AS m 单 位 ：m 2 kg1; 或 aS AS V 多孔硅胶 a S 300 ~ 700 m 2 g 1 活性炭 a S 1000 ~ 2000 m 2 g 1
γ 、 AS皆可变时： γ dAS+ ASd γ <0时为自发。
如润湿现象；
16
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 四、 界面现象热力学
讨论：定T 定p、组成恒定的分散过程热力学 Gibbs函数变：d G d AS
常压下一些液体、固体的表面张力和液-液界面张力
物质
γ /10-3N·m-1
T/K
物质
γ /10-3N·m-1
T/K
He (液) N2 (液) 丙酮(液) 正辛酮(液) 正己烷(液) 正辛烷(液) 乙醇(液) 苯(液) 正辛烷(液/水) 正己烷(液/水)
0.308 6.6 23.7 27.5 18.4 21.8 22.75 28.88 50.8 51.5
➢理解表面张力和表面吉布斯函数概念 知 识 ➢了解影响表面(界面)张力的因素 点 ➢理解界面变化热力学
F≠0 F=0
8
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 一、表面(界面)张力
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 一、表面(界面)张力
l
m
dx
F
F 2l
单位： N ·m-1
表面功 δWr'
δWr '