傅献彩第五版物理化学ppt课件第13章表面物理化学
傅献彩第五版物理化学课件全解共111页
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傅献彩第五版物理化学课件全解
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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ห้องสมุดไป่ตู้
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
(NEW)傅献彩《物理化学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
目 录第1章 气 体1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 名校考研真题详解第2章 热力学第一定律2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 名校考研真题详解第3章 热力学第二定律3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 名校考研真题详解第4章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第5章 相平衡5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 名校考研真题详解第6章 化学平衡6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 名校考研真题详解第7章 统计热力学基础7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第8章 电解质溶液8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第9章 可逆电池的电动势及其应用9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第10章 电解与极化作用10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第11章 化学动力学基础（一）11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 名校考研真题详解第12章 化学动力学基础（二）12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 名校考研真题详解第13章 表面物理化学13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 名校考研真题详解第14章 胶体分散系统和大分子溶液14.1 复习笔记14.2 课后习题详解14.3 名校考研真题详解第1章 气 体1.1 复习笔记一、气体分子动理论1．理想气体理想气体：在任何压力、任何温度下都符合理想气体状态方程pV＝nRT 的气体。
理想气体状态方程中，p为气体压力，单位是Pa；V为气体的体积，单位是m3；n为物质的量，单位是mol；T为热力学温度，单位是K；R是摩尔气体常数，。
2．气体分子动理论的基本公式（1）气体分子运动的微观模型①气体是大量分子的集合体；②气体分子不断地作无规则的运动，均匀分布在整个容器之中；③分子彼此的碰撞以及分子与器壁的碰撞是完全弹性的。
物理化学第五版课件
相平衡状态
当单组分系统满足相平衡条件时 ，系统将处于一种稳定状态，各
相之间不会发生相互转化。
二组分系统的相平衡
定义
二组分系统是由两种不同物质组成的系统，其相平衡是指这两种 物质在气、液、固三相之间达到平衡状态的过程。
相平衡条件
二组分系统的相平衡需要满足一定的条件，如温度、压力、各相的 化学势以及两种物质的摩尔分数相等。
平衡常数的定义
在一定温度下，可逆反应达到平 衡时各生成物浓度的系数次幂的 乘积与各反应物浓度的系数次幂
的乘积之比。
平衡常数的表达式
根据化学反应方程式的书写方式不 同，平衡常数的表达式也不同。
平衡常数的意义
表示反应正向进行的程度，平衡常 数越大，反应正向进行的程度越大 。
化学反应的等温方程式
等温方程式的定义
电化学
05
电导和电导率
电导
表示物质导电能力的物理量，定 义为当施加电场时，单位时间内 通过单位面积的电流。
电导率
表示物质导电能力的参数，定义 为电导与物质厚度的比值。
电极电势和电池反应
电极电势
表示电极上发生的氧化或还原反应的 难易程度，与电极反应的自由能变化 有关。
电池反应
由两个电极反应组成的可逆反应，其 总反应为两电极反应的相反数之和。
了解反应达到平衡时的物质组成，为 实际生产和科学实验提供理论依据。
平衡组成的计算方法
通过代入化学反应方程式和平衡常数 表达式，解出各物质的平衡浓度或分 压。
相平衡
04
单组分系统的相平衡
定义
单组分系统是由一种物质组成的 系统，其相平衡是指该物质在气 、液、固三相之间达到平衡状态
的过程。
物理化学(第五版)傅献彩上册
物理化学（第五版）傅献彩上册第一章引言物理化学是研究物质的性质和变化规律的学科。
它是物理学和化学的交叉学科，采用了物理学的理论和方法来解释和描述化学现象。
本书为《物理化学（第五版）》上册，是傅献彩教授主编的经典教材之一。
第二章热力学热力学是研究热能转化及其与物质性质关系的学科。
本章主要介绍了热力学的基本概念和定律，如热力学第一定律和热力学第二定律。
同时，还涉及了理想气体的状态方程和变动过程，熵的概念和熵变的计算方法等。
第三章热力学函数与熵的计算本章深入介绍了热力学函数的计算方法，包括内能、焓、自由能和吉布斯函数等。
同时，还介绍了熵的计算方法，包括理想气体熵的计算、可逆过程熵变的计算和非可逆过程熵变的计算等。
这些函数和熵的计算方法是研究物质变化和平衡状态的重要工具。
第四章相平衡与相变相平衡是研究不同相之间的平衡条件和相变规律的学科。
本章主要介绍了相平衡的基本概念和条件，如相平衡的条件和相图的表示方法。
同时，还介绍了相变的基本规律和热力学描述，如固液相变和液气相变等。
第五章物理化学平衡常数物理化学平衡常数是研究化学反应平衡的重要参数，也是研究物质变化和平衡状态的重要工具。
本章主要介绍了平衡常数的概念和计算方法，包括平衡常数的定义、计算和影响因素等。
同时，还介绍了化学平衡的基本原理和影响因素。
第六章化学平衡的计算方法本章主要介绍了化学平衡的计算方法，包括平衡计算和平衡常数计算。
平衡计算是将已知条件下，通过平衡条件和平衡常数计算未知物质浓度或压力的过程。
平衡常数计算是通过物质浓度或压力的变化来计算平衡常数的大小，从而判断反应的偏向性和平衡位置。
第七章化学动力学化学动力学是研究化学反应速率及其与反应条件关系的学科。
本章主要介绍了化学反应速率的定义和计算方法，包括反应速率方程的推导和速率常数的计算。
同时，还介绍了影响反应速率的因素和反应机理的研究方法。
第八章电化学与电解，俞允文电化学是研究电能与化学能之间互相转化的学科。
傅献彩《物理化学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(表面物理化学)【圣才出品】
第13章表面物理化学13.1 复习笔记一、表面和界面1．定义界面是指密切接触的两相之间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。
其中气-液界面和气-固界面习惯称为表面。
2．界面现象的本质处在界面层的分子，与内部分子相比所处的环境不同，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消，因此，界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
3．比表面比表面是单位质量物质的表面积，单位通常以m2·g-1来表示。
其定义为s AAm或式中，m 和V 分别为物质的质量和体积，A s 为物质的总表面积。
比表面通常用来表示多相分散系统的分散程度。
对一定质量的物体，若将其分散为粒子，粒子越小，比表面越大。
二、表面张力及表面Gibbs 自由能1．液体的表面张力、表面功及表面Gibbs 自由能（1）表面张力：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，其方向指向液体方向并与表面相切，并和两部分的分界线垂直。
表面张力可以看作是引起液体表面收缩的单位长度上的力，单位为N ·m -1。
（2）表面功：在恒温、恒压和组分恒定下，使系统增加单位表面积所需的可逆功，其单位为J ·m -2。
可表示为（3）表面Gibbs 自由能：在恒温恒压下，使系统增加单位表面积所需的Gibbs 自由能的增值，其单位为J ·m -2。
可表示为注意：表面张力、表面功及表面吉布斯函数均用γ表示。
物理化学(第五版)傅献彩上册
物理化学（第五版）傅献彩上册引言物理化学是研究物质的性质与变化的一门学科，是化学与物理学的交叉领域。
《物理化学（第五版）傅献彩上册》是一本系统介绍物理化学原理和应用的教材。
本文将对该教材的内容进行概述，包括化学热力学、化学平衡、电化学和表面现象等方面的内容。
化学热力学化学热力学是研究化学反应与能量转化的科学，是物理化学的重要分支。
本书第一章从基本概念入手，介绍了能量、焓、内能和吉布斯自由能等热力学基本概念。
随后，深入讲解了热力学第一定律和第二定律，以及熵的概念和计算方法。
此外，书中还涉及了熵增定律和吉布斯函数的应用，为读者提供了一种理解化学反应和能量转化的方法。
化学平衡化学平衡是指化学反应达到动态的平衡状态。
第二章从反应的正、逆过程入手，介绍了动态平衡的概念。
接着，书中对平衡常数和平衡常数与反应条件的关系进行了解释，并给出了平衡常数的计算方法。
此外，本章还引入了平衡常数与反应热力学性质的关系，以及平衡浓度和平衡常数之间的关系。
通过对化学平衡的深入讲解，读者可以更好地理解化学反应中的平衡状态。
电化学电化学是研究化学与电能转化的科学，主要涉及电解、电极反应和电化学电池等内容。
第三章从电解和电极电势的基本概念入手，介绍了电解反应的条件和过程，并阐述了电解与化学平衡的关系。
接着，书中对电极过程和电极反应的机理进行了深入探讨，包括电极反应的标准电势和电极的电势差等。
此外，本章还对电化学电池的原理和应用进行了介绍，包括原电池、电解池和电池电动势等。
通过对电化学的学习，读者可以了解电化学反应的规律和应用。
表面现象表面现象是指液体和固体界面上的各种现象。
第四章从表面张力的概念入手，介绍了表面现象的基本特征和表征方法。
随后，书中对液体的毛细现象和浸润现象进行了详细解析，包括毛细管法和浸润现象的原理和应用。
此外，本章还涉及了表面活性剂和胶体溶液等内容。
通过对表面现象的学习，读者可以更好地理解液体和固体界面上的各种奇特现象。
物理化学第五版课件
在常温下，只有在15000 atm以上，石墨转变为金刚石 在常温下，只有在 以上， 以上 的反应才是自发的。 的反应才是自发的。
化学反应的速率和机理 速率和机理的问题 二、 化学反应的速率和机理的问题
一个化学反应的速率究竟有多大？ 一个化学反应的速率究竟有多大？反应是经过什么样的机 理（或历程）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度、 或历程）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度、 催化剂等）对反应速率有什么影响？ 催化剂等）对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制 化学反应，抑制副反应的发生， 化学反应，抑制副反应的发生，使之按我们所需要的方向 和适当的速率进行等等。 和适当的速率进行等等。 研究这一类的问题构成物理化学中的另一部分叫做化学 研究这一类的问题构成物理化学中的另一部分叫做化学 动力学。它主要解决反应的速率和历程的问题。 速率和历程的问题 动力学。它主要解决反应的速率和历程的问题。它的任 务就是把热力学上可能发生的反应变为现实。 务就是把热力学上可能发生的反应变为现实。
绪
论
§0.1 物理化学的目的和内容
1. 物理变化与化学变化具有密切联系 a. 化学变化常伴随着物理变化。（体积、压力、 化学变化常伴随着物理变化。（体积、压力、 。（体积 热效应、 热效应、电效应和光效应等 ）
CH 4 + 2O2 = CO2 + 2 H 2 O 放热
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 放电
3. 热力学平衡态
热力学平衡态：在一定的条件下， 热力学平衡态：在一定的条件下，如果一个系统所有的状 态函数（宏观性质）有确定值，且不随时间而改变， 态函数（宏观性质）有确定值，且不随时间而改变，则称 这个系统处于热力学平衡态。 这个系统处于热力学平衡态。
大学物理化学经典傅献彩ppt课件
（1）
（2）
( 1 )Z n ( s ) │ Z n S O 4 ( a q ) │ C u S O 4 ( a q ) │ C u ( s )
( 2 )Z n ( s ) │ Z n S O 4 ( a q ) ‖ C u S O 4 ( a q ) │ C u ( s )
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P t│ H 2 ( p ) │ H C l ( a ) │ A g C l ( s ) │ A g ( s )
( 2 )H 2 ( p 1 ) C l 2 ( p 2 ) 2 H + ( a H ) 2 C l ( a C l )
E1E1 RFTlnaa1 H2 2aaC 1l22
E2 E2
RTln a2a2 2F aH2 aCl2
E 1E 2
E 1E 2
r G m ( 1 ) E 1 F r G m ( 2 ) 2 E 2 F
Sn4(a1),Sn2(a2)|Pt S n4 (a 1)2 e S n2 (a 2)
Cu2(a1), Cu(a2)|Pt
C u2(a 1)e C u(a2)
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13
§9.2 电动势的测定
对消法测电动势 标准电池
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14
对消法测定电动势的原理图
Ew
A
H
E
s .c
K D
R
E(RoRi)I
CB
U RO I
G
U RO
E RO Ri
Ex
Ex
Es.c
AC AH
RO
E U
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15
对消法测电动势的实验装置
标准电池 待测电池
工作电源
2024版傅献彩物理化学电子教案课件
01绪论Chapter物理化学概述物理化学的定义01物理化学的研究范围02物理化学在化学科学中的地位03物理化学的研究对象与任务研究对象研究任务实验方法通过实验手段观测和记录物质的物理现象和化学变化，获取实验数据。
理论方法运用数学、物理学等理论工具对实验数据进行处理和分析，揭示物质的基本规律。
计算方法利用计算机模拟和计算等方法，对物质的性质、结构和变化规律进行预测和研究。
物理化学的研究方法030201物理化学的学习方法与要求学习方法学习要求02热力学基础Chapter热力学基本概念与术语热力学系统状态与状态函数过程与途径热力学平衡态热力学第一定律能量守恒定律能量不能创造也不能消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学能系统内能的变化等于传入系统的热量与外界对系统做功之和。
焓定义为系统的热力学能与体积的乘积，用于描述等压过程中的能量变化。
热力学第二定律热力学第二定律表述热力学温标熵增原理热力学函数与基本方程热力学函数热力学基本方程麦克斯韦关系式热力学在化学中的应用化学反应的热效应化学平衡相平衡03化学动力学基础Chapter化学反应速率的概念与表示方法化学反应速率表示方法摩尔浓度变化率、质量浓度变化率、气体分压变化率等化学反应速率理论简介碰撞理论过渡态理论01020304浓度越高，反应速率越快。
反应物浓度温度越高，反应速率越快。
温度催化剂可以降低反应的活化能，从而加快反应速率。
催化剂对于有气体参与的反应，压力的变化会影响反应速率。
压力影响化学反应速率的因素复杂反应动力学简介平行反应竞争反应连续反应根据反应条件（如温度、压力、浓度等）预测反应的速率。
预测反应速率通过调整反应条件（如温度、压力、催化剂等）来优化反应速率和选择性。
优化反应条件通过分析反应速率与各种因素的关系，可以推断出反应的机理和过渡态的性质。
研究反应机理化学反应速率理论的应用04电化学基础Chapter电化学基本概念与术语电化学电极电解质电离电导率将化学能转变为电能的装置。
傅献彩《物理化学》(第5版)(下册)课后习题-表面物理化学(圣才出品)
第13章表面物理化学的小水滴，试计算（已1．在293 K时，把半径为1.0 mm的水滴分散成半径为1.0m知293 K时水的表面Gibbs自由能为（1）表面积是原来的多少倍？（2）表面Gibbs自由能增加了多少？（3）完成该变化时，环境至少需做多少功？解：（1）设小水滴个数为N，则根据分散前后体积不变，可得所以。
（2）表面吉布斯自由能的增加量为＝9.15×10－4J。
（3）完成变化时，环境至少需做功为＝－9.15×10－4J。
2．已知汞溶胶中胶粒（设为球形）的直径为22 nm，在1.0 dm3的溶胶中含Hg为8×10－5 kg，试计算：（1）在1.0 cm3的溶胶中的胶粒数。
（2）胶粒的总表面积。
（3）若把质量为8×10－5kg的汞滴，分散成上述溶胶粒子时，表面Gibbs自由能增加多少？已知汞的密度为13.6 kg·m －3，汞一水界面张力为解：（1）设Hg溶胶的体积为V，则有＝5.575×10－24 m3设1.0cm3溶胶中的胶粒数为N，则＝1.055×1012（2）胶粒总表面积为＝1.604×10－3 m2（3）设质量为的汞滴半径为r0，则有解得所以表面吉布斯自由能增加量为＝5.96×10－4J。
3．试证明：证明：（1）因为所以又因故（2）由，得因，故4．已知水的表面张力与温度的关系式为在283 K时。
可逆地使一定量纯水的表面积增加0.01 m2（设体积不变），求系统的如下各个解：当T＝283K时，根据题给关系式，有故，因为所以＝4.95×10－8J·K－1＝7.56×10－4J。
5．把半径为R的毛细管插在某液体中，设该液体与玻璃间的接触角为θ，毛细管中液体所成凹面的曲率半径为液面上升到h高度后达到平衡，试证明液体的表面张力可近似地表示为式中g为重力加速度，为液体的密度。
证明：附加压力与上升的液柱所产生的静压力相等时，才能达到力的平衡，则。
物化公式总结傅献彩
- - -物理化学（第五版）公式总结傅献彩版专业：化学XX：XXX学号：XXX- .可修编.物化公式总结- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.第四章多组分系统热力学及其在溶液中的运用- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.- .可修编.第五章相平衡一、主要概念组分数，自由度，相图，相点，露点，泡点，共熔点，(连)结线，三相线，步冷(冷却)曲线，低共熔混合物(固相完全不互溶)二、重要定律与公式本章主要要求掌握相律的使用条件和应用，单组分和双组分系统的各类典型相图特征、绘制方法和应用，利用杠杆规则进行有关计算。
1、相律： F = C - P + n, 其中：C=S-R-R’- .可修编.- .可修编 .(1) 强度因素T ，p 可变时n =2 (2) 对单组分系统：C =1, F =3-P(3) 对双组分系统：C =2，F =4-P ；应用于平面相图时恒温或恒压，F =3-P 。
Clapeyron 方程（任何纯物质的两相平衡）：m vap m vap V T H dT dp ∆∆=（气-液），mfus m fus V T HdT dp ∆∆=（液-固） Clausius -Clapeyron 方程:2ln RTH dT p d mvap ∆=(Δvap H 与T 无关，气体参与，V 凝聚相体积忽略)2、相图(1)相图：相态与T ，p ，x 的关系图，通常将有关的相变点联结而成。
(2)实验方法：实验主要是测定系统的相变点。
常用如下四种方法得到。
对于气液平衡系统，常用方法蒸气压法和沸点法； 液固(凝聚)系统，通常用热分析法和溶解度法。
3、单组分系统的典型相图 对于单组分系统C =1，F =C -P +2=3-P 。
当相数P =1时，自由度数F =2最大，即为双变量系统，通常绘制蒸气压-温度(p-T )相图，见下图。
物理化学课件--南大傅献彩等第五版ppt_07-1[1]
![物理化学课件--南大傅献彩等第五版ppt_07-1[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/ad611b0f763231126edb11b3.png)
解：先求Cu2+的迁移数，以 1 Cu 为基本粒子，已知： 2
2+
M ( 1 CuSO 4 ) = 79.75 g ⋅ mol−1 2 n(电) = 0.0405 g/107.88 g ⋅ mol−1 = 3.754 × 10−4 mol n(始)=1.1276 g/79.75 g ⋅ mol−1 = 1.4139 × 10−2 mol n(终) = 1.109 g/79.75 g ⋅ mol−1 = 1.3906 × 10−2 mol
无限稀薄摩尔电 导率(molar conductivity at infinite dilution) ∞ m
Λ
7.3.5离子独立运动定律
电解质
Λ
2
∞ m -1
S ⋅ m ⋅ mol
0.014986 0.011503 0.014004 0.010598 0.01450 0.01101
Δ × 10 Λ -1 S ⋅ m ⋅ mol
正极、负极 正极：电势高的极称为正极，电流从正极流向负极。 负极：电势低的极称为负极，电子从负极流向正极。 阴极、阳极
阴极(Cathode) ：发生还原作用的极称为阴极， 在原电池中，阴极是正极；在电解池中，阴极 是负极。 阳极(Anode)：发生氧化作用的极称为阳极，在 原电池中，阳极是负极；在电解池中，阳极是 正极。
离子在电场中运动的速率用公式表示为：
dE v+ = u + dl
dE v− = u − dl
式中 dE dl 为电位梯度，比例系数u+和u-分别称为正、负 离子的电迁移率(electric mobility)u，又称为离子淌度 （ionic mobility），即相当于单位电位梯度时离子迁移 的速率。它的单位是m2·s-1·V-1。 电迁移率的数值与离子本性、电位梯度、溶剂性 质、温度等因素有关，可以用界面移动法测量。
傅献彩物理化学电子教桉第五物理化学总复习PPT教案学习
6.7J.K 1
第21页/共53页
r
H
m
(773
K
)
r
H
m
(298
K
)
773 298
BCP,m (B)dT
58
773 298
6.7
103dT
k
J.mol
1
61.2kJ.mol1
QP
r
H
m
(773
K
)
61.2kJ.mol 1
rm
4.2 30.0
r
H
m
(773
K
)
Cp,m/J.K-1.mol-1
第20页/共53页
解：
r
H
m
(773
K
)
r
H
m
(298
K
)
773 298
BCP,m (B)dT
r Hm (298K) B f Hm (B,298K)
241 52 (235)kJ.mol 1
58kJ.mol1
第14页/共53页
第15页/共53页
2. 根据下列数据，求乙烯C2H6(g)在298K时的标准 摩尔生 成热与 标准摩 尔燃烧 热：
(1) C2H6(g)+7/2O2(g)== 2CO2(g) + 3H2O(l) (2) C(石墨) + O2(g) == CO2(g) (3) H2(g) + 1/2O2(g) == H2O(l)
状态函数及其特点；
H U PV度的函数
U f (T ) H f (T )
第2页/共53页
CP,m
傅献彩第五版物理化学ppt课件第13章表面物理化学
或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开 水而指向空气，在界面定向排列。 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积 所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。
稀溶液的
c 曲线的三种类型
Ⅱ
d 曲线Ⅰ： 0 表面活性物质 dc 曲线Ⅱ：d > 0 非表面活性物质 dc 曲线Ⅲ：d 0 表面活性剂 dc
入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。
如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静 电引力所消耗的功，所以表面张力升高。 表面活性物质
加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
表面活性物质 这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链
dU TdS pdV dAs B dnB U U S ,V , As , nB
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
B
B
从基本公式可得
U H As S ,V ,nB As S , p ,nB A G As T ,V ,nB As T , p ,nB
表面和界面
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或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。 气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
界面现象的本质
界面层分子与内部分子相比所处的环境不同，因此，界
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压
弯曲表面上的蒸汽压——Kelvin公式
物理化学(第五版傅献彩)第13_主要内容
一 选择题
1 等温等压下把一定量的水分散成小水滴，此过程中保持 不变的是（D）
（A）总表面能
（B）比表面
（C）液面下的附加压力 （D）表面张力
2 298K时液体A和B，γA=1/2γB，ρA=2ρB，用相同的毛细 管产生大小相同的气泡，则A的最大气泡压力差等于B
的（A）倍。
（A）1/2 （B）1 （C）2 （D）4
径之比为1。
例5
正常沸点时，水中只含有直径为10-3 mm的空气泡， 使这样的水沸腾要过热多少度？已知100°C水的γ=0.0589 N m-1，∆vapHm=40656 J mol-1。 解：
气泡半径R’ = 5×10-7m ps= 2γ/R’ = 235600 Pa（水中的气泡只有一个界面，
肥皂泡才有两个界面）
解：
c ln c0
=
2γ M RTR ' ρ
c ln 5.9 ×10−3
=
2 × 0.0257 × 0.168 8.314 × 298 ×1566 × 0.005 ×10−6
c = 9.2×10-3 mol dm-3
溶解度 S = 9.2 ×10−3 × 0.168 = 1.55×10−3 kg dm-3
外压为1atm下能否蒸发出R'=0.5×10-7m的气泡?
解：由开尔文公式
ln
pr po
=
2γ M RTR ' ρ
= −0.01427
（R’为负值）
pr po
= 0.9858
pr=99.89 kPa
R’ = 0.5×10-7m，ps = 2γ / R’ = 2356000 Pa
p = po+ps = 2457325 Pa
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dU TdS pdV dAs BdnB
dA SdT pdV dAs B dnB
dG SdT Vdp dAs BdnB
B
dH TdS Vdp dAs BdnB
B
B
B
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
vap G1 vap G3 0 G2 G4 0
2 M G2 Vm dp Vm p ' R p p G4 RT ln 0 RT ln r pr p0 p 2 M RT ln r ' Kelvin公式 p0 R
（2）对于凹液面，R' 0 则 pr 随 R' 数值的增大而增大， 并且比正常饱和蒸气 p0 压小 Kelvin公式的简化式
S 同理可得： A T As ,V ,nB s T ,V ,nB
S B A T As , p ,nB 状态函数的二阶偏导与求导的顺序无关 s T , p ,nB
管内汞面下降。
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压
弯曲表面上的附加压力
毛细管现象
p'
p0
N
p''
毛细管内液 M 柱上升（或下降） H 2O 的高度可近似用 如下的方法计算 2 p ps ' gh R 2 h ' 1 g R 1 g 1 当 1 g R 曲率半径R'与毛细管半径R的关系 R´ cos 2 cos h R l g
B
H T 同理可得： A T As , p ,nB s T , p ,nB
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变。
非表面活性物质 能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表面活性物质。 如无机盐和不挥发的酸、碱等。 这些物质的离子有较强的水合作用，趋向于把水分子拖
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压
弯曲表面上的附加压力
附加压力 自由液滴或气泡通常为何都呈球形？
毛细管现象 由于附加压力而引
起的毛细管内外液面有 1、假若液滴具有不规则的形状，则 高度差的现象称为毛细 在表面上的不同部位曲面弯曲方向 管现象。 及其曲率不同，附加压力的方向和 把毛细管插入水中， 大小也不同，这种不平衡的力，必 管中的水柱表面会呈凹 将迫使液滴呈现球形。 形曲面，致使水柱上升 到一定高度。当插入汞 2、相同体积的物质，球形的表面 积最小，则表面总的Gibbs自由能 最低，所以变成球状就最稳定。 中时，管内汞面呈凸形，
入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。
如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静 电引力所消耗的功，所以表面张力升高。 表面活性物质
加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
表面活性物质 这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面张力
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 或 表示，单位 N m1 ，作用于液体表面上的使液面具有收 缩倾向的一种力。
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： W ' dAs 式中 为比例系数，它在数值上等于当T，p 及组成恒定 时，增加单位表面积时所必须对系统做的可逆非膨胀功。 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
统所做的表面功变成了单位表面层分子的吉布斯自由能。 表面自由能的单位：J m 2
界面张力与温度的关系
温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面 张力趋向于零。这可用热力学公式说明：
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
界面张力与温度的关系
dG SdT Vdp dAs BdnB
'
（3）对气相中的气泡，由于气泡有两个气液界面，而且 这两个球形界面的半径相等，所以，气泡内外压力差为 4 ps ' R
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压
弯曲表面上的蒸汽压——Kelvin公式
讨论：
（1）对于凸液面，R' 0 则 pr 随 R' 数值的增大而减小， 并且比正常饱和蒸气 p0 压大
Ⅰ Ⅲ
O
c
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压
弯曲表面上的附加压力
凸面上因外压与附加压力
附加压力 的方向一致，液体所受的总压 由于表面张力的作用，在 等于外压和附加压力之和，总 弯曲表面下的液体与平面不同，压比平面上大。相当于曲率半 受到一种附加的压力，附加压 径取了正值。 力的方向指向曲面的圆心。 p总 p0 ps 凸面上受的总压力大于平 凹面上因外压与附加压力 面上的压力；凹面上受的总压 的方向相反，液体所受的总压 力小于平面上的压力。 等于外压和附加压力之差，总 附加压力与曲率半径的关系 压比平面上小。相当于曲率半 2 ps ' 径取了负值。 R 曲率半径越小，附加压力越大 p总 p0 ps
m V
分散度
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，表面能 也越高。 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。
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面张力
从液膜自动收缩的实验，可以说明液体表面的最基本的 特性是趋向于收缩。 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于呈球形，
表面和界面
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或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。 气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
界面现象的本质
界面层分子与内部分子相比所处的环境不同，因此，界
p 2 M p0 RTR '
(p pr p0 )
表明液滴越小，蒸气压越大
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压
弯曲表面上的蒸汽压——Kelvin公式
RT ln pr 2 M ' p0 R
p 2 M p0 RTR '
Байду номын сангаас
Kelvin公式也可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸 汽泡的蒸汽压之比
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面张力
纯物质的表面张力与分子的性质有关，通常是
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)>(非极性共价键)
水因为有氢键，所以表面张力也比较大。 Antonoff 发现，两种液体之间的界面张力是两种液体
互相饱和时的表面张力之差，即
这个经验规律称为 Antonoff 规则
物理化学电子教案—第十三章
表面物理化学
第十三章
§13.1 §13.2 §13.3 §13.4 §13.5 §13.6 §13.7 §13.8 §13.9
表面物理化学
表面张力及表面Gibbs自由能 弯曲表面下的附加压力和蒸气压 溶液的表面吸附 液-液界面的性质 膜 液-固界面－润湿作用 表面活性剂及其作用 固体表面的吸附 气-固相表面催化反应
p2 2 M RT ln p1
1 1 ' ' R2 R1
Kelvin公式也可以表示两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比
c2 2 l s M 1 1 RT ln ' ' c1 R2 R1 颗粒总是凸面，R'取正值，R'越小，小颗粒的饱和溶液 的浓度越大，溶解度越大。
1,2 1 2
表面热力学的基本公式
对于无非体积功的多组分封闭系统，则有
dU TdS pdV BdnB
B
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面热力学的基本公式
对于考虑表面功的系统 dU TdS pdV dn W ' B B
W ' dAs
表面热力学的基本公式
U H A G A A A A s S ,V ,nB s S , P ,nB s T ,V ,nB s T , P ,nB
这是广义的表面自由能定义式 G 狭义的表面自由能定义式 A s T , P ,nB 上式表示：当以可逆的方式形成新表面时，环境对系
等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加的。所 以 随T的增加而下降。
dU TdS pdV dAs
B
U T A T As , p ,nB s T ,V ,nB
U S T BdnB As T ,V ,nB As T ,V ,nB S A T As ,V ,nB s T ,V ,n
dU TdS pdV dAs B dnB U U S ,V , As , nB
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
B
B
从基本公式可得
U H As S ,V ,nB As S , p ,nB A G As T ,V ,nB As T , p ,nB
Hg
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压