《表面物理化学》研究生课程教学大纲
表面物理化学
第十三章 表面物理化学教学目的：通过本章学习，使学生了解物质高度分散后的性质及不同物质的界面现象，了解表面活性物质的一些基本性质。
基本要求：1．明确表面吉布斯自由能、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系。
2．明确弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，了解弯曲表面上的蒸汽压与平面相比有何不同。
学会使用拉普拉斯公式和开尔文公式。
3．理解吉布斯吸附公式的表示形式，各项的物理意义并能用来作简单计算。
4．了解什么叫表面活性物质，了解表面活性剂的分类及几种重要作用。
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吸附等温线的主要类型。
重点和难点：拉普拉斯公式和开尔文公式,以及兰缪尔吸附等温式是本章的重点难点。
教学内容：表面现象(通常将气一液、气一固界面现象称为表面现象)所讨认的都是在相的界面上发生的一些行为。
物质表面层的分子与内部分子周围的环境不同。
内部分子所受四周邻近相同分子作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是表面层的分子，一方面受到本相内物质分子的作用；另一方面又受到性质不同的另一相中物质分子的作用，因此表面层的性质与内部不同。
最简单的情况是液体及其蒸气所成的体系（见图12-1），在气液界面上的分子受到指向液体内部的拉力，所以液体表面都有自动缩成最小的趋势。
在任何两相界面上的表面层都具有某些特殊性质。
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；而对于多组分体系，这种特性则来自于表面层的组成和任一相的组成均不相同。
物质表面的特性对于物质其他方面的性质也会有所影响。
随着体系分散程度的增加，其影响更为显著。
因此当研究在表面层上发生的行为或者研究多相的高分散体系的性质时，就必须考虑到表面的特性。
通常用表面（A 0）表示多相分散体系的分散程度，其定义为:A 0=A/V式中A 代表体积为V 的物质具有的表面积。
所以比表面A 0就是单位体积（也有用单位质量者）的物质所具有的表面积，其数值随着分散粒子的变小而迅速增加。
《表面物理化学》研究生课程教学大纲
《表面物理化学》课程教学大纲课程编号：010241英文名称：Physical Chemistry of Surfaces一、课程说明1. 课程类别学位基础课程2. 适应专业及课程性质材料工程专业、材料加工专业、矿物加工专业、矿物工程领域，必修3. 课程目的“表面物理化学”矿物加工硕士点的学位课程之一，本课程任务是通过教学环节，使学生掌握材料表面物理化学的基础知识。
包括：物质表面、固-液界面与润湿、固-固界面与粘附、固体表面吸附、溶液吸附、膜和膜应用、表面改性与功能材料、表面活性剂、表面电化学等。
基本要求：（1）熟悉物理化学研究的基本思路和途径。
（2）理解物质表面的特殊现象及其规律。
（3）了解材料表面研究的基本方法和手段。
4. 学分与学时学分2，学时365. 建议先修课程物理化学、胶体表面化学6. 推荐教材或参考书目推荐教材：（1）表面物理化学（第1版）. 腾新荣主编. 化工出版出版社. 2009年参考书目：（1）表面物理化学（第1版）. 程传煊主编. 科学技术文献出版社. 1995年7. 教学方法与手段（1）板书（2）多媒体8. 考核及成绩评定考核方式：考试成绩评定：考试课（1）平时成绩占30%，形式有：到课率，作业等（2）考试成绩占70%，形式有：开卷或闭卷考试，考查课9. 课外自学要求（1）阅读有关专业书籍（2）查阅有关专业文献（3）适当完成一定量的作业二、课程教学基本内容及要求第一章物质表面基本内容：（1）液体表面张力和吉布斯自由能（2）拉普拉斯方程（3）液体表面张力的测定（4）固体表面张力和表面自由能的测定（5）开尔文方程及其应用基本要求：（1）了解表面张力的含义（2）掌握几种表面张力的测定方法（3）掌握kelvin方程的应用教学重点及难点：公式的理解和推导第二章固-液界面与湿润基本内容：（1）界面张力和粘附功（2）晶体-熔体界面及其自由能测定（3）接触角和湿润或浸湿（4）铺展湿润与临界表面张力（5）湿润与粘附基本要求：（1）了解粘附功及自由能测定方法（2）掌握固-液界面自由能的估算方法教学重点及难点：晶体-熔体表面张力的计算第三章固-固界面与粘附基本内容：（1）固-固界面能（2）固-固界面粘附的本质（3）范德华力粘附的界面作用力估算（4）粘附理论（5）粘附强度的影响因素（6）固体材料表面处理基本要求：（1）了解固-固界面能及粘附的本质（2）了解粘附理论和粘附强度的影响因素（3）掌握范德华力粘附的界面作用力估算教学重点及难点：固-固界面粘附的本质；粘附理论第四章固体表面吸附基本内容：（1）吸附定义（2）物理吸附和化学吸附（3）吸附热与等温吸附方程（4）界面二维状态和吸附等温式（5）吸附等温式的推导（6）吸附等温式和吸附熵的统计热力学处理基本要求：（1）了解物理吸附和化学吸附的本质（2）了解吸附等温式和吸附熵的统计热力学方法（3）掌握吸附动力学方程及其应用教学重点及难点：多层吸附方程的理论推导及其应用技算。
《物理化学》课程教学大纲
物理化学课程教学大纲课程名称：物理化学英文名称：PhysicalChemistry课程编号：x2030672学时数：80其中实践学时数：0课外学时数：0学分数：5.0适用专业：能源化工一、课程简介物理化学课程是能源化工专业的一门重要专业基础课程。
课程内容包括化学热力学基础、化学动力学基础、多组分系统热力学、相平衡热力学、化学平衡热力学、界面层的热力学和动力学以及电化学系统的热力学和动力学等；其基础理论包括热力学、统计力学和量子力学；研究系统的状态及状态变化过程的方向与限度、速率和机理；为后续能源化工专业课的学习以及科学研究提供基础理论和研究方法。
通过物理化学课程的学习，使学生了解物理化学的研究内容、研究方法和发展现状，掌握物理化学中化学热力学、化学动力学的基本知识、基本原理和基本方法。
掌握有关物质变化过程的平衡与速率的基础理论和知识。
掌握物理化学基本原理和方法在化学平衡系统，相平衡系统，界面层以及电化学系统等方面的应用。
理解物理化学的理论知识在能源化工中的实际应用，获得应用物理化学的基本原理和方法分析能源化工相关问题的能力。
二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）绪论1、教学内容：物理化学发展历史，物理化学的研究内容、研究对象及研究方法。
2、基本要求了解物理化学发展历史，掌握物理化学的研究内容、研究对象及研究方法。
3、重点：物理化学的研究内容。
4、难点：物理化学的研究内容。
（二）化学热力学基础1、教学内容：热力学基本概念，热力学第一定律、热力学第二定律，热力学第三定律，掌握其原理和热力学方法及在物理化学过程中的应用，两个途径函数（W、Q）、五个状态函数（U、H、S、A、G）的性质、物理意义及增量值的计算，热力学基本方程、麦克斯韦关系式及状态方程式的导出及应用，偏摩尔量、化学势的定义及化学势作为判据在相变化、化学变化中的应用。
2、基本要求（1）熟练掌握热力学基本概念、术语。
2、《物理化学》教学大纲(化学专业)
《物理化学》课程教学大纲一、课程基本信息（一）课程中文名称：物理化学（二）课程英文名称：Physical Chemistry（三）课程代码：（四）课程属性及模块：专业必修课（五）授课学院：理学院（六）开课学院：理学院（七）教材及参考书目教材：《物理化学》（第五版）上册，傅献彩，沈文霞等编，高等教育出版社，2005年《物理化学》（第五版）下册，傅献彩，沈文霞等编，高等教育出版社，2006年参考书：《物理化学核心教程》（第二版），沈文霞编，科学出版社，2009年《物理化学》，万洪文，詹正坤主编，高等教育出版社，2009年《物理化学简明教程》（第四版），印永嘉等编，高等教育出版社，2009年《物理化学学习指导》，孙德坤沈文霞等编，高等教育出版社，2009年《物理化学核心教程学习指导》，沈文霞等编，科学出版社，2009年《化学热力学基础》，李大珍编，北京师范大学出版社，1982年《物理化学》，朱文涛编，清华大学出版社，1995年《物理化学教程》（修订版），姚允斌，朱志昂编，湖南科技出版社,1995年（八）课程定位及课程简介《物理化学》是化学及相关学科的理论基础。
是化学、化工、冶金、材料等专业本科生必修的专业主干基础课之一。
它是从化学现象与物理现象的联系入手，借助数学、物理学等基础科学的理论及其提供的实验手段，来探求化学变化中最具普遍性的基本规律的一门学科。
它是先行课程无机化学、分析化学、有机化学普适规律的理论归纳和定量探讨，是后续专业知识深造和科研工作的理论基础，也是连接化学与其它学科的桥梁。
（九）课程设计基本理念依据“以学生为中心”的教育教学理念，本课程的教学目的主要是：（1）使学生在已学过的一些先行课程（无机化学、有机化学、分析化学、高等数学、普通物理学）的基础上，对化学运动作理论和定量探讨。
（2）使学生能系统地掌握物理化学的基本知识和基本原理，加深对自然现象本质的认识；（3）使学生学会物理化学的科学思维方法，培养学生提出问题、研究问题的能力，培养他们获取知识并用来解决实际问题的能力。
物理化学 教学大纲
物理化学课程教学大纲一、说明（一）课程性质物理化学是化学学科的一门基础理论课。
本课程的目的在于运用物理和数学的有关理论和方法进一步研究化学运动形式的普遍规律。
（二）教学目的通过物理化学的教学，使学生了解和掌握化学学科的基本理论，培养学生理论思维的能力，为从事化学教学和科研打下扎实的理论基础。
（三）教学内容本课程主要包括化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、表面化学和胶体化学等几个部分。
通过教学的各个环节使学生达到各章中所提的基本要求。
习题课是重要的教学环节，教师必须予以重视。
讲授时要注意国家颁布的法定计量单位和符号系统规定。
（四）教学时数本课程教学时数为108学时。
（五）教学方式以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。
二、讲授大纲与各章的基本要求绪论教学要点：着重阐明物理化学基本内容及物理化学学科发展，介绍物理化学的学习方法。
教学时数：2学时教学内容：1．物理化学的基本内容2．物理化学发展简史3．学习物理化学的意义4．怎样学习物理化学考核要求：了解物理化学的基本内容。
第一章热力学第一定律教学要点：通过本章的教学使学生初步了解热力学方法及其基本特点，掌握状态、状态函数、可逆过程等基本概念，理解状态函数的性质，理解热力学第一定律并能对物理化学过程(状态变化、相变化、化学反应等)进行有关计算。
1．使学生准确掌握热力学的基本概念。
2．使学生知道热、功、热力学能之间的区别与联系。
3．使学生充分理解状态函数的意义及其数学特性。
4．明确焓的定义和意义。
5．明确可逆过程及其意义。
6．熟练地应用热力学第一定律计算物理化学过程的△U、△H、Q和W。
7．熟练地应用△f Hm(B)、△cHm(B)计算反应热效应。
掌握盖斯定律和基尔霍夫定律应用。
8．了解卡诺循环的意义及理想气体在诸过程的热和功的计算。
教学时数：10学时教学内容：一、热力学概论和热力学的基本概念1．热力学的目的、内容、方法与局限性2．体系与环境3．体系的状态和性质(状态、状态性质、容量性质、强度性质)4．过程与途径(等温过程、等压过程、等容过程、相变过程、化学过程、循环过程)5．状态方程和过程方程6．状态函数的全微分性质二、热和功1．热2．功(体积功与非体积功，功的一般计算公式，体积功的计算)三、热力学第一定律1．热力学能2．热力学第一定律文字表述和数学表达式四、焓(等压热容、等容热容、焓的定义)五、热容(C p与C v及其相互关系，C p与温度的关系)，热量的计算六、准静态过程与可逆过程七、热力学第一定律对理想气体的应用1．理想气体的内能和焓2．理想气体△U和△H的计算3．理想气体C p与C v的关系4．理想气体的等温可逆过程5．理想气体的绝热过程6．理想气体的卡诺循环八、热力学第一定律对相变化的应用九、热力学第一定律对实际气体的应用1．焦耳—汤姆逊实验2．焦—汤系数及倒转温度3．实际气体的热力学能和焓十、热力学第一定律对化学反应过程的应用1．化学反应的热效应(等压热效应、等容热效应、反应进度和热化学方程式、化学反应热效应的表示)2．盖斯定律3．化学反应热效应的计算(生成焓与标准生成焓，燃烧焓，离子生成焓，键焓) 4．反应热效应与温度的关系(基尔霍夫定律，非等温反应和绝热反应热效应的计算)考核要求：1．热力学概论1.1 热力学的目的、内容和方法（识记）1.2 热力学的一些基本概念1.2.1体系与环境，体系的性质（识记）1.2.2 热力学平衡态和状态函数（识记）2．热力学第一定律2.1热和功（领会）2.2热力学能（领会）2.3热力学第一定律的表述与数学表达式（应用）3．体积功与可逆过程3.1 等温过程的体积功（应用）3.2 可逆过程与最大功（领会）4．焓与热容4.1 焓的定义（识记）4.2 焓变与等压热的关系（应用）4.3 等压热容和等容热容（识记）5．热力学第一定律对理想气体的应用5.1 理想气体的热力学能和焓（领会）5.2 理想气体的C p与C v之差（识记）5.3 理想气体的绝热过程（领会）6．热力学第一定律对实际气体的应用6.1 节流膨胀与焦耳-汤姆逊效应（识记）7．热力学第一定律对相变过程的应用（领会）8．化学热力学8.1 化学反应热效应8.1.1 等压热效应与等容热效应（领会）8.1.2 反应进度（识记）8.2 赫斯定律与常温下反应热效应的计算8.2.1赫斯定律（应用）8.2.2 标准摩尔生成焓与标准摩尔燃烧焓（领会）8.3 标准反应焓变与温度的关系—基尔霍夫定律（应用）第二章热力学第二定律教学要点：本章主要讨论体系的过程方向与限度。
《物理化学》教学大纲
《物理化学》教学大纲一、课程基本信息课程名称：物理化学课程类别：专业基础课课程学分：X学分课程总学时：X学时二、课程的性质、目的和任务（一）课程性质物理化学是化学学科的一个重要分支，是化学专业及相关专业学生必修的一门基础课程。
它运用物理学的原理和方法，研究化学变化的基本规律，是连接无机化学、有机化学、分析化学等基础学科与化工原理、化学工艺学等应用学科的桥梁。
（二）课程目的通过本课程的学习，使学生系统地掌握物理化学的基本概念、基本原理和基本方法，培养学生运用物理化学的理论和方法分析和解决化学问题的能力，为后续课程的学习和今后从事化学及相关领域的研究、开发和生产工作打下坚实的基础。
（三）课程任务1、使学生掌握热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律的基本内容，能够熟练运用热力学方法计算化学反应的热效应、熵变、焓变和自由能变化，判断化学反应的方向和限度。
2、使学生掌握多组分系统热力学的基本概念和基本定律，能够熟练运用相律分析相平衡问题，掌握单组分和双组分系统的相图及其应用。
3、使学生掌握化学平衡的基本原理，能够熟练运用化学平衡常数计算平衡组成，了解温度、压力、浓度等因素对化学平衡的影响。
4、使学生掌握电化学的基本概念和基本定律，能够熟练运用能斯特方程计算电极电势和电池电动势，了解电解、电镀、原电池等电化学过程的基本原理和应用。
5、使学生掌握化学动力学的基本概念和基本定律，能够熟练运用反应速率方程和反应级数计算反应速率，了解温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响，掌握简单级数反应的动力学特征和反应机理的推测方法。
6、使学生掌握表面化学和胶体化学的基本概念和基本原理，了解表面活性剂、吸附、乳化、胶体的稳定性等表面化学和胶体化学现象的本质和应用。
三、课程教学的基本要求（一）知识要求1、掌握物理化学的基本概念、基本原理和基本公式，如热力学函数、相律、化学平衡常数、电极电势、反应速率常数等。
2、理解物理化学基本原理的推导过程和物理意义，能够运用物理化学原理分析和解决实际问题。
《表面化学》教学活动大纲
《表面化学》教学大纲课程编号：总学时：32H（理论教学32H）学分：2基本面向：生物工程、制药工程、化学工程与工艺专业所属单位：化工系一、本课程的目的、性质及任务本课程属工程学科，是化工类及相近专业的选修课。
通过本课程的学习，使学生掌握气液、液液、气固及液固等各种界面（表面）现象及其规律，并对新功能材料的界面化学、界面光化学以及界面化学的微观描述、常用测试方法有所了解，为学生进入各专业知识领域奠定必要的基础。
二、本课程的基本要求（一）对各种界面现象及其规律进行重点讲解；（二）对界面化学常用测试方法进行简单介绍。
三、本课程与其它课程的关系先修课程：物理化学、有机化学、无机化学等，达到教学大纲要求。
四、本课程的教学内容第一章液体的表面（一）表面张力与表面吉布斯函数（二）表面自由能的微观定性解释（三）表面吉布斯函数的分子理论（四）表面张力的物理真实性、影响因素及测定方法（五）表面热力学基础（六）弯曲液面的表面现象第二章溶液的表面张力和表面吸附（一）溶液的表面张力（二）吉布斯吸附公式（三）表面活性物质在溶液表面上定向排列（四）动表面张力及吸附速率第三章表面活性剂（一）表面活性剂的分类、活性及HLB值（二）胶束（三）液晶（四）表面活性剂的绿色化学及绿色表面活性剂第四章液液界面（一）液液界面张力及其测定（二）黏附功与内聚功（三）铺展（四）界面张力的近代理论（五）表面活性剂溶液的界面张力（六）表面活性剂在液液界面上的吸附第五章微乳状液（一）微乳状液的定义、形成、类型与结构、性质及形成机理（二）微乳状液结构的表征（三）微乳状液的应用举例第六章不溶性单分子膜（一）不溶性单分子膜的形成、性质及各种聚集状态（二）单分子膜应用举例（三）混合不溶膜、LB膜及生物膜第七章气体在固体表面上的吸附（一）固体表面的特点、固体表面能与表面张力（二）气体在固体表面上的吸附（三）吸附等温式（四）多空孔性固体的吸附（五）影响气固体界面吸附的因素（六）气固体界面吸附的应用第八章固体自溶液中的吸附（一）固体自溶液中的吸附特性与吸附量（二）复合吸附等温线、自稀溶液中的吸附（三）固体自溶液中吸附的影响因素（四）固体自电解质溶液中的吸附（五）固体在大分子溶液中的吸附（六）表面活性剂在固液界面上的吸附第九章液体对固体的润湿作用（一）润湿与接触角及接触角滞后（二）固体表面的润湿性与临界表面张力（三）固体表面能的估算（四）动润湿、湿润湿、润湿剂第十章纳米材料的表面化学（一）纳米材料的表面化学（二）二元协同纳米界面材料（三）纳米材料的应用概况第十一章新材料的界面光化学（一）重要的界面光化学反应（二）界面光聚合、光异构的功能材料（三）界面光致变色材料（四）材料界面的光致电子转移第十二章界面化学吸附的微观机理（一）化学吸附热的计算（二）单一金属表面的化学吸附（三）无序二元合金表面的吸附第十三章电极表面化学吸附的电子结构与电化学性质（一）蔟-表面类比法（二）电极电势变化对吸附体系结构的影响（三）银-铝催化剂的电子结构与电催化机理（四）电极过程的量子力学描述第十四章金属缓蚀的微观机理（一）金属缓蚀机理简介（二）铁、铝、铜界面的缓蚀机理第十五章表面活性剂的电子结构和分子模拟（一）表面活性剂的电子结构与性质（二）气-固界面吸附的相互作用的模拟（三）液-固界面相互作用的模拟（四）油-水界面的自由组装和相互作用的模拟（五）液-气界面的模拟第十六章现代表面分析常用技术简介（一）表面谱的基本原理与应用（二）几种常见的表面谱仪（三）观察表面形貌显微镜的特点和应用（四）红外和拉曼光谱（五）核磁共振五、学时分配六、教学建议本课程采用课堂教学，提倡启发式、讨论式教学组织实施，以充分调动学生的主观能动性和积极参与精神，提高教学质量和教学效果。
(完整版)物理化学课程教学大纲
物理化学课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称: 物理化学（PhysicalChemistry）所属专业：材料化学课程类别：专业课课程性质：专业课（必选）学分： 3学分（54学时）（二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程；课程简介：物理化学又称理论化学，是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而找出化学运动中最具普遍性的基本规律的一门学科。
共包括4部分内容：第1部分，热力学。
内容包括：热力学第一定律、热力学第二定律、化学势、化学平衡、相平衡。
第2部分，电化学。
内容包括：电解质溶液、可逆电池电动势、不可逆电池过程。
第3部分，表面现象与分散系统。
内容包括：表面现象、分散系统。
第4部分，化学动力学。
内容包括：化学动力学基本原理、复合反应动力学。
目标与任务：使学生掌握物理化学基本概念及计算方法，同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。
这种训练和培养应贯穿在课堂教学的整个过程中，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体条件用理论解决实际问题的方法。
先修课与后续相关课程：先修课：高等数学（微分、积分）、大学普通物理、无机化学、有机化学、分析化学后续相关课程：无。
（三）教材与主要参考书。
教材：物理化学简明教程，第四版，印永嘉等编，高等教育出版社出版.2007参考书目：[1] 付献彩主编，《物理化学》上、下册. 第五版.高等教育出版社出版.2006[2] 胡英主编,《物理化学》上、中、下册. 第一版，北京：高等教育出版社出版.2001[3] 宋世谟主编，《物理化学》上、下册，第四版.北京：高等教育出版社出版.2001[4] 物理化学简明教程例题与习题，第二版，印永嘉等编，高等教育出版社出版二、课程内容与安排绪论讲授，1学时。
第一章热力学第一定律1.1 热力学的研究对象1.2 几个基本概念1.3 能量守恒1.4 体积功1.5 定容及定压下的热1.6 理想气体的热力学能和焓1.7 热容1.8 理想气体的绝热过程1.9 实际气体的节流膨胀1.10 化学反应的热效应1.11生成焓及燃烧焓1.12反应焓与温度的关系（一）教学方法与学时分配讲授，8学时。
表面物理化学
《表面物理化学》课程教学大纲课程名称：（中文）：《表面物理化学》课程名称：（英文）：《Physical Chemistry of Surfaces》课程编号：02003课程组长：课程性质：学位课（专业基础课程）学分：2其中：理论教学学分：2实验（实践）教学学分：0总学时数：40其中：理论教学学时：40实验（实践）教学学时：0适用专业：材料学课程教材：表面物理化学，科学技术文献出版社，1992年参考书目：1．浙江大学编.硅酸盐物理化学.建筑工业出版社，19802．王光信.物理化学.化学工业出版社，20013．A.W.Adamson著，顾惕人译.表面物理化学.科学出版社，1985教学方式：课堂讲授为主，结合课堂讨论、撰写论文及主题发言等形式。
考核方式：考查。
其中笔试占60％，课程讨论、平时作业40％。
先修课程：《物理化学》，《普通物理》编写日期：2006年11月24日课程目的与要求：《表面物理化学》是材料学硕士点的学位课程之一，本课程任务是通过教学环节，使学生掌握材料表面物理化学的基础知识。
包括：表面张力、毛细现象、湿润现象、表面吸附现象等，此外还介绍胶体和表面电化学理论的初步入门。
课程内容与学时分配：1．基本概念（物质表面、表面能等）（4学时）2．各种物质表面张力、拉普拉斯方程（6学时）3．表面张力测量方法、微小液滴蒸气压、开尔文公式（4学时）4．表面湿润现象、湿润角、杨氏方程（4学时）5．固体表面吸附（等温吸附、单分子吸附理论、BET公式）（4学时）6．溶液吸附（吉布斯吸附公式、固体自溶液中吸附等）（6学时）7．表面活性剂、胶体理论初步（胶束形成）（4学时）8．表面电化学理论初步（双电层、电毛细现象）（4学时）9．土木工程中重要表面现象分析，水泥水化、乳化沥青等（4学时）9．复习和考试（4学时）编制人：李力。
表面物理化学课程设计 (2)
表面物理化学课程设计1. 引言表面物理化学研究物质表面和接触面上的化学现象和物理现象，是现代物理化学领域中的一个重要分支。
表面物理化学的主要内容包括表面能、界面电化学、表面反应动力学、表面光谱学等方面。
近年来表面物理化学的研究成果在信息、制造和能源等领域的应用逐渐加深，因此对于建立具有先进水平的表面物理化学课程至关重要。
2. 课程设计本课程旨在培养学生对表面物理化学理论的掌握和实践操作的能力。
本课程将包括以下几个方面：2.1 表面物理化学基础理论本节将介绍表面物理化学领域的基本概念以及表面物理化学实验技术。
其中包括表面能、表面和界面张力、吸附现象、表面电化学、种子极化法、交流伏安法等表面物理化学方法。
此外，本节还将介绍常用的表面物理化学分析手段，如 XPS、SEM、AFM、STM 等。
2.2 表面物理化学实验本节主要涵盖表面物理化学实验的设计和操作流程。
具体实验会涉及表面电化学、表面吸附和表面反应动力学等方面。
所有实验都将会在实验室中进行。
实验分为单独操作和小组合作操作两种方式。
本节也将包括实验数据分析及实验结果的报告和讨论。
2.3 表面物理化学应用本节将介绍表面物理化学在现代科技中的应用，包括信息、制造、能源和环境等领域。
此外，本节还将选定一些典型案例，让学生能够通过案例分析和讨论，加深对表面物理化学应用的理解。
3. 学习成果通过本课程的学习，学生应该能够：1.熟练掌握表面物理化学的基本概念和实验技术；2.能够独立设计和完成表面物理化学实验；3.能够有效地选择和使用表面物理化学分析手段；4.知晓表面物理化学在现代科技中的应用；5.拥有批判性思维和分析问题的能力。
4. 课程评估学生的表现将按以下几种考核方式进行评估：1.期末考试：考查对课程内容的整体掌握；2.课堂小测：随堂考核学生对课程内容的理解；3.个人作业：包括抽象和设计类作业；4.实验报告和实验室表现：考核学生在实验中的实验技能和数据处理能力；5.课程项目：包括小组项目以及个人项目，考察学生对表面物理化学应用的理解和掌握。
表面物理化学液体的表面
• 在皂膜实验中，液膜在外力 f 作用下移动了距
离 dx ，所做的功为 W fdx ，使得表面积增加了
dA 2Ldx 将上式代入物质的基本热力学公式可得：
dGT ,P
dA
dG dA
T ,P
• 从上式可以看出，表面张力 的物理意义
是在等温等压下，增加了单位面积时吉布 斯函数的增量，故又称为比表面自由能， 单位为J/m2
• 表面吉布斯函数和表面张力分别是用热力 学和力学方法研究的物理量，各具特色。
1.2表面自由能的微观定性解释
表面张力的存在基于两个事实：
分子在一定距离内有相互作用；
与之相邻的另一相气体密度明显低于液体 密度。
洗发水
TiO2溶胶
太阳能电池
表面涂有 TiO2薄膜 仿真花
光诱导氧化钨功能薄膜
SEM
TEM
光学显 微镜
红 细 胞
油 滴
光学显微镜下的小环藻
牛 奶
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发光材料 压电材料
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变色玫瑰
《表面物理化学》课程——
• 设形成新表面的过程是液体体相内的两层液
体分子从平衡距离r0 移至无限远处。为克服
这两层分子间的引力，环境必须做功。此时 体系能量增加，增加的能量便是新生表面的 表面能。此能量等于两部分分子之间相互吸 引能量的总和，通过加和这两层分子对势能 的办法可求出体系能量的增加量。
假设分子间相互作用主要是范德华吸引力中的色散 力，而且具有加和性。设新生表面液体与其蒸汽接触， 蒸汽分子对液体分子也有引力作用，故形成新的气液 界面的表面热力学能为：
第十三章 表面物理化学
psdVdAs
精品课件
p0
ps
R'
psdVdAs
V 4 R '3 3
dV4R'2dR'
As 4 R'2 dAs 8R'dR'
代入 psdVdAs
2
得
ps R '
精品课件
p0
ps
R'
ps
2 R'
曲率半径越小，附加压力越大
凸面上因外压与附加压力的方向一致， 液体所受的总压等于外压和附加压力之和，总压 比平面上大。相当于曲率半径取了正值。
可见达到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。
精品课件
§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
精品课件
表面张力（surface tension）
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
精品课件
毛细管现象
由于附加压力而引起的液面与管外液面有高 度差的现象称为毛细管现象
把毛细管插入水中，管中的水柱表面会呈凹 形曲面，致使水柱上升到一定高度。当插入汞中 时，管内汞面呈凸形，管内汞面下降。
p'
凸面上受的总压力大于平面上的压力
凹面上受的总压力小于平面上的压力 附加压力的大小与曲率半径有关
例如，在毛细管内充满液体，管端有半径为
R’ 的球状液滴与之平衡。
外压为 p0 ，附加压力为 ps ，液滴所受总压为：
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《表面物理化学》课程教学大纲
课程编号：010241
英文名称：Physical Chemistry of Surfaces
一、课程说明
1. 课程类别
学位基础课程
2. 适应专业及课程性质
材料工程专业、材料加工专业、矿物加工专业、矿物工程领域，必修
3. 课程目的
“表面物理化学”矿物加工硕士点的学位课程之一，本课程任务是通过教学环节，使学生掌握材料表面物理化学的基础知识。
包括：物质表面、固-液界面与润湿、固-固界面与粘附、固体表面吸附、溶液吸附、膜和膜应用、表面改性与功能材料、表面活性剂、表面电化学等。
基本要求：
（1）熟悉物理化学研究的基本思路和途径。
（2）理解物质表面的特殊现象及其规律。
（3）了解材料表面研究的基本方法和手段。
4. 学分与学时
学分2，学时36
5. 建议先修课程
物理化学、胶体表面化学
6. 推荐教材或参考书目
推荐教材：
（1）表面物理化学（第1版）. 腾新荣主编. 化工出版出版社. 2009年
参考书目：
（1）表面物理化学（第1版）. 程传煊主编. 科学技术文献出版社. 1995年
7. 教学方法与手段
（1）板书
（2）多媒体
8. 考核及成绩评定
考核方式：考试
成绩评定：考试课（1）平时成绩占30%，形式有：到课率，作业等
（2）考试成绩占70%，形式有：开卷或闭卷考试，考查课
9. 课外自学要求
（1）阅读有关专业书籍
（2）查阅有关专业文献
（3）适当完成一定量的作业
二、课程教学基本内容及要求
第一章物质表面
基本内容：
（1）液体表面张力和吉布斯自由能
（2）拉普拉斯方程
（3）液体表面张力的测定
（4）固体表面张力和表面自由能的测定
（5）开尔文方程及其应用
基本要求：
（1）了解表面张力的含义
（2）掌握几种表面张力的测定方法
（3）掌握kelvin方程的应用
教学重点及难点：公式的理解和推导
第二章固-液界面与湿润
基本内容：
（1）界面张力和粘附功
（2）晶体-熔体界面及其自由能测定
（3）接触角和湿润或浸湿
（4）铺展湿润与临界表面张力
（5）湿润与粘附
基本要求：
（1）了解粘附功及自由能测定方法
（2）掌握固-液界面自由能的估算方法
教学重点及难点：晶体-熔体表面张力的计算
第三章固-固界面与粘附
基本内容：
（1）固-固界面能
（2）固-固界面粘附的本质
（3）范德华力粘附的界面作用力估算
（4）粘附理论
（5）粘附强度的影响因素
（6）固体材料表面处理
基本要求：
（1）了解固-固界面能及粘附的本质
（2）了解粘附理论和粘附强度的影响因素
（3）掌握范德华力粘附的界面作用力估算
教学重点及难点：固-固界面粘附的本质；粘附理论
第四章固体表面吸附
基本内容：
（1）吸附定义
（2）物理吸附和化学吸附
（3）吸附热与等温吸附方程
（4）界面二维状态和吸附等温式
（5）吸附等温式的推导
（6）吸附等温式和吸附熵的统计热力学处理
基本要求：
（1）了解物理吸附和化学吸附的本质
（2）了解吸附等温式和吸附熵的统计热力学方法
（3）掌握吸附动力学方程及其应用
教学重点及难点：多层吸附方程的理论推导及其应用技算。
第五章溶液吸附
基本内容：
（1）溶液吸附的Gibbs公式
（2）Gibbs公式的推广与表面分凝
（3）固体自溶液中的吸附
（4）影响固体在溶液中吸附的因素和规律
基本要求：
（1）了解Gibbs公式的含义，吸附的本质
（2）掌握固体溶液中吸附的计算
教学重点及难点：溶液吸附的Gibbs公式的推导
第六章膜和膜的应用
基本内容：
（1）膜科学技术发展概况
（2）液体基底表面的展开
（3）单分子膜
（4）功能高分子膜
（5）膜技术的应用
基本要求：
（1）了解膜科学的发展历史和方向
（2）掌握单分子膜的各种状态
（3）掌握功能高分子膜的制备
教学重点及难点：液体基底表面的展开的机理。
第七章表面改性与功能材料
基本内容：
（1）表面性质及其功能
（2）表面层压改性
（3）表面涂布有机涂料改性
（4）表面非电解镀改性
（5）表面化学药物处理改性
（6）聚合物的共混改性
（7）表面层体积系功能材料
（8）光学功能材料
（9）纸系感应材料
基本要求：
（1）了解表面改性的目的和意义
（2）掌握表面改性方法原理
教学重点及难点：重点了解有机涂布，非电解镀改性和等离子体改性等领域第八章表面活性剂
基本内容：
（1）表面活性剂的分类
（2）高分子表面活性剂与特殊表面活性剂
（3）表面活性剂在溶液中的状态及物性
（4）胶束形成的热力学及其影响因素
（5）表面活性剂的应用
基本要求：
（1）了解表面活性剂的分类和一些特种表面活性剂
（2）掌握胶束形成的机理和特性
（3）了解表面活性剂的应用
教学重点及难点：高分子表面活性剂与特殊表面活性剂
第九章表面电化学
基本内容：
（1）双电层
（2）双电层的Stern处理
（3）决定电位层和Zeta电位
（4）电毛细现象
（5）带电的固-液界面和电迁移
（6）表面电化学的应用
基本要求：
（1）了解双电层理论和Zeta电位的基本原理
（2）掌握点毛细现象和电迁移
（3）了解表面电化学的应用领域
教学重点及难点：双电层的Stern处理和决定电位层和Zeta电位
三、课程学时分配
本课程计划36学时，其中讲课32学时，讨论4学时。
课程主要内容和学时分配见课程学时分配表：
课程学时分配表。