第八章表面化学。

(1) 物质本性：如液体极性>非极性，固体金属>有机物 (2) 相界面构成：相界面是两相分子交融区，界面在两相之
间。如水<水－汞<汞 (3) 温度：一般情况，T，
(4) 压力：影响很小，可忽略 (5) 溶液中溶质的种类和浓度
第二节 弯曲表面的性质
一．曲面附加压力
1．附加压力概念 曲面和平面比较，表面受力情况不一样
3
2
p曲 r
r>0 r<0 r=
凸面 凹面 平面
p曲> 0 p曲< 0 p曲= 0
r
一．曲面附加压力
2．任意曲面附加压力 任意曲面可近似用二个曲率半径描述 通过数学推导，可得
p曲


1 r1
Baidu Nhomakorabea
1 r2

Laplace公式
r1
当r1 = r2 时，得球面
p曲

2
r
在不同场合，按理解方便原则应用 。
三．表面热力学
1．热力学基本关系式 对高度分散具有较大比表面积的多组分系统，热力学函数应
包括4种变量。如：
dG= –SdT+Vdp + BdnB + dA
还有其它函数dU，dH，dF也是。
T，p，n不变时
dG = dA
2. 表面张力温度系数
考虑温度T 的影响 dG= –SdT+ dA
表面张力合力p曲 指向液体外部
一．曲面附加压力
2．球形曲面附加压力
演示
设半径为r的球状液滴在等温等压可逆条件下，使体积增大
dV，表面积增大dA，此时 p
环境作体积功 = 体系表面能增加
p曲dV = dA
p曲

dA dV

d 4r 2 d 4 r 3
8rdr 4r 2dr
aV＝
表 面 积A 体积V
或
am＝
表 面 积A 质量m
aV＝
表 面 积A 体积V
或
am＝
表 面 积A 质量m
例 体积为 V 的液体分散为半径为 r 的液滴时比表面积多少？
A = 液滴数4r2 V 4r 2 3V
4 r 3
r
3
A 3m
r
am

3
r
aV＝
3 r
第一节 表面能、表面张力、表面热力学
交叉偏导
S 称之为表面张力温度系数
A T T A
三．表面热力学
交叉偏导
S
A T T A
3. 表面积变化时，热力学函数的计算
(1) S：上式积分 (2) 可逆过程的热Qr
S A
r2
当r = 时，得柱面

p曲 r
一．曲面附加压力
3．毛细现象
当毛细管插入液体后，有两种情况
h
浸润性液体，凹液面，p曲向上，使液面
不浸润性液体，凸液面，p曲向下，使液面
定量计算式: 平衡时，附加压力 = 液柱静压力
设为球面， 2 gh
r
h 2
r > 0 h
gr r < 0 h
T A Qr = TS
(3) G与可逆功Wr' G = A = Wr'
(4) H
H = G + TS
(Wr') (Qr) 可见表面积可逆扩大时，系统能量变化来自 环境作功Wr'
环境传递的热Qr
四．影响的因素
表面张力（表面能）是分子间作用力在表面上的体现，影响作 用力的因素有
第八章 表面化学 surface chemistry
• 有许多现象与物质的表面性质有关，如液滴在不同固体表面 有不同的形状，活性炭能去除冰箱中的异味，药物微粒化可 增加其溶解度，选择合适的溶剂可增加皮肤吸收等。
• 表面是两相的分界面，有
液－气 固－气 液－液 固－液
表面
界面（广义表面）
• 表面性质有时当表面积很大（物质分散度很大）时才表现 出来，分散度可用比表面来表示。
一. 表面能
以l-g 表面为例，液体表面分子与内部分子受力情况不同
内部：分子作用力合力＝0，移动时能量没有变化 表面：分子作用力合力指向液体内部，
当把体相分子拉向表面时 环境作功 转化为表面能
（T,p,n不变）
表面积增加
一. 表面能
当把体相分子拉向表面时 环境作功 转化为表面能
（T,p,n不变）
在l-g表面上，可以观察到处处有使液面拉紧的力––––表面张力。
如铁环上有皂膜
演示
刺破
若使金属框用F 力拉动dx 距离 Wr' = Fdx l
dG = 2dA = 2ldx
F 单位：Nm–1
2l
dx F
(a)
(b) 表面张力存在
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二．表面张力
若使金属框用F 力拉动dx 距离
一．曲面附加压力
3．毛细现象
当毛细管插入液体后，有两种情况
h
定量计算式:
h 2 gr
r > 0 h r < 0 h
曲率半径r与毛细管半径R、接触角有关： R = r cos =0时，r= R
r

R

一．曲面附加压力
请思考 (1) 为什么自由液滴自动呈球状，画出图中4点p曲方向及相对
大小。
(2) 为什么松散土壤雨后会下沉？（水在土中是浸润的。） (3) 为什么催化剂过热熔结会失活?
二．液滴大小对蒸气的影响
现象：液滴越小，蒸气压越大 原因：液滴越小，受到的附加压力越大（内压越大），越易蒸发 推导：p–r定量关系式
平面
p外
p内
凸面
p外
p内
p内= p外
p曲 p内= p外+p曲
任意区域 表面张力合力= 0
表面张力合力p曲 指向液体内部
平面
p外
p内
凸面
p外
p内= p外
凹面
p曲
p内 p外
p内= p外+p曲 p曲
p内
p内= p外-p曲
附加压力 p曲=p= p内– p外
任意区域 表面张力合力= 0
表面张力合力p曲 指向液体内部
表面积增加
表面能 = Wr' = G （G的物理意义）
A
为比表面能，简称Gibbs表面能
G = A G
A T , p,n
物理意义：单位面积上，表面分子增加的Gibbs自由能
（表面分子多于体相分子的能），
是体相分子变成表面分子时环境作的功。
二．表面张力
Wr' = Fdx
l
dG = 2dA = 2ldx
F 单位：Nm–1
2l
σ物理意义：单位长度中，使液面拉紧的力。
表面张力的方向：垂直于作用线，相切于液面。
dx F
表面张力和表面能物理意义不同，但只是同一事物不同方式描 述的结果。两者数值相同， 量纲也一致。
Jm–2 = Nmm–2 = Nm–1