胶体与表面化学-第四章--界面现象与吸附2
《界面现象和吸附》课件
课件
本课件将介绍界面现象和吸附的基本概念、影响因素、公式和应用案例。了
解界面现象和吸附，我们能更深入了解科学研究和应用的意义。
什么是界面现象？
1
定义
2
分类
3
影响因素
界面现象是指液体和固
界面现象可分为表面张
影响界面现象的因素包
体或两种不同液体之间
力现象和毛细现象。
括温度、表面特性和液
3
影响因素
影响吸附等温线的因素包括吸附剂和吸附物质的性质，以及温度和压力。
应用案例
1
界面现象在工业界
的应用
2
吸附现象在生物学
上的应用
3
基于界面现象和吸吸附现象在膜分离技术、
金属腐蚀和油水分离等
酶和抗体的纯化等方面
通过研究界面现象和吸
领域发挥着重要作用。
有广泛应用。
请参阅以下文献和网站链接，以了解更多关于界面现象和吸附的内容。
附特性，开发出具有特
殊功能的新材料，如吸
附剂和催化剂等。
结论
1
界面现象和吸附对科学研究和应用的意义
了解界面现象和吸附有助于深入研究材料性质、液体流动和分离技术等领域。
2
未来发展方向和挑战
继续探索界面现象和吸附的新现象、新机制和新材料，并解决实际应用中的问题。
参考文献
1
相关的文献资料与网站链接
的大小来计算。
吸附现象
1
定义
2
种类
3
影响因素
吸附现象是指分子或原
吸附现象可分为化学吸
影响吸附现象的因素包
子从气体或溶液中被吸
附和物理吸附。
括温度、压力和固体表
天津大学胶体与表面化学课件第四章界面现象和吸附
（Antonoff 规则 34.4 ）
1，2分别为两个相互饱和的液体的表面张力。
（例：苯层28.8, 水层63.2) 。不是液体(苯28.4)与含有本 身蒸气的空气相接触时测量值。
17.12.2020
8
（2）温度：
T升高， 下降。
温度系数
经验公式： T0[1k(TT0)]
当 T T0时，T 0 （表面张力为零）
17.12.2020
4
注：表面张力:
F/2l
单位面积表面功:
wr
dA s
单位面积表面Gibbs函数:
(
G As
)T .P
三者虽为不同的物理量，但三者单位均可
化为 N.m-1 。
因为: N.m-1 = N.m/m2 = J/m2
17.12.2020
5
二、热力学公式：（先考虑系统内只有一个相界面）
d G S d VT d Bp B ( )dB ( )n dA d T u d Ps d B V B ( )dB ( )n dA
式中： ( G ) ( u)
....
ATP nB ()
ASV nB ()
表明界面张力在T、P和各相中各物质的量不变时， 增加单位界面积时所增加的Gibbs函数。
G V ~ p V ~ （ p r ' p ） V ~2rl gM 2 r
Pr’ 和 P分别为小液滴凹面的压力和外压。
此处因为： G
r
0
17.12.2020
小液滴
平面液体
17
根据气液平衡： 液 气
r0 R lp n T r;0 R lp n T 0
小液滴化学势
大块水化学势
Pr 和 Po 分别为小液滴和平面液体的饱和蒸汽压
胶体化学第4章 表面张力 毛细作用和润湿作用
则x与y各增加dx和dy 。
Young-Laplace 公式
移动后曲面面积增量为： dAs (x dx)( y dy) xy
D'
x dx C'
o'
xdy ydx (dydx 0)
增加这额外表面所需功为
A'
D
dz
B'
C
y
o
Wf g xdy ydx
克服附加压力所作的功为 W ' psdV dV xydz
第四章 表面张力、毛细作用和 润湿作用
附加压力
表面现象
表面润湿 表面吸附
蒸汽压
毛细现象
表面张力和表面能
ps
界定：界面和表面
什么是界面?
不同相态之间，两相紧密接触、约有几个分子厚度的 过渡区，称为该两相的界面（interface）。
常见的界面有：
液体 界面 性质
气-液界面 液-液界面 液-固界面
气-固界面 固-固界面
液体界面性质的研究内容
研究对象： 液-气界面性质; 液-固界面性质; 液-液界面
基本内容： 1、物体表面会发生怎样的物理化学现象 2、物体表面分子和内部有何不同 3、界面现象对体系性质的影响
前沿热点、实际应用：
1、超临界干燥技术 2、仿生材料——超疏水、超亲水材料 3、分子子组装膜；LB膜。。。。。。
狭义的表面吉布斯自由能：
g
G ( A ) p,T ,nB
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g 或 表示，单位为J·m-2。
等温、等压条件下，可逆的增加单位表面积时，环 境对体系所做的功转化为表面层分子的吉布斯自由能。
第四章 表面与界面
材料的表面与界面
固体（晶体、玻璃体）的表面与内部有什么不同？
实际上晶体和玻璃体：处于物体表面的质点，其 环境和内部是不同的，表面的质点由于受力不均衡而 处于较高的能阶，所以导致材料呈现一系列特殊的性 质。
例如：石英的粉碎。1kg直径为10－2米变成10－9米 ，表面积和表面能增加107倍。
物理性质：熔点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧 结等（微小晶体蒸汽压增大、熔点下降、溶解度增加， 表面上存在着吸附等现象）。
即用于增加物系的表面能。故：∆PdV＝γdA
V＝4/3πR3 A＝4πR2
∴∆P＝ 2 （球形曲面）
R
对非球形曲面：∆P＝
1 r1
1 r2
— 拉普拉斯公式
r1、r2—曲面的主曲率半径
方向：指向曲率中心
2、弯曲表面上的饱和蒸汽压
将一杯液体分散成为微小液滴时，液面就由平面变成凸面， 凸形曲面对液滴所施加的附加压力使液体的化学位增加，从 而使液滴的蒸气压随之增大。所以，液滴的蒸气压必然大于 同温度下平面的蒸气压。它们之间的关系可以用开尔文方程 来描述。
2、固体表面力场
固体内部：质点受到周围质点的控制， 静电平衡、存在力场、力场对称。
固体表面：周期性重复中断，力场对称性破坏， 产生指向空间的剩余力场。
剩余力场表现：固体表面对其它物质有吸引作用 （如润湿、吸附、粘附性）
固体表面上的吸引作用，是固体的表面力场和被吸引质点的力场相 互作用所产生的，这种相互作用力称为固体表面力。
2、浸湿（Soakage）
V S
L
G SL SV
浸湿过程
浸湿过程引起的体系自由能的变化为
G SL SV
如果用浸润功Wi来表示，则是
第四章界面现象和吸附ppt课件
2、利用σ与温度的关系求 用于高聚物，气-固表面
液体的表面张力随温度T↑而↓。测定高聚物熔 体在不同温度下的σ，再外推到相当于固态时某 一温度下的σ，即为该T下的σ。忽略了相变对σ 的影响，只能是近似值。
1.气-液界面
空气
CuSO 4 溶液
气-液 界面
2.气-固界面
气-固界面
3.液-液界面
H 2O
Hg
液-液 界面
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H 2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
二、界面现象
1、定义
在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现 象，总称为表面现象。界面现象所讨论的是在相界面 上发生的一些行为。对于多相体系，在讨论其热力学 性质时，并未考虑其界面的特殊性质，这是因为在通 常情况下，体系中物质的表面分子占全部分子的比例 很小，可以忽略不计。但当表面分子所占比例很大时， 其界面层的性质就必须考虑。
3、表面张力 由于表面层分子始终受到一个指向液体内部的引力
作用，因此液体表面层分子总是有向液体内部移动的趋 向，力图缩小液体表面积。因此，可认为，液体表面上 存在使液面绷紧的张力，称为——表面张力。表面张力 的本质是由分子间力引起的。
1）定义 A、增加单位表面积所消耗的功。
由于表面张力的存在，所以要把液体内部的分 子搬到表面使表面积增加，就必须克服张力，对
V/r3 2.013 1.990 1.975 1.953 1.939 1.917 1.903 1.882 1.868 1.847
F 0.2651 0.2652 0.2652 0.2652 0.2652 0.2654 0.2654 0.2655 0.2655 0.2655
胶体与表面化学（第二版）沈钟
胶体与表面化学（第二版）沈钟王果庭编著化学工业出版社目录—————————————第一章绪论第一节什么是胶体第二节胶体化学发展简史第三节胶体化学的研究对象和意义第四节胶体与表面化学的发展第二章胶体的制备和性质第一节胶体的制备和净化一、胶体制备的一般条件二、胶体制备的方法三、凝聚法原理四、溶胶的净化五、单分散溶胶六、超细颗粒第二节溶胶的运动性质一、扩散二、布朗运动三、沉降第三节溶胶的光学性质一、光散射二、显微镜及其对粒子大小和形状的测定第四节溶胶的电学性质和胶团结构一、电动现象及其应用二、质点表面电荷的来源三、胶团结构四、双电层结构模型和电动电位(ζ电位)五、扩散双电层的数学计算六、ζ电位的计算第五节胶体稳定性一、溶胶的稳定性二、溶胶的聚沉三、高聚物稳定胶体体系的理论第六节流变性质一、基本概念和术语二、稀胶体溶液的粘度三、浓分散体系的流变性质第七节胶体的形貌一、胶粒的形状二、胶粒的平均大小与多分散度三、分形（Fractal）理论第三章凝胶第一节概述一、凝胶及其通性二、凝胶的分类第二节凝胶的形成一、凝胶形成的条件二、凝胶形成的方法第三节凝胶的结构第四节胶凝作用及其影响因素一、溶胶凝胶转变时的现象二、影响胶凝作用的因素第五节凝胶的性质一、触变作用二、离浆作用三、膨胀作用四、吸附第六节凝胶中的扩散和化学反应一、扩散作用二、化学反应第七节几种重要的凝胶一、硅酸铝凝胶的制备和结构特性二、高吸水性聚合物的合成和性能三、凝胶色谱用凝胶四、凝胶薄膜第四章界面现象和吸附第一节表面张力和表面能一、净吸力和表面张力的概念二、影响表面张力的因素三、测定液体表面张力的方法四、测定固体表面张力的方法第二节弯曲界面的一些现象一、曲界面两侧压力差二、曲界面两侧压力差与曲率半径的关系三、毛细管上升和下降现象四、弯曲液面上的饱和蒸气压第三节润湿和铺展一、润湿现象和润湿角二、铺展三、润湿热第四节固体表面的吸附作用一、固体表面的特点二、吸附作用和吸附热三、吸附曲线四、吸附量测定的实验方法第五节吸附等温方程式一、Freundlich吸附等温式二、Langmuir吸附等温式——单分子层吸附理论三、BET吸附等温式——多分子层吸附理论第六节固体—气体界面吸附的影响因素一、温度二、压力三、吸附剂和吸附质性质第七节固体—溶液界面吸附一、吸附剂、溶质和溶剂的极性及其他性质对吸附量的影响二、混合（物）吸附三、多分子层吸附四、对高分子的吸附五、对表面活性剂的吸附六、对电解质的吸附七、二元液体混合物中的吸附第五章常用吸附剂的结构、性能和改性第一节多孔性物质物理结构的测定方法一、密度二、比表面积三、孔体积四、平均孔半径五、孔径分布六、粒度第二节常用吸附剂的结构和性能一、硅胶二、活性氧化铝三、活性炭四、吸附树脂五、粘土六、硅藻土七、分子筛第三节固体的表面改性及其应用一、表面改性效果的评定二、表面改性方法和机理三、表面改性的应用第六章表面活性剂第一节表面活性剂概述一、表面活性剂定义二、表面活性剂的结构特点第二节表面活性剂的分类和结构特点一、表面活性剂的分类方法二、表面活性剂的结构特点及应用第三节表面活性剂在界面上的吸附一、Gibbs吸附公式二、Gibbs公式的物理意义和有关注意事项三、吸附层结构四、表面吸附层的状态方程式及单分子层表面膜的应用五、LB膜第四节表面活性剂的体相性质一、各种性质对浓度的转折点二、表面活性剂的溶度第五节胶束理论一、胶束与临界胶束浓度二、胶束的结构三、临界胶束浓度及其影响因素第六节表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)问题一、概述二、求算HLB值的方法三、关于HLB值的几个问题第七节表面活性剂的作用及应用一、增溶作用二、润湿和渗透三、分散和絮凝四、起泡和消泡五、去污作用六、胶束催化第七章乳状液第一节概述第二节乳状液的制备和物理性质一、混合方式二、乳化剂的加入方式三、影响分散度的因素四、乳状液的物理性质第三节乳状液类型的鉴别一、稀释法二、染色法三、导电法第四节影响乳状液稳定性的因素一、乳状液是热力学不稳定体系二、油—水间界面的形成三、界面电荷四、乳状液的粘度五、液滴大小及其分布六、粉末乳化剂的稳定作用第五节乳化剂的选择一、乳化剂的分类二、乳化剂的HLB值及其应用三、转相温度(PIT)第六节乳状液的变型和破乳一、乳状液的变型二、影响乳状液变型的因素三、乳状液的破坏第七节微乳状液一、微乳状液的微观结构二、助表面活性剂的作用三、微乳状液的形成机理四、微乳状液的制备五、微乳状液相图六、微乳状液的性质七、微乳状液的应用前景第八节乳状液的应用一、控制反应二、农药乳剂三、沥青乳状液四、稠油的乳化降粘五、纺织工业六、制革工业七、乳化食品和医药用乳剂第九节液膜分离一、基本情况二、液膜分离机理三、液膜分离实例第八章高分子溶液第一节聚合物的分子量和分子量分布第二节高聚物的溶解、溶胀及其在溶液中的形态第三节溶液中高分子的大小一、均方根末端距二、均方回转半径第四节高分子溶液的运动性质一、扩散与超离心力场下的高分子沉降速度二、高分子溶液的粘度第五节高分子溶液的平衡性质一、高分子溶液的渗透压二、Donnan平衡三、聚电解质的渗透压第六节高分子溶液的光散射一、静态光散射——弹性光散射二、动态光散射——准弹性光散射(QELS)第七节聚电解质一、解离平衡二、粘度三、聚电解质应用举例——絮凝剂参考文献第一章绪论胶体化学(colloid chemistry)是胶体体系的科学。
天津大学胶体与表面化学课件第四章界面现象和吸附
所以也称为增加单位表面积时增加的Gibbs函数， 单位 J.m-2。
2013-8-18 4
注：表面张力:
F / 2l
单位面积表面功:
wr
dAs G ( )T . P As
单位面积表面Gibbs函数:
三者虽为不同的物理量，但三者单位均可 化为 N.m-1 。
因为: N.m-1 = N.m/m2 = J/m2
2 cos 2 0 h g r g r
0
2013-8-18
12
3、测定液体表面张力的方法：
（1）毛细管上升法 ( capillary rise )
液体沿毛细管上升的力与液体的重力平衡。
2r cos r gh
2
所以：
ghr 2 cos
定义铺展系数为： S
2013-8-18
Gs s l ls
25
第四节 固体表面的吸附作用
Adsorption on the surface of solid
一、物理吸附和化学吸附
按吸附质与吸附剂间作用力本质的不同， 可将吸附分 为物理吸附与化学吸附。物理吸附时，两者分子间以范德 华引力相互作用；在化学吸附中，两者分子间发生部分或 全部的电子转移，是以化学键相结合。
（1）沾湿（ adhensional wetting ）
（2）浸湿（immersional wetting）
（3）铺展 （spreading
2013-8-18
wetting）
22
沾湿：气-固，气-液界面消失，形成液-固界面的过程。
气 液 固
液
固
对单位面积沾湿过程：
G ls l s l (1 cos )
胶体与表面化学4-2
第四章 界面现象与吸附
东北石油大学石油工程学院
第四章 界面现象与吸附
第一节 表面张力和表面能
第二节 弯曲界面的一些现象
第三节 润湿和铺展
第四节 固体表面的吸附作用
第五节 吸附等温方程式
LOGO
第二节 弯曲界面的一些现象
东北石油大学石油工程学院
弯曲界面的一些现象
很好地润湿时，毛细管内液面就呈现凹
半球面。此时：R=r/cosθ
2 p gh R
2 gR
h
h
R r / cos
2 cos gr
四、弯曲液面上的饱和蒸汽压
pa
p0
平 面 液 面
Px
弯 曲 液 面
如图：设液面为平面时，液体内所受的压力为px(与外压相等)，
而气相中平衡的蒸气压力为po，即正常蒸气压。当外压不变，把液体
W pdV dA
由于
A 4R ;
2
dA 8RdR
V
dV 4R 2 dR
代入得：
2 p R
此式即为球形液滴的附加压力与曲率半径和表面张力间的定量关系。
2、Young-Laplace方程推导
2、（任意形状曲液面）如图：在任意弯 曲液面上取小矩形曲面ABCD(红色面)，其 面积为xy。曲面边缘AB和BC弧的曲率半径 分别为R1和R2 。作曲面的两个相互垂直的 正截面，交线Oz为O点的法线。令曲面沿法 线方向移动dz ，使曲面扩大到A’B’C’D’(蓝色 面)，则x与y各增加dx和dy。移动后曲面面 积增加dA和dV为：
' 化简得dy xdz/R21 1 p ( ' ' ) R1 R2
天津大学胶体与表面化学第四章界面现象和吸附 ppt课件
04.09.2020
18
GrRlTnp p0 r
lnpr p0
2液气M RTr
Kelvin公式
举例分析：
04.09.2020
19
第三节 润湿和铺展（wetting and spreading）
一、接触角（Contact）和杨氏方式（Young T） 接触角（Contact angle)：在气、液、
w rFd 2 lx d xdsA
所以： w r
dA s
- 表面张力， 表示液体增加单位表面 积时，环境所做的可逆功，单位 J. m-2。
04.09.2020
3
由于恒T、P下，可逆非体积功等于系统的Gibbs函数变
w r dG T.P dA
所以：
(
G As
)T
.P
所以也称为增加单位表面积时增加的Gibbs函数， 单位 J.m-2。
固 气液
气Байду номын сангаас
固 液
G V ~ p V ~ （ p r ' p ） V ~2rl gM 2 r
Pr’ 和 P分别为小液滴凹面的压力和外压。
此处因为： G
r
0
04.09.2020
小液滴
平面液体
17
根据气液平衡： 液 气
r0 R lp n T r;0 R lp n T 0
小液滴化学势
大块水化学势
Pr 和 Po 分别为小液滴和平面液体的饱和蒸汽压
（Antonoff 规则 34.4 ）
1，2分别为两个相互饱和的液体的表面张力。
（例：苯层28.8, 水层63.2) 。不是液体(苯28.4)与含有本 身蒸气的空气相接触时测量值。
04.09.2020
胶体和界面化学 界面现象
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张
力，用 或 表示。
表面张力的单位是：N·m-1。
(2)弯曲表面下的附加压力
1.在平面上
研究以AB为直径的一个环作 为边界，由于环上每点的两边 都存在表面张力，大小相等， 方向相反，所以没有附加压力。
p 2
r
• r﹥0，故p pl pg 0 ；凹液面
• r﹤0，故p pl pg 0 ；对肥皂泡，由于有内外两
个表面，则 p 4 。
r
• 3.
圆柱面：r1 ，则
p
r
，其中r是柱面的圆
形底面的半径。
• 弯曲液面上压力差可以解释夹一薄水层的两块玻璃 片难于垂直方向分开的现象。
• 液体水是可以完全润湿玻璃的，因此水形成的柱 面是凹弯月面，那么：
附加压力与毛细管中液面高度的关系
1.曲率半径R'与毛细管半径R的关系：
R'=R/cosq
如果曲面为球面，则R'=R。
2. ps=2/R'=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2/R'=rlgh
一般式：2 cosq/R=rgh
（3）表面张力的测定
1、毛细管上升法 如图，将一洁净的半径为 r 的均匀 毛细管插入能润湿该毛细管的液体 中，则由于表面张力所引起的附加 压力， 将使液柱上升，达平衡时，
所以液相表面有自动缩小的倾向
。从能量的角度看，要将液相内
部的分子移到表面，需要对它做
功．此即表面功。
对于纯液体，如在恒温恒压下，
可逆地增加体系的表面积δA，
则对体系所做的表面功δw’正比
化学表面化学练习题表面吸附和界面现象
化学表面化学练习题表面吸附和界面现象化学表面化学练习题：表面吸附和界面现象表面吸附和界面现象是化学中重要的概念，对于理解材料的特性及其应用具有重要意义。
本文将围绕表面吸附和界面现象展开论述，探讨相关练习题，旨在帮助读者进一步理解和应用相关知识。
1. 吸附现象是指气体、液体或固体在与表面接触的情况下，被物质的表面吸附或附着的现象。
根据吸附力的强弱，可以将吸附分为物理吸附和化学吸附。
2. 物理吸附主要由范德华力引起，其吸附速度快，吸附热较低；化学吸附则需要化学键的形成和断裂，吸附速度较慢，吸附热较高。
3. 表面活性剂是一类能够降低液体表面或液-固界面的表面张力的物质。
常见的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。
4. 表面活性剂具有乳化、分散、润湿等特性，被广泛应用于液体洗涤剂、乳化剂、润滑剂等领域。
5. 分散系统中，存在两种无序排列的结构，即胶束结构和微乳液结构。
胶束结构是表面活性剂在溶液中形成的球形结构，其中疏水基团聚集在内，疏水基团聚集在外；微乳液结构是指表面活性剂和一定量的溶剂形成的连续的液滴结构。
6. 界面张力是液体与气体或液体与液体交界面上的单位长度所受的力，常用符号为γ。
根据界面上的液体种类不同，可以将界面张力分为气液界面张力和液液界面张力。
7. 洗涤剂对界面张力有明显影响，能够降低液体表面的张力，使表面张力减小，达到润湿和乳化的效果。
8. 表面活性剂的胶束结构对其性能具有重要影响。
胶束的大小与表面活性剂的浓度有关，随着浓度的增加，胶束的大小逐渐增大，直至形成连续的液滴。
9. 色散系统中的分散相通常是固体微粒，而分散介质可以是气体、液体或固体。
颗粒的大小和分散体系的粘度都会影响分散体系的流变性质。
10. 界面活性剂的添加对分散系统的流变性质有重要影响，可以改变其黏度、流变曲线的形状和流动特性。
总结起来，表面吸附和界面现象是化学中不可忽视的重要现象。
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p
r
第二节 弯曲界面的现象
几点说明
拉 普 拉 斯 方 程
第二节 弯曲界面的现象
拉 普 拉 斯 方 程
曲率半径越小小，附加压力越大 曲率半径r永为正值， ΔP也总为正值 ΔP的方向总是指向球面的球心（或曲面的 曲心） ΔP是表面张力在曲面上的合力（不是） ，表面张力是产生附加压力的根源，附加压 力是表面张力存在的必然结果。
相同点：
描述系统的同一个性质，是系统的同一个热力 学变量 量纲相同，数值相同
第一节 表面张力与表面能
关于表面张力和表面自由能的讨论
dx
肥皂膜
F
l
W= - G= σ自由能 A = -σ自由能·2l·dx W=- F·dx= -2σ表面张力·l·dx
第一节 表面张力与表面能
关于表面张力和表面自由能的讨论
毛 细 现 象
第二节 弯曲界面的现象
毛 细 现 象
第二节 弯曲界面的现象
开 尔 文 公 式
小液滴与平液面的挥发性能
•现象 小水滴不见了，它们“跑回”到杯中去了。 •说明 微小液滴比平面液体更容易挥发，或者说 微小液滴比平面液体上的饱和蒸气压高。
第二节 弯曲界面的现象
开 尔 文 公 式
第二节 弯曲界面的现象
第二节 弯曲界面的现象
毛 细 现 象 毛细 液面 现象
由于附加压力而引起的毛细管管内液面与 管外液面有高度差的现象称为毛细现象
第二节 弯曲界面的现象
将毛细管插入液体后, 若液体能 润湿毛细管壁, 两者的接触角θ< 90°, 形成凹液面, 导致管内液 面上升; 反之液面下降
毛 细 现 象
第二节 弯曲界面的现象
p pg pl
第二节 弯曲界面的现象
几点说明
拉 普 拉 斯 方 程
如果曲面是圆柱状，其中一个曲率半径为r ，另一个曲率半径为∞。则
p
r
第二节 弯曲界面的现象
几点说明
拉 普 拉 斯 方 程
第二节 弯曲界面的现象
几点说明
拉 普 拉 斯 方 程
对于气相中的气泡，这时有两个气—液界 面，而且这两个球形界面的曲率半径基本相 等。 4
过饱和蒸气的压力超过了 相应温度下通常体积液体的 饱和蒸气压, 但仍小于该液 体微小液滴的饱和蒸气压 在云层中用飞机喷撒微小 的AgI颗粒，此时AgI颗粒就 成为水的凝结中心，使新相 （水滴）生成时所需的过饱 和程度大大降低，云层中的 水蒸汽就容易凝结成水滴而 落向大地。
开 尔 文 公 式
第二节 弯曲界面的现象
第一节 表面张力与表面能
比表面功
表 面 能
Wr dAS Wr dAS
使液体表面积增大的过程是克服液相分子吸引力, 使 体相分子转移到表面相的过程，需要环境对体系做功。 以可逆方式做功最少，称之为表面功 环境所消耗的功储存于体系的表面，成为体系表面分 子所具有的一种势能称为表面能
这表明凹液面(气泡)的曲率半径越小， 饱和蒸汽压越小
第二节 弯曲界面的现象
开 尔 文 公 式
•
• • •
• •
• • ) P(凸 • • •
• •
• • •
• • • • p（平） • • •
气 •
液
气
气
•
•
•) p(凹
•
•
液
液
pr*(凸液面)>pr*(平液面)>pr*(毛细管中凹液面)
第二节 弯曲界面的现象
第一节 表面张力与表面能
表 面 张 力
从宏观上看：液体表面 仿佛存在一层紧绷的液 膜，在膜内处存在的使 膜紧绷的力即为表面张 力
第一节 表面张力与表面能
表 面 张 力
从微观上看：表面相分子密度较液相分子低，因而表 面相分子间存在较大吸引力。
第一节 表面张力与表面能
表 面 张 力
肥皂膜
F
F=2σl σ=F/2l 表面张力是作用在单位 长度线段上的力，量纲为 Ｎ m-1
式中 ,M,Vm为液体的密度 ，摩尔质量和摩尔体积;
此式描述了在恒温和恒外压下， 液滴的蒸气压与液滴大小的关系， 它表明液滴越小，与之平衡的饱和 蒸气压越大； 当r→∞, pr → p0
第二节 弯曲界面的现象
开 尔 文 公 式
对于凹液面
p0 2 M 2 Vm RT ln pr r r
开 尔 文 公 式
第二节 弯曲界面的现象
开 尔 文 公 式
天雨新晴，北风寒 切，是夜必霜。此 时放火作煴，少得 烟气，则免于霜矣
第二节 弯曲界面的现象
开 尔 文 公 式
ar 2 固液 M 2 固-液Vm RT ln a0 ds r r
现象：在一定温度下，溶液浓度已超过 了饱和浓度，而仍为析出晶体的溶液， 称为过饱和溶液 原因：由于同样温度下小颗粒晶体的溶 解度大于普通晶体溶解度的缘故
1,2 1 2
第一节 表面张力与表面能 表 面 张 力 的 影 响 因 素
温度 温度升高，表面张力下降，临界温度处表面 张力 趋向于0 。 解释1：由于随温度升高，液体与气体的密 度差减小，使表面层分子受指向液体内部的拉 力减小，因而σ下降。 解释2：温度升高时物质膨胀，分子间距离 增大，故吸引力减弱，表面张力降低。
P凹=P0-△P
△P=P0-P凹
第二节 弯曲界面的现象
附 加 压 强
平液面不产生附加压力 由于表面张力，弯曲液面产生附加压力 附加压力使弯曲液面内外压强不等，与液 面曲率中心同侧的压强恒大于另一侧，附加 压强方向恒指向曲率中心
第二节 弯曲界面的现象
拉 普 拉 斯 方 程
1 1 p r1 r2
f
附加压力
附 加 压 力
凸液面：
凸液面时，如图 △S 周界上表面张力沿切线方向， 合力指向液面内， △S好象紧压在液体上，使液体受 一附加压强△P
P凸=P0+△P
△P=P凸-P0
第二节 弯曲界面的现象
P0
f
P
S
P
f
附 加 压 力
凹液面：
凹液面时，如图 △S周界上表面张力的合力指向外 部， △S如好象被拉出，液面内部压强小于外部压强
1
2
弯曲界面的附加压力 拉普拉斯方程 毛细现象 开尔文公式
3
4
第二节 弯曲界面的现象
P0
f
S
f
附 加 压 力
P
平液面：
在液体表面上取一小面积△S ,由于液面水平，表面 张力沿水平方向， △S 平衡时，其边界表面张力相互 抵消,△S 内外压强相等
P=P0
第二节 弯曲界面的现象
P0
f
S
P P
气-固界面
表面（习惯）
气-液界面
液-液界面 液-固界面 固-固界面
第一节 表面张力与表面能
表面分子 所受合 力不为零垂直液 体表面且指向液 体内部的合吸力， 称为净吸力
相内分子 所受 合力为零
第一节 表面张力与表面能
由于净吸力存在，致使液体表面的分子有被 拉入液体内部的倾向，所以任何液体表面上 的分子有自发向液体内部迁移的趋势，其宏 观表现为液体表面自动缩小，是自然形成的 液滴总是球形或类似球形
第一节 表面张力与表面能 表 面 张 力 的 影 响 因 素
压力
σ一般随压力增加而下降，但当压力改变不 大时，压力对液体表面张力的影响很小 由于随压力增加，气相密度增加，同时气 体分子更多地被液面吸附，并且气体在液体 中溶解度也增大，以上三种效果均使下降。
第二节 弯曲界面的现象
第二节•
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开 尔 文 公 式
•
•
气 •
液
气
气•
•
•
•
液
液
表面层分子 受其周围体相分子拉力的大小顺序为 Ｆ (凸）＜Ｆ（平）＜Ｆ（凹）。
第二节 弯曲界面的现象
开 尔 文 公 式
pr 2 液气 M 2 Vm RT ln p0 r r
几点说明
拉 普 拉 斯 方 程
如果曲面是球面的一部分，则曲面各处的 曲率半径都相等，即r1=r2
2 p r
第二节 弯曲界面的现象
几点说明
拉 普 拉 斯 方 程
•对凸液面（液珠）
p pl pg
则 pl pg ，即附加压力指向液体。
•对凹液面（气泡）
则 pg pl ，即附加压力指向气体。 •对平液面（r , p 0, pl pg ）
表面 张力
沿着液体表面，垂直作用于单位长 度上的紧缩力叫做表面张力
第一节 表面张力与表面能
表 面 张 力
第一节 表面张力与表面能
1.注意区分表面张力产生原因与表面张力的表现,净吸 引力引起表面张力，表面张力和净吸引力垂直
表 面 张 力
2.表面张力实质上是一个系数量，单位N/m 3.表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线 垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上,如 果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。
固体的界面张力一般较液体大 在常见的纯液体中水的表面张力最高，因为水分子 间氢键形成的特殊结构造成的。72.75 mN/m 有机液体的表面张力大多低于50-60 mN/m，非极性 有机液体小于极性有机液体，因为非极性有机液体仅 有范德华力作用。有机同系物中分子量大的表面张力 最高 液态金属表面张力高，其中汞为室温下呈液态物质 中表面张力最高的。485 mN/m
第一节 表面张力与表面能 表 面 张 力 的 影 响 因 素
相界面的性质 通常所说的某种液体的表面张力，是指该 液体与含有本身蒸气的空气相接触时的测定 值。在与液体相接触的另一相物质的性质改 变时，表面张力会发生变化。 两个液相之间的界面张力，是两液体己相 互饱和(尽管互溶度很小)时两个液体的表面 张力之差