表面活性剂性能参数

(
U A
)S
,V
,nB
(
H A
)
S
,
P
,nB
(
F A
)T
,V
,nB
(
G A
)T
,P,nB
Chapter Six
22
第三节 表面张力(Surface Tension)
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在 着一种张力，它垂直与表面的边界，指 向液体方向并与表面相切。
F 肥皂膜
Chapter Six
23
Chapter Six
25
此时，作用于活动边框 上的总张力正比于滑动 边的长度l 。
F 2 l
l 是滑动边的长度，因膜 有两个面，所以边界总
长度为2l。
比例系数 称为表面张力
Chapter Six
26
F 2 l
的物理意义：
作用于单位长度线段上的力, 单位：N·m-1。
许多文献和教材中常常将两个不同体相 间的界面称为表面。
Chapter Six
11
3、比表面（specific surface area）
比表面通常用来表示物质分散的程度。
表示方法：
(1)：单位质量的物质所具有的表面积；
(2)：单位体积的物质所具有的表面积；
S0
As m
S0
As V
m和V分别为物质的质量和体积，As为其表面积。 目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。
7
液-液界面：
Chapter Six
8
液-固界面：
Chapter Six
9
固-固界面：
Chapter Six
10
(2)表面 两相中若其中一相为气体，这种界面通 常称为表面。 如s－g、l－g界面
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。
物理化学电子教案—第六章
表面现象
Chapter Six
1
第一节 表面与界面 一、表面现象
水滴为什么是 圆形而不是方 形？
Chapter Six
2
它们为什么可以 漂在水面上？
Chapter Six
3
水在毛细管中为 什么会上升？
Chapter Six
4
二、表面和界面(surface and interface) (1) 界面
导致液体表面有自
液相
发收缩的趋势。
Chapter Six
16
第二节 表面吉布斯自由能
一、表面功（surface work）
表面层的分子处于不对称的力场中，表 面层分子的受力情况与本体中不同。
如果要把分子从内部移到界面，或可逆 地增加表面积，就必须克服系统内部分 子之间的作用力，对系统做功。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Chapter Six
界面是相与相之间的交界所形成的物 理区域。
在一个非均匀的系统中,至少存在着两 个性质不同的相。两相共存必然有界 面。
一般指两相接触的、约几个分子厚度 的、系统性质的过渡区。
Chapter Six
5
按物质聚集状态，界面可分为五类： 气-液界面：
Chapter Six
6
气-固界面：
Chapter Six
2.4×102
0.003
3×103
10-4
2.4×105
0.03
10-6
2.4×1011
3
10-8
2.4×1017
300
3×104 3×106 3×108
分散度提高
表面积显著增加
如：牛奶经喷雾干燥迅速变成奶粉
Chapter Six
14
5、表面现象的本质
表面层分子与内部分子相比，它们所处
的环境不同。
B
dG SdT VdP dA BdnB
B
Chapter Six
20
dG SdT VdP dA BdnB
B
由热力学基本关系式可知表面吉布斯自由 能定义
(1) 狭义定义：保持系统温度、压力、 组成不变时，可逆改变单位表面积所 引起系统吉布斯自由能的变化。
(
G A
)
p,T
,nB
单位为J·m-2
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
Chapter Six
13
1g ( 1ml )水分散成小水滴时的变化
水滴半径 水滴数目
(m)
(个)
总表面积 (m2)
比表面 (m2/ m3)
6.20×10-3
1
0.000483 4.83×102
10-3
此式表明，考虑表面相贡献的多相体系， 除了温度、压力、组成等因素，表面积也 是影响体系热力学函数的一个重要变量。
Chapter Six
19
表面化学基本热力学关系式：
dU TdS PdV dA BdnB
B
dH TdS VdP dA BdnB
B
dF SdT PdV dA BdnB
Chapter Six
12
4、分散度 把物质分散成细小微粒的程度。 把一定体积的物质分割得越小，则分 散度越高，比表面也越大。
例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小 立方体时，比表面增长情况列于下表：
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
17
系统在温度、压力和组成不变的条件 下，可逆地增加表面积dA时对系统作 的非体积功，称为表面功。
WR dA
γ为比例系数。
如果γ为常数：
WR A
Chapter Six
18
二、表面吉布斯自由能
WR dA
在恒温恒压下，此表面功即等于系统吉 布斯自由能的微小改变。
GT ,P,R WR A
将含有一个活动边框的金属线框架放 在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边 在下面。由于金属框上的肥皂膜的张 力作用，可滑动的边会被向上拉，直 至顶部。
Chapter Six
24
如果在活动边框上 挂一重物，使重物 质量m2与边框质量 m1所产生的重力F （F=（m1+m2）g） 与总张力的大小相 等方向相反，则金 属丝不再滑动。
Chapter Six
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dU TdS PdV dA BdnB
B
dH TdS VdP dA BdnB
B
dF SdT PdV dA BdnB
B
dG SdT VdP dA BdnB
B
(2) 广义定义：保持体系相应变量不变 时，可逆改变单位表面积所引起系统 热力学函数的变化。
液体内部分子所受
四周邻近相同分子
蒸气
F≠0 的作用力是对称的，
各个方向的力彼此
液体
抵销。
F=0
表面分子受到体相分子的拉力大，受
到气相分子的拉力小（因为气相密度
低），表面相分子受力不均匀。
Chapter Six
15
表面相分子受力不均匀，其分子有被 拉入液相的趋势。
这种受力不均匀
气相
性是表面现象产
生的微观成因。