第七章界面现象分析

垂直作用于单位截面积上的力 2）r愈小， p愈大
即为p
p = pl－ pg=F/πr12 =2πr12 g / rπr12
p = 2g /r
——Laplace equation
3）对于凸液面（小液滴），r＞0，
p= pl－pg＞0 p指向液体 4）对于凹液面（液体中的气泡），r＜0，
p = pl－pg＜0 p指向气体 5）对于平液面，r = ∞， p = pl－pg=0
饱和蒸气(p)
饱和蒸气(pr)
ΔG2 ΔG1
ΔG3
液体(p0,平面)
ΔG
小液滴(p0+Δp, r)
三步途径为： (1) 恒温恒压可逆相变: ΔG1=0 (2) 恒温变压过程: ΔG2 = RTln( pr/ p ) (3) 恒温恒压可逆相变: ΔG3=0
7-2 弯曲液面的表面现象
整个过程： ΔG = ΔG1+ ΔG2+ ΔG3=RTln( pr / p )
7-2 弯曲液面的表面现象
7-2 弯曲液面的表面现象
1、弯曲液面的附加压力 p = pl－ pg
pg
gas
A
C
γ _ _ _B _ _ γ
_ liqui_d _ p_ _ _
_ pl
pl ＞pg
p = pl－ pg＞0
_
g_ _
gas
pg
p
_g
_
__
__
li_qu_id _A _ _B _ C_ _
（3）压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气
相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是 气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体 溶解度增加，也使表面张力下降。
7-1 界面张力
将一个含有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 膜的表面张力作用，可滑动的边会 被向上拉，直至顶部。
界面不是几何面，它有一定的厚度，一般 约为几个分子厚，又称界面相。
体相 界面相S
界面的结构和性质与相邻两侧的体相不同！！ β体相
7-1 界面张力
7-1 界面张力
结论：在液体表面上，处处存在着一种张力，它垂直 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，用g
表示，单位N·m-1。
物理化学
化工学院物理化学教研室
主讲教师：黄永清
7-1 界面张力
第七章-界面现象
1 界面张力 2 弯曲液面的表面现象 3 气体在固体表面的吸附 4 润湿现象 5 溶液表面的吸附 6 小结
7-1 界面张力
7-1 界面张力
7-1 界面张力
所有两相的接触面称为界面 聚集状态的不同
气液—体液的界表面 气固—体固的界表面 液—液界面 液—固界面 固—固界面
7-1 界面张力
影响表面张力的因素有那些呢？
（1）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化
学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。 γ(金属键)> γ(离子键)> γ(极性共价键)> γ(非极性共价键)
两种液体间的界面张力，介于两种液体表面张力之间。 （2）温度的影响 温度升高，表面张力下降。
不受到附加压力
6）对于液泡， p = 4g /r
7-2 弯曲液面的表面现象
毛
Hg
细
现
象
H2O
pLeabharlann Baidu
2g
r1
gh
r r1
cos
90o , h 0
h
2g r1g
h
2g cos r g
液体在毛细管中下降
90o , h 0 液体在毛细管中上升
7-2 弯曲液面的表面现象 • 为什么自由液滴通常都呈球形？
解
液滴
释
• 为什么天旱时要给土地表面松土？
现
象
如图，打开活塞，两 个液泡的大小有何变 化？
思 考 p = 4g /r
题
7-2 弯曲液面的表面现象
7-2 弯曲液面的表面现象
7-2 弯曲液面的表面现象
思 考 题
毛细管永动机能否成功？
7-2 弯曲液面的表面现象
3、曲率对蒸汽压的影响——开尔文公式 恒T, 恒外压p0下，将1mol液体(平液面)分散为半径为 r 的小液滴：
固体表面上的分子、原子或离子与液体一样，受力也 是不对称的，所以固体表面上也有表面张力和表面能。
纯液体通过降低表面积降低表面吉布斯自由能。 固体表面积不易发生改变，如何降低表面吉布斯自由能？
固体表面会自发地将气体富集到其表面，减小表面分子 受力不对称程度，从而减小表面张力，降低表面吉布斯自 由能。
如果在活动边框上挂一重物，使重物质量与边框质量所产生的重 力F与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。
F g 2l
gF
2l
g 就是作用于单位边界上的表面张力。
dx
F
γL
在力F作用下使金属丝缓慢 移动dx距离，忽略摩擦力， 这一过程可视为可逆d过x 程。
F
7-1 界面张力
δWr' Fdx 2lg dx g dA
g δWr'
dA
δWr' dGT ,p gdA
g
(
G A
)T、P、nB
表面张力
比表面功
比表面吉布斯函数 单位皆为N·m-1（J·m-2）
表面吉布斯函数G(表面) =γA ∴dT, pG(表面) = g dA + Adg 当dG(表面)＜0时，表面过程自发
7-1 界面张力
dA = 0时， dg ＜0的过程自发 dg = 0时， dA＜ 0的过程自发
直接途径 ： ΔG =∫Vmdp=Vmp=(M/)2g/r = 2g M/ r
RTln( pr/p ) = 2g M/r
开尔文公式
7-2 弯曲液面的表面现象
讨论：
RT ln pr 2gM 2gVm
p r
r
( )T某液态物质。T,M,γ, 一定，则r越小，pr与p相差越大；
对凸液面，如小液滴，r＞0, pr＞p，小液滴的饱和蒸气压＞平面液体的饱和 蒸气压。
凹液面，小气泡, r＜0, pr＜p 此式也可用于晶体物质，微小晶体的饱和蒸气压恒大于普通晶体的,微小晶
体的溶解度较大
解释现象：1.人工降雨的基本原理
2.沸石的作用原理
3.硅胶干燥原理
7-2 弯曲液面的表面现象
7-2 弯曲液面的表面现象
下一节
7-2 弯曲液面的表面现象
7-3 气体在固体表面的吸附
-— — — — - —
—
pl
pl ＜ pg p = pl－ pg＜0
p 总是指向曲率半径的中心
7-2 弯曲液面的表面现象
2、拉普拉斯方程
f g cos
r1 γ
△p 液
γγ
r1θ θ
r
γ
f
g r1 / r
结论：
F 2 r1 f 2 r12g / r
1）此式适用于曲率半径 r为定值的小液 滴或液体中小气泡的附加压力的计算