界面和胶体化学总结
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-- 21 --
3. 液体的润湿与铺展
1. 液体在固体表面上的润湿作用
在固体表面放一滴液体
表面张力：表面紧缩力
在气、液、固三相交界点，气-液、液-固、 固气这三个表面张力都趋缩小各自的表面积。
-- 22 --
接触角与润湿作用 在气、液、固三相交界点，气-液与液-固表
面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。
第八章 表面现象和分散系统
表 §8.1 表面Gibbs自由能和表面张力 面 §8.2 纯液体的表面现象 现 §8.3 气体在固体表面上的吸附 象 §8.4 溶液的表面吸附
§8.5 表面活性剂及其作用
分 §8.6 分散系统的分类
散 §8.7 溶胶的光学和力学性质
系 统
§8.8
溶胶的电学性质
§8.9 溶胶的聚沉
p 2
r
根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹 面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向 液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是 指向曲面的球心。
-- 16 --
讨论:
p 2
r
① 液滴愈小, 则所受到的附加压力愈大;
② 凸液面：r > 0, 附加压力指向液体内部, 液
体所受压力大于外压; p ' Leabharlann Baidup p
凹液面：r < 0, 附加压力指向液体外部, 液体
所受压力小于外压; p ' p p
平液面：r →∞, 无附加压力 .
③ 若为液泡，如肥皂泡:
p 2 2
r
-- 17 --
2.曲率对液体蒸汽压的影响
一定温度下
G vap 1 G vap 3 0
GG4R2TRlnTVpmpln0dr ppp0r2VrmMRpTln2rpp0rKMelvin公G2式 G4 0
-- 12 --
例题
• 20℃时，将1克汞分散成直径为7×10-8m微粒，试求 过程的ΔG。已知汞的密度为13.6×103kg.m-3，汞的 表面张力为483×10-3N.m-1。
• 解：1克汞的体积V = 1×10-3/ρ，分散成 直径为
7×10-8m微粒数 • ΔG = σ×ΔA
N V
3 103
因此，在没有其它功存在时, 任何液 体都有自动缩小表面的趋势。
若要扩展液体表面, 则需 把液体内部分子拉到表面上, 此时要克服体相内分子的引 力而作功—称为表面功。
-- 9 --
在温度、压力、组成恒定时, 扩展表面所做 的功与增加的表面积dA成正比：
W ' dA
根据热力学原理, 在恒温恒压可逆条件下:
-- 18 --
讨论:
RT ln pr 2 M p0 r
凸液面：r > 0, pr > po, 蒸汽压大于平面液体的平衡 蒸汽压;
凹液面：r < 0, pr < po, 蒸汽压小于平面液面的平衡 蒸汽压；
pr(凸液面)>pr(平液面)>pr(毛细管中凹液面)
-- 19 --
{Pr}
3
298.15 K
-- 1 --
一 表面现象
2007年度诺贝尔化学奖 德国科学家格哈德-埃 特尔
表彰他在“固体表面 化学过程”研究中做 的贡献
-- 2 --
人工降雨原理 有机蒸馏时要加沸石防止暴沸的原理 除地保墒原理
-- 3 --
表面和界面(surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
dGT,p W '
即
G A
T,p
式中σ称为表面Gibbs自由能. 意义：是指在
温度、压力和组成一定的条件下, 可逆地增加单
位表面时所引起系统的Gibbs自由能的增量。
单位 J·m-2.
-- 10 --
2. 表面张力 σ的单位: J·m-2= (N·m)·m-2= N·m-1 为力的量纲, 故 也称为表面张力.
(4 / 3)r 3 4r 3
•
= σ×N×4πr 2 当被高度分散时，表面能不可忽略
3103 r
483103 3103 J 13.6 103 3 5 108
＝3.04J
表面能过高使系统处于不稳定，如粉尘厂粉尘爆炸。
-- 13 --
8.2 纯液体的表面现象
1. 附加压力 由于表面能的作用，任何液面都有尽量紧缩而减小 表面积的趋势。 如果液面是弯曲的，则这种紧缩趋势会对液面产生 附加压力。
物理意义: 在相表面的切面上，垂直作用于表面 上任意单位长度切线的表面紧缩力。
-- 11 --
是物质的特性, 是强度性质，其大小与温度、 压力、组成及共存的另一相有关。
对于纯液体, 若不特别说明，共存的另一相指 标准压力时的空气或饱和蒸气。
温度升高表面张力下降 (温度升高体相内分子 作用力减小。
-- 14 --
当大量液体与小液滴压力平衡时
p ' p p
p p '-p
活塞施加的压力
当活塞的位置向下作一无限小的移动时
此过程液体的净得功
p 'dV pdV pdV dA
p dA
dV
r
p d (4 r2 ) 2 d(4r3) r
3
-- 15 --
杨-拉普拉斯公式
1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径 之间的关系式：
-- 23 --
接触角与润湿方程
若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如 汞在玻璃表面；
若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁 净的玻璃表面。等于0 °时，表示完全润湿。 接触角的大小可用实验测量，也可用公式计算。
小液滴 2
曲率半径r越小，偏离程度越大
1
平面液体
毛细管中凹液面
10-1 100 101 102 103 r / nm
表面曲率半径对水的蒸汽压的影响
-- 20 --
由开尔文公式可以解释一些过饱和现象。
① 过饱和蒸汽——人工降雨原理 ② 过热液体 ③ 过饱和溶液
过饱和蒸汽, 过饱和溶液以及过冷, 过热液等 称为介稳状态. 其存在的原因皆是因为“新相难 以生成”所致。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。
-- 4 --
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。
-- 5 --
-- 6 --
-- 7 --
-- 8 --
§8.1 表面Gibbs自由能和表面张力 1. 表面Gibbs自由能 由于表面上的分子和体相内分子处境不同 (下图 是 g-l 表面分子受力情况示意图)，则液体表面层分 子受到一个指向液体内部的拉力。
3. 液体的润湿与铺展
1. 液体在固体表面上的润湿作用
在固体表面放一滴液体
表面张力：表面紧缩力
在气、液、固三相交界点，气-液、液-固、 固气这三个表面张力都趋缩小各自的表面积。
-- 22 --
接触角与润湿作用 在气、液、固三相交界点，气-液与液-固表
面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。
第八章 表面现象和分散系统
表 §8.1 表面Gibbs自由能和表面张力 面 §8.2 纯液体的表面现象 现 §8.3 气体在固体表面上的吸附 象 §8.4 溶液的表面吸附
§8.5 表面活性剂及其作用
分 §8.6 分散系统的分类
散 §8.7 溶胶的光学和力学性质
系 统
§8.8
溶胶的电学性质
§8.9 溶胶的聚沉
p 2
r
根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹 面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向 液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是 指向曲面的球心。
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讨论:
p 2
r
① 液滴愈小, 则所受到的附加压力愈大;
② 凸液面：r > 0, 附加压力指向液体内部, 液
体所受压力大于外压; p ' Leabharlann Baidup p
凹液面：r < 0, 附加压力指向液体外部, 液体
所受压力小于外压; p ' p p
平液面：r →∞, 无附加压力 .
③ 若为液泡，如肥皂泡:
p 2 2
r
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2.曲率对液体蒸汽压的影响
一定温度下
G vap 1 G vap 3 0
GG4R2TRlnTVpmpln0dr ppp0r2VrmMRpTln2rpp0rKMelvin公G2式 G4 0
-- 12 --
例题
• 20℃时，将1克汞分散成直径为7×10-8m微粒，试求 过程的ΔG。已知汞的密度为13.6×103kg.m-3，汞的 表面张力为483×10-3N.m-1。
• 解：1克汞的体积V = 1×10-3/ρ，分散成 直径为
7×10-8m微粒数 • ΔG = σ×ΔA
N V
3 103
因此，在没有其它功存在时, 任何液 体都有自动缩小表面的趋势。
若要扩展液体表面, 则需 把液体内部分子拉到表面上, 此时要克服体相内分子的引 力而作功—称为表面功。
-- 9 --
在温度、压力、组成恒定时, 扩展表面所做 的功与增加的表面积dA成正比：
W ' dA
根据热力学原理, 在恒温恒压可逆条件下:
-- 18 --
讨论:
RT ln pr 2 M p0 r
凸液面：r > 0, pr > po, 蒸汽压大于平面液体的平衡 蒸汽压;
凹液面：r < 0, pr < po, 蒸汽压小于平面液面的平衡 蒸汽压；
pr(凸液面)>pr(平液面)>pr(毛细管中凹液面)
-- 19 --
{Pr}
3
298.15 K
-- 1 --
一 表面现象
2007年度诺贝尔化学奖 德国科学家格哈德-埃 特尔
表彰他在“固体表面 化学过程”研究中做 的贡献
-- 2 --
人工降雨原理 有机蒸馏时要加沸石防止暴沸的原理 除地保墒原理
-- 3 --
表面和界面(surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
dGT,p W '
即
G A
T,p
式中σ称为表面Gibbs自由能. 意义：是指在
温度、压力和组成一定的条件下, 可逆地增加单
位表面时所引起系统的Gibbs自由能的增量。
单位 J·m-2.
-- 10 --
2. 表面张力 σ的单位: J·m-2= (N·m)·m-2= N·m-1 为力的量纲, 故 也称为表面张力.
(4 / 3)r 3 4r 3
•
= σ×N×4πr 2 当被高度分散时，表面能不可忽略
3103 r
483103 3103 J 13.6 103 3 5 108
＝3.04J
表面能过高使系统处于不稳定，如粉尘厂粉尘爆炸。
-- 13 --
8.2 纯液体的表面现象
1. 附加压力 由于表面能的作用，任何液面都有尽量紧缩而减小 表面积的趋势。 如果液面是弯曲的，则这种紧缩趋势会对液面产生 附加压力。
物理意义: 在相表面的切面上，垂直作用于表面 上任意单位长度切线的表面紧缩力。
-- 11 --
是物质的特性, 是强度性质，其大小与温度、 压力、组成及共存的另一相有关。
对于纯液体, 若不特别说明，共存的另一相指 标准压力时的空气或饱和蒸气。
温度升高表面张力下降 (温度升高体相内分子 作用力减小。
-- 14 --
当大量液体与小液滴压力平衡时
p ' p p
p p '-p
活塞施加的压力
当活塞的位置向下作一无限小的移动时
此过程液体的净得功
p 'dV pdV pdV dA
p dA
dV
r
p d (4 r2 ) 2 d(4r3) r
3
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杨-拉普拉斯公式
1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径 之间的关系式：
-- 23 --
接触角与润湿方程
若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如 汞在玻璃表面；
若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁 净的玻璃表面。等于0 °时，表示完全润湿。 接触角的大小可用实验测量，也可用公式计算。
小液滴 2
曲率半径r越小，偏离程度越大
1
平面液体
毛细管中凹液面
10-1 100 101 102 103 r / nm
表面曲率半径对水的蒸汽压的影响
-- 20 --
由开尔文公式可以解释一些过饱和现象。
① 过饱和蒸汽——人工降雨原理 ② 过热液体 ③ 过饱和溶液
过饱和蒸汽, 过饱和溶液以及过冷, 过热液等 称为介稳状态. 其存在的原因皆是因为“新相难 以生成”所致。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。
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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。
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§8.1 表面Gibbs自由能和表面张力 1. 表面Gibbs自由能 由于表面上的分子和体相内分子处境不同 (下图 是 g-l 表面分子受力情况示意图)，则液体表面层分 子受到一个指向液体内部的拉力。