大学物理化学经典课件6-6-界面现象
合集下载
物理化学 界面现象
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
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，它可看成是引起液体表面收缩的单 位长度上的力，方向与液体表面相切。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面 张力，用g 表示，单位是N· m-1。
F 2g l
物理化学
第十章
界面现象
Interface Phenomenon
第一节 界面张力
1、 液体的表面张力、表面功和表面吉布斯函数
2、 表面热力学基本方程 3、 影响界面张力的因素 第二节 弯曲液面的附加压力与毛细现象 1、 弯曲液面的附加压力 2、 毛细现象 第三节 开尔文公式和亚稳状态
1、 微小液滴的饱和蒸气压 — 卡尔文公式
引
言
界面 (interface) 是指两相的接触面。一般常
把与气体接触的界面称为表面(surface)。界面并
不是两相接触的几何面，Байду номын сангаас有时又将界面称为界 面相。 严格讲表面应是液体和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。
常见的界面有： 1.气-液界面
2.气-固界面
所必须对体系做的可逆非膨胀功，故γ 也称表面功。
表面自由能：
G g ( )T , p As
δW g dAs dGT,P
'
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
表示，单位为J· m-2。 表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉 布斯函数的数值和量纲是等同的。
dG g dAs
天津大学物理化学课件 界面现象
31
3. 吸附经验式——弗罗因德利希公式
对I类吸附等温线：
lgV a nlgplgkk, n 经验常数， 与吸附体系及T 有关。
直线式：
bp
1
bp
lg(Va/[ V])
T1 <T2
斜率 n; 截距 k（p =1时的吸附量）
T，k
lg(p/[p])
方程的优点：(1) 形式简单、计算方便、应用广泛；
直径：1cm 表面积：3.1416 cm2
直径：10nm 表面积：314.16 m2
表面积是原来的106倍
界面相示意图
一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。
3
物质的分散度可用比表面积as来表示，其定义为 as = As/m
单位为m2kg-1。
小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积，因此 由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。
——过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液
27
§10-3 固体表面
在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同 的现象称为吸附。
产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。
dG = dA+Ad
被吸附的物质—— 有吸附能力的物质——
28
1. 物理吸附与化学吸附：
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
26
(4) 过饱和溶液
na
n m
溶液浓度已超过饱和 液体，但仍未析出晶体的 溶液称为过饱和溶液。
原因：小晶体为凸面, pr＞p ， 表明分子从固相中逸出的倾向大 ， 这造成它的浓度大，即溶解度大， 由此产生过饱和现象。
由于小颗粒物质的表面特殊性，造成新相难以生成， 从而形成四种不稳定状态（亚稳态）：
3. 吸附经验式——弗罗因德利希公式
对I类吸附等温线：
lgV a nlgplgkk, n 经验常数， 与吸附体系及T 有关。
直线式：
bp
1
bp
lg(Va/[ V])
T1 <T2
斜率 n; 截距 k（p =1时的吸附量）
T，k
lg(p/[p])
方程的优点：(1) 形式简单、计算方便、应用广泛；
直径：1cm 表面积：3.1416 cm2
直径：10nm 表面积：314.16 m2
表面积是原来的106倍
界面相示意图
一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。
3
物质的分散度可用比表面积as来表示，其定义为 as = As/m
单位为m2kg-1。
小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积，因此 由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。
——过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液
27
§10-3 固体表面
在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同 的现象称为吸附。
产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。
dG = dA+Ad
被吸附的物质—— 有吸附能力的物质——
28
1. 物理吸附与化学吸附：
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
26
(4) 过饱和溶液
na
n m
溶液浓度已超过饱和 液体，但仍未析出晶体的 溶液称为过饱和溶液。
原因：小晶体为凸面, pr＞p ， 表明分子从固相中逸出的倾向大 ， 这造成它的浓度大，即溶解度大， 由此产生过饱和现象。
由于小颗粒物质的表面特殊性，造成新相难以生成， 从而形成四种不稳定状态（亚稳态）：
大学物理化学经典课件6-6-界面现象
增溶作用增溶作用加入表面活性剂要求其浓度达到或超过cmc以形成胶束能促使原来难溶于水的液体如苯等非极性的ch化合物在另一液体如水中易于溶解的现象称为表面活性剂的增溶作用
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
６.5.4.2 Gibbs吸附等温式
2 2 T
bp a 2 , 2 bp 1
RT a2 T
p正吸附 1 0, 2 0 * a2 T V ( p p) V c 0, 2 0 负吸附 7.Gibbs吸附公式 a2 T
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
LB膜
上一内容
下一内容
回主目录
返回
L-B膜的应用
分子组装技术 如:L-B膜有较好的介电性能，隧道穿越导电性 能以及跳跃导电性能，发光性能等。L-B膜的 这些独特的性能在电子元件及集成电路中有重 要应用。 理论研究模型
上一内容
下一内容
回主目录
返回
例
上一内容
下一内容
回主目录
返回
解
上一内容
下一内容
回主目录
返回
解
上一内容
下一内容
回主目录
返回
本章小结
1.表面吉布斯自由能和表面张力
G A T , p ,nB
2.开尔文公式
ln
Pr
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
６.5.4.2 Gibbs吸附等温式
2 2 T
bp a 2 , 2 bp 1
RT a2 T
p正吸附 1 0, 2 0 * a2 T V ( p p) V c 0, 2 0 负吸附 7.Gibbs吸附公式 a2 T
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
LB膜
上一内容
下一内容
回主目录
返回
L-B膜的应用
分子组装技术 如:L-B膜有较好的介电性能，隧道穿越导电性 能以及跳跃导电性能，发光性能等。L-B膜的 这些独特的性能在电子元件及集成电路中有重 要应用。 理论研究模型
上一内容
下一内容
回主目录
返回
例
上一内容
下一内容
回主目录
返回
解
上一内容
下一内容
回主目录
返回
解
上一内容
下一内容
回主目录
返回
本章小结
1.表面吉布斯自由能和表面张力
G A T , p ,nB
2.开尔文公式
ln
Pr
大学物理化学经典课件6-1-界面现象
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
课前指导
1. 本章的主要内容
表面吉布斯自由能和表面张力；弯曲表面下的附加
压力与蒸气压；开尔文公式；液体界面的性质；
Gibbs吸附公式；液-固界面现象；表面活性剂及其应 用；固体表面的吸附；吸附等温线的类型；Langmuir 吸附等温式，BET公式，物理吸附和化学吸附。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
例. V=1cm3的物质分为边长不同的立方体微粒
边长/cm 1 微粒数 1 总面积/cm2 6
10-1
10 -2
10 3
10 6
60
600
…
10 -7
…
10 21
…
6000m2
从表上可以看出，当将边长为1cm的立方体分割成 10-9m的小立方体时，表面积增长了一千万倍。
对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质 在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来 自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
举例
上一内容
下一内容
回主目录
返回
小麦叶上的露珠
( dewdrop on wheat leaf )
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
前言
考察一个多相体系：
上一内容
下一内容
回主目录
返回
1.相界面对体系性质是否有影响? 2.如果有，为什么前面几章没有考虑界面的影响？
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
课前指导
1. 本章的主要内容
表面吉布斯自由能和表面张力；弯曲表面下的附加
压力与蒸气压；开尔文公式；液体界面的性质；
Gibbs吸附公式；液-固界面现象；表面活性剂及其应 用；固体表面的吸附；吸附等温线的类型；Langmuir 吸附等温式，BET公式，物理吸附和化学吸附。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
例. V=1cm3的物质分为边长不同的立方体微粒
边长/cm 1 微粒数 1 总面积/cm2 6
10-1
10 -2
10 3
10 6
60
600
…
10 -7
…
10 21
…
6000m2
从表上可以看出，当将边长为1cm的立方体分割成 10-9m的小立方体时，表面积增长了一千万倍。
对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质 在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来 自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
举例
上一内容
下一内容
回主目录
返回
小麦叶上的露珠
( dewdrop on wheat leaf )
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
前言
考察一个多相体系：
上一内容
下一内容
回主目录
返回
1.相界面对体系性质是否有影响? 2.如果有，为什么前面几章没有考虑界面的影响？
《物理化学》课件-界面现象
20 C , 72.88103 N m1 80 C , 62.61103 N m1
压力的影响
定T下， p↗，气体ρ↗，吸附及溶解↗ ， γ↘ 界面介质
一定温度下，同一物质： γ(s-g) >> γ(l-g) 。 溶入溶质时，界面张力随溶质浓度的变化不定
13
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 三、影响界面张力的因素
能量量纲
Fdx
γ dAS γ 2ldx
单位面积之能量
物理意义：沿着与表面相切方向，垂直作用在表面任
意单位长度线段上的紧缩力。
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
二、表面吉布斯函数
定温定压、可逆条件下：
d GT ,p
δ
W
'
r
d
AS
F≠0
F=0
G AS T , p,n — — 表 面 吉 布 斯 函 数
γ随分子间作用力的增强而增大。一般有： γ(金属键)> γ(离子键)> γ(极性键) > γ(非极性键) 如： γ(液态金属)> γ(熔融盐)> γ(水) > γ(有机溶剂)
12
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
三、影响界面张力的因素
温度的影响
定p下，一般 T↗，液体ρ↘，分子间力↘，γ↘
如H2O
2016编辑
第七章
界面现象 （Interfacial Phenomenon）
学时：6 主讲: 王女 课程中心：物理化学B
第七章 界面现象 界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的
2
多尺度特殊浸润性材料
PU c-PVA c-PVA
PU
Macromol. Rapid Commun.,2008, 29, 485; Soft Matter, 2012, 8, 5996; Acs Applied
界面现象
太原理工大学物理化学第八章界面现象界面是指相互接触的两相的交界面。
自然界中的物质一般以三种聚集状态存在，三种相态相互接触可 以形成五种界面：液-气、固-气、液-固、液-液和固-固界面。
习惯上将液-气和固-气界面称为表面；而其余 的相界面都称为界面。
由于历史的原因， “表面”和“界面”这两个词经常混用。
界面并不是一个几何平 面，它是从一个相到另一个相的过渡层，有一定的厚度，通常称为界面相或界面层，与界面层相邻的两相 称为体相。
界面现象就是在相界面上所发生的物理化学现象。
许多自然现象、生理现象、工农业生产以至日常生 活上的许多问题都与界面现象有密切的关系，如：液滴呈球形、活性炭能脱色、粉尘容易爆炸等都与界面 现象有关。
产生界面现象的根本原因是由于界面相中的分子与体相中的分子所处的力场不同，因此界面相 的性质和两个体相的性质就会不一样。
在一般情况下，系统所具有的比表面积相当小，表面上的物质、能 量都比体相小得多， 故表面的特殊性质可不考虑。
但当系统的表面积很大时，表面分子所占的比例就很大， 它的特殊性质就成为矛盾的主要方面而表现出各种界面现象。
为了便于比较不同物质的表面性质，提出了比表面积的概念。
比表面积（as）是指单位质量或单位体 积的物质所具有的表面积，用公式表示为： as = As / m 或 as = As / V通常用比表面积来表示物质的分散程度，即分散度。
比表面积越大，分散度越高，表面效应就越明显， 这必然对系统的物理化学性质产生影响，此时就必须考虑界面的特殊性。
这种特殊性反映出的宏观现象就 是人们观察到的界面现象，其具体体现就是界面张力。
§ 8.11．液体的表面吉布斯函数和表面功界面张力界面现象产生的根本原因是由于两相界面上的分子与体相分子所 处环境不同引起的，以液-气界面为例说明之。
如图 8.1.1 所示，处于液 体内部的分子，受周围各分子对它的作用力是对称的，可以相互抵消， 这些分子在液体内部运动时无须对它做功。
第十章 界面现象
在恒温恒压、各相组成和量不变时：
dG dAs
dG称为表面吉布斯函数变化dGs。
当界面面积自0到As变化时：Gs=As
在恒温恒压下，系统的自发过程总是 朝着表面吉布斯函数减小的方向进行。
3.影响表面张力的因素 （1）物质的本性
不同物质其分子间作用力不同，表面 张力也不同。分子间作用力大，其表面张 力也大。 同一物质： (固)>(液)>(气)
kc
n
（c为被吸附物质浓度）
Freundlich公式不能说明吸附作用的机理， 公式中n和k没有明确的物理意义。
6.单分子层吸附理论（Langmuir吸附理论） （1）理论要点（基本假设）
表面层分子、 内部分子所处 的力场不同。
表面层的分子受到指向物体内部并垂直 于表面的作用力，使物体表面有自动缩小 的趋势。若将内部分子移至表面，必须对 所移动的分子施加外力（做功）。 产生界面现象的原因：物质表面层分子 与内部分子所具有的能量、作用力不相同。
（2）表面张力(surface tension)
而 r1=r/cos
2 cos 则有： h r g
当液体不能湿润管壁时,>90,cos<0, h为负值，表示管内凸液面下降深度。 毛细现象应用之一：锄地可破坏土壤毛 细管，以减少水分蒸发。
（4）表面张力测定方法
最大气泡法、毛细管法等。 机械、自动、全自动表面张力仪。
2.微小液滴的饱和蒸气压—开尔文公式
对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附
平衡时：
=f (T,P)
通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系：
(1)T=常数， = f (p)，得吸附等温线。 (2)p=常数， = f (T)，得吸附等压线。 (3) =常数，P = f (T)，得吸附等量线。
《界面现象》PPT课件
δW' dAs
式中γ为比例系数，它在数值上等于当T，p及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系 做的可逆非膨胀功。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
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
表示，单位为J·m-2。 表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉 布斯函数的数值和量纲是等同的。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
物理吸附与化学吸附
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
式中γ为比例系数，它在数值上等于当T，p及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系 做的可逆非膨胀功。
15
表面自由能：
G ( As
)T
,
p
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
表示，单位为J·m-2。 表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉 布斯函数的数值和量纲是等同的。
29
物理吸附时，吸附剂与吸附质之间以范 德华引力相互作用；而化学吸附时，吸附 剂与吸附质分间发生化学反应，以化学键 相结合。
30
物理吸附与化学吸附
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小(近于液化热) 大(近于反应热)
无或很差
较强
可逆
40
A (g)M (表 面 )k1 A M
设：表面覆盖率
k-1
θ=已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积
则空白表面为(1 - q )N代表有吸附能力总晶格数
v(吸附)=k1p( 1-q )N
v(脱附)=k-1qN
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
v(吸附)=k1p( 1- ) = v(脱附)=k-1
2. ps=2g/r1=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2g/r1=rlgh
一般式：2g cosq/r=Drgh
r
r1
h
22
2.微小液滴的饱和蒸气压——开尔 文公式
对小液滴与蒸汽的平衡，设气体为理想气体。
大学物理化学经典课件界面现象
生活中的毛细现象
• 1. 煤油灯灯芯吸油 • 2. 毛巾吸水 • 3. 锄地保墒
大雨过后，通过锄地保持土壤水分。
解释
思考题1
思考题2
在多孔固体吸附液体蒸气时为什么会有毛细凝聚现象?
答：毛细凝聚是指固体在吸附蒸气时，在它的细小 的毛细孔中蒸气凝聚成液体，使吸附值大大偏高， 造成测固体表面积的实验失败。发生毛细凝聚的 原因是固体内有微孔，半径极小，这液体又能润 湿固体表面，接触角小于90°。在微孔中一旦形 成液体，液面是凹形的，所以微孔中液面的饱和 蒸气压比平面上的要低得多。在很低的蒸气压力 下，毛细孔内已达到气—液平衡，蒸气不断在毛 细孔内凝聚为液体，使吸附值偏高。防止的方法 是在做吸附实验时控制蒸气的压力，一般控制比 压在0.3以下，防止毛细凝聚。
第六章第六章界面现象界面现象雨后的荷叶lotusflowerafterrain622622新相生成时的新相生成时的亚稳现象亚稳现象续续液体沸腾时的过热现象液体沸腾时的过热现象解释解释液体凝固时的过冷现象液体凝固时的过冷现象解释解释溶解过程的过饱和现象溶解过程的过饱和现象kelvin公式亚稳状态或介安状态亚稳状态或介安状态以上几种状态并非真正的平衡态因为只要引入少量结晶种子就可以破坏这种状态所以称亚稳状态或介安状态
PC lnCC0 2RMT1 r r10
亚稳状态或介安状态
• 以上几种状态并非真正的平衡态，因为只要引入 少量结晶种子，就可以破坏这种状态，所以称亚 稳状态或介安状态。
• 实际生产生活中， 有时要破坏这种状态，如：人工降雨； 有时则要利用这种状态，如：淬火。
6.2.3 分散度对化学反应的影响
• 分散度不仅影响物理性质，而且影响反应能 力（反应速度、化学平衡）。
• 只有分散到10-6cm以下，分散度的影响才能 明显表现出来。
界面现象PPT课件
一般对于气液界有： γ(金属键)> γ(离子键)> γ(极性键)> γ(非极性键) 例： 比较相同条件下下述表 各面张力的相对大小
（乙醇） （水） （Hg）
②与接触相的性质有关
（水－水蒸气） （水－乙醚） （水－乙醇）
第24页/共89页
③ 温度的影响
气相中分子密度降低
T↑ 液相中分子距离↑
第19页/共89页
表面张力（surface tension）
如果在金属线框中间系一线圈，
一起浸入肥皂液中，然后取出，上
面形成一液膜。
(a)
由于以线圈为边界的两边表面张 力大小相等方向相反，所以线圈成 任意形状可在液膜上移动，见(a)图。
如果刺破线圈中央的液膜，线 圈内侧张力消失，外侧表面张力立 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。
固体表面的吸附 表面活性剂及其作用
液-固界面现象 不溶性表面膜 液体界面的性质
弯曲表面下的附加压力和蒸汽压 表面吉布斯自由能和表面张力
第1页/共89页
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。
严格讲表面应是液体和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。
关系： R'=R/cos
如果曲面为球面，则R'=R。
2. ps=2/R'=(l-g)gh
因l>>g所以：ps=2/R'=lgh
一般式：2 cos/R=gh
第38页/共89页
附加压力与毛细管中液面高度的关系
第39页/共89页
（乙醇） （水） （Hg）
②与接触相的性质有关
（水－水蒸气） （水－乙醚） （水－乙醇）
第24页/共89页
③ 温度的影响
气相中分子密度降低
T↑ 液相中分子距离↑
第19页/共89页
表面张力（surface tension）
如果在金属线框中间系一线圈，
一起浸入肥皂液中，然后取出，上
面形成一液膜。
(a)
由于以线圈为边界的两边表面张 力大小相等方向相反，所以线圈成 任意形状可在液膜上移动，见(a)图。
如果刺破线圈中央的液膜，线 圈内侧张力消失，外侧表面张力立 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。
固体表面的吸附 表面活性剂及其作用
液-固界面现象 不溶性表面膜 液体界面的性质
弯曲表面下的附加压力和蒸汽压 表面吉布斯自由能和表面张力
第1页/共89页
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。
严格讲表面应是液体和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。
关系： R'=R/cos
如果曲面为球面，则R'=R。
2. ps=2/R'=(l-g)gh
因l>>g所以：ps=2/R'=lgh
一般式：2 cos/R=gh
第38页/共89页
附加压力与毛细管中液面高度的关系
第39页/共89页
物理化学第10章界面现象ppt课件
他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化 的普遍关系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年， 开尔文（Kelvin）将界面扩展时伴随的热效应与界 面张力随温度的变化联系起来。后来，他又导出蒸 汽压随界面曲率的变化的方程即著名的开尔文方程。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
首 页 刚看的页 上一页 下一页 结 束
dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
界面现象
2
3 8
ΔG = ×ΔAS = ×N×4πr
3 10 r
J
=3.04J
3
483 10 3 10
3
3
13.6 10 3 5 10
由基本方程可知，在等温、等压和组成不变的条件下，当↓ 和As↓， dG = dAs ≤ 0 ，过程都可自发进行，这就是表面现象 产生的热力学原因。
( )T , p ,n , G As
dG d ( As ) dAs As d
dG d ( As ) dAs As d
（1）当γ一定时，dG = γ dAs 要 dG < 0，则 dAs < 0。 所以，缩小表面积的过程为自发过程。 液体表面处处存在着一种使液面绷紧的张力。
参考文献
1. Hiemeng PC and Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, 3rd ed. New York: Marcel Dekker Inc. 1997 2. Adamson AW and Gast AP, Physical Chemistry of Surface, 6th ed. New York: John Wiley and Sons., 1997 3. 江龙，胶体化学概论，北京：科学出版社，2002 4. 沈钟，王果庭，胶体与表面化学（第三版），北京：化学工业出版社， 2004 5. 顾惕人，朱步瑶等，表面化学，北京：科学出版社，1999 6. 朱步瑶，赵振国，界面化学基础，北京：化学工业出版社，1996。 7. 傅献彩，沈文霞，姚天扬，物理化学（第四版）（下册），北京：高等 教育出版社，1995 8. 周祖康，顾惕人，马季铭，胶体化学基础(第二版)，北京：北京大学出 版社， 1997 9. 陈宗淇，王光信, 徐桂英，胶体与界面化学，北京：高等教育出版社， 2001 10. 赵国玺，朱步瑶，表面活性剂作用原理，北京：中国轻工业出版社， 2003 11. 赵国玺，表面活性剂物理化学，北京：北京大学出版社， 1991 12. 肖进新， 赵振国，表面活性剂原理，北京：化学工业出版社， 2003 13. 赵振国，胶体与界面化学——概要、演算与习题，北京：化学工业出版 社，2004
3 8
ΔG = ×ΔAS = ×N×4πr
3 10 r
J
=3.04J
3
483 10 3 10
3
3
13.6 10 3 5 10
由基本方程可知，在等温、等压和组成不变的条件下，当↓ 和As↓， dG = dAs ≤ 0 ，过程都可自发进行，这就是表面现象 产生的热力学原因。
( )T , p ,n , G As
dG d ( As ) dAs As d
dG d ( As ) dAs As d
（1）当γ一定时，dG = γ dAs 要 dG < 0，则 dAs < 0。 所以，缩小表面积的过程为自发过程。 液体表面处处存在着一种使液面绷紧的张力。
参考文献
1. Hiemeng PC and Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, 3rd ed. New York: Marcel Dekker Inc. 1997 2. Adamson AW and Gast AP, Physical Chemistry of Surface, 6th ed. New York: John Wiley and Sons., 1997 3. 江龙，胶体化学概论，北京：科学出版社，2002 4. 沈钟，王果庭，胶体与表面化学（第三版），北京：化学工业出版社， 2004 5. 顾惕人，朱步瑶等，表面化学，北京：科学出版社，1999 6. 朱步瑶，赵振国，界面化学基础，北京：化学工业出版社，1996。 7. 傅献彩，沈文霞，姚天扬，物理化学（第四版）（下册），北京：高等 教育出版社，1995 8. 周祖康，顾惕人，马季铭，胶体化学基础(第二版)，北京：北京大学出 版社， 1997 9. 陈宗淇，王光信, 徐桂英，胶体与界面化学，北京：高等教育出版社， 2001 10. 赵国玺，朱步瑶，表面活性剂作用原理，北京：中国轻工业出版社， 2003 11. 赵国玺，表面活性剂物理化学，北京：北京大学出版社， 1991 12. 肖进新， 赵振国，表面活性剂原理，北京：化学工业出版社， 2003 13. 赵振国，胶体与界面化学——概要、演算与习题，北京：化学工业出版 社，2004
《物理化学教学课件》第十章界面现象
界面现象的基本原理
表面张力
表面张力是物质表面分子或离子间的吸引力，使得物质表 面尽可能收缩。表面张力的大小与物质种类和温度有关。
润湿
润湿是指液体在固体表面铺展或被固体表面吸附的现象。 润湿与固体的表面能、液体的表面张力以及固体与液体之 间的相互作用力有关。
吸附
吸附是指物质在界面上的富集现象。吸附可以分为物理吸 附和化学吸附，物理吸附主要与物质在界面上的范德华力 有关，化学吸附则涉及到化学键的形成。
润湿是指液体在固体表面铺展并覆盖住表面的现象，而不润湿则是指液体不能在固体表面 铺展的现象。
润湿与不润湿产生的原因
润湿与不润湿现象的产生与液体和固体表面的分子间相互作用有关，当液体分子与固体表 面分子间的相互作用力大于液体分子间的内聚力时，就会产生润湿现象；反之则产生不润 湿现象。
润湿与不润湿的应用
能源
能源的储存与转化过程中涉及大量界面现象，如电池、燃料电池等，深入研究 界面现象有助于提高能源利用效率和降低环境污染。
环保
污水处理、大气污染控制等领域涉及大量界面现象，通过优化界面现象可实现 更高效的环保技术。
THANKS
感谢观看
毛细现象
毛细现象定义
毛细现象是指由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中上 升或下降的现象。
毛细现象产生的原因
由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中产生向上的附加压 力，从而使液体在细管中上升。
毛细现象的应用
毛细现象在自然界和日常生活中广泛存在，如植物的吸水、毛细血 管等。
润湿与不润湿
润湿与不润湿定义
04
界面现象的实验研究方法
表面张力测量方法
表面张力是液体表面所受到的垂 直于表面方向的力与表面每单位
《界面现象》课件
界面现象在其他领域的应用
界面现象在其他领域也具有广泛的应 用，如能源、材料和电子等。在能源 领域中，利用界面现象可以提高燃料 的燃烧效率和减少污染物排放。
VS
在材料领域中，利用界面现象可以制 备功能材料和复合材料，提高材料的 性能和功能。在电子领域中，利用界 面现象可以制备电子器件和集成电路 ，实现电子设备的微型化和高效化。
分子模拟方法
总结词
利用计算机模拟分子间的相互作用和运动， 预测界面现象。
详细描述
分子模拟方法是利用计算机模拟分子间的相 互作用和运动，从而预测界面现象的一种方 法。这种方法可以对分子间的相互作用进行 详细的模拟，从而深入理解界面现象的微观 机制。分子模拟方法需要具备较高的计算机 编程和数值计算能力，并且需要选择合适的 模拟算法和力场参数。
表面能
表面能是表面分子所具有的能量 ，它反映了表面分子间的相互吸
引力。
表面能的大小决定了物质表面的 稳定性，如液体的蒸发速度、晶
体表面的生长速度等。
表面能的应用包括表面改性、涂 层技术、纳米材料制备等领域。
表面活性剂
表面活性剂是一种能够显著降低 表面张力或界面张力的物质。
表面活性剂分子通常具有亲水基 团和疏水基团，能够在界面上形
计算机仿真方法
总结词
通过模拟系统整体行为，预测界面现象。
详细描述
计算机仿真方法是利用计算机模拟系统的整体行为，从而预测界面现象的一种方法。这 种方法可以对系统整体行为进行模拟，从而提供对界面现象的整体认识。计算机仿真方 法需要建立合理的仿真模型，选择合适的仿真算法和参数，并对仿真结果进行科学分析
。
交叉学科
此外，界面现象还与生物学、医学、环境科学等交叉学科密切相关。通 过跨学科的研究，可以拓展界面现象的应用领域，推动相关领域的发展 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 1 r r
返回
上一内容
下一内容
回主目录
3.新相生成时的亚稳现象 4.弯曲表面下的附加压力与蒸气压
2 PS r
5.拉普拉斯方程
h
2 cos R 2 cos Rg g
回主目录
返回
上一内容
下一内容
ngmuir吸附等温式、BET公式
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
LB膜
上一内容
下一内容
回主目录
返回
L-B膜的应用
分子组装技术 如:L-B膜有较好的介电性能，隧道穿越导电性 能以及跳跃导电性能，发光性能等。L-B膜的 这些独特的性能在电子元件及集成电路中有重 要应用。 理论研究模型
上一内容
下一内容
回主目录
返回
胶束
分散在水中的表面活性剂分子以其非极性部 位自相结合，形成憎水基向里、亲水基朝外的 多分子聚集体，称为缔合胶体或胶束呈近似 球状、层状或棒状。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
CMC
表面活性物质的分子在溶液本体及表面层中的分布
上一内容 下一内容 回主目录
上一内容
下一内容
回主目录
返回
表面活性剂具有双亲性结构
亲水基有：COOH，OH，NH2 …… 憎水基有：C-H链，CnH2n+1 …… 故表面活性剂具有双亲性（一极亲水， 一极亲油（气））
上一内容 下一内容 回主目录
返回
• III. 表面活性剂分子要在水气或水油（不溶于 水的液体）界面上形成“定向排列”； • IV. 存在临界胶束浓度CMC； 表面活性剂能在水中溶解，其浓度大过某一数 值（CMC）时，能在水中形成很大的缔合体--胶束。这一形成胶束的最低浓度称为“临界 胶束浓度”。超过此浓度后σ不再下降。 CMC 常表现为一个窄的浓度范围，如离子型表面活 性剂的CMC一般约在10-2~10-3之间。
2 2 T
bp a 2 , 2 bp 1
RT a2 T
p正吸附 1 0, 2 0 * a2 T V ( p p) V c 0, 2 0 负吸附 7.Gibbs吸附公式 a2 T
m
c 1 p Vmc p*
c2 稀溶液a2 c2 / c : 2 RT
上一内容 下一内容
c2 T
返回
回主目录
返回
表面活性剂的分类
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
表面活性剂的作用
上一内容
下一内容
回主目录
返回
I. 润湿作用
上一内容
下一内容
回主目录
返回
上一内容
下一内容
回主目录
返回
II. 起泡作用
起泡原理： • 内因：表面张力降低易于生成气泡---可降低 生成气泡的表面功；可消弱气泡集并的趋势； 可使附加压力减小。 • 外因：表面活性剂在表面的“定向排列”可 阻碍气泡集并，利于泡的稳定。
a2 T
正吸附 负吸附 c2 T
返回
c2 稀溶液a2 c2 / c : 2 RT
上一内容 下一内容 回主目录
６.5.4.3 表面活性剂及其作用
溶液的表面张力与浓度的关系
上一内容 下一内容 回主目录
返回
表面活性剂：
第六章 界面现象
界 面 现 象
雨后的荷叶
(lotus flower after rain)
上一内容
下一内容
回主目录
返回
６.5.4.2 Gibbs吸附等温式
a2 2 , 2 RT 2 T 0, 2 0 a2 T 0, 2 0 a2 T
上一内容
下一内容
回主目录
返回
例
上一内容
下一内容
回主目录
返回
解
上一内容
下一内容
回主目录
返回
解
上一内容
下一内容
回主目录
返回
本章小结
1.表面吉布斯自由能和表面张力
G A T , p ,nB
2.开尔文公式
ln
Pr
2M Pr RT
上一内容 下一内容 回主目录
返回
IV. 乳化作用
• 一种液体在另一种液体中分散的现象称为“乳 化”。表面活性物质是主要的乳化剂。其乳化 作用的原理与起泡原理类似：表面张力降低消 弱液滴集并的趋势；“定向排列”形成的保护 膜可阻止液滴集并。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
V. 洗涤作用
凡能使液体表面张力显著降低的物质称为该液 体的表面活性物质或表面活性剂。 表面非活性剂： 凡能使液体表面张力升高或略为降低的物质称 为该液体的表面非活性物质或表面非活性剂。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
表面活性剂的特征
I. 其σ都比水小很多，溶于水后能使水的σ大 大降低； II. 具有不对称结构---均为两极分子RX：由疏 （憎）水（亲油、亲气）的非极性基R和亲 水的极性基X所组成。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
III. 增溶作用
• 加入表面活性剂（要求其浓度达到或超过 “CMC”以形成胶束）能促使原来难溶于水的 液体（如苯等非极性的C-H化合物）在另一液 体（如水）中易于溶解的现象称为表面活性剂 的增溶作用。 • 增溶原理：胶束的作用---根据“性质相近相溶 原理”，非极性的溶质（如苯等非极性的C-H 化合物）较易溶于胶束内部的非极性的憎水基 （ C-H化合物）集中的地方。
好的洗涤剂必须： • 要有好的润湿性，使污物与固体的粘附功变小 而容易脱落； • 要有起泡和增溶作用，将污物分散； • 并能在洁净的固体表面形成保护膜，防止污物 重新沉积。 这需要若干种表面活性剂协同作用。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
表面活性剂的表面吸附及应用
上一内容
下一内容
回主目录