第三章表面现象合ppt课件
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p 2
r
说明
r为曲率半径； p1/r；
只适用于球形界面；
说明
曲界面两侧压差，方向会判断
•凸液面
P外 P P内
•凹液面：
R P外
P
P内
曲界面曲心一侧的压力大
例题1
pa
h
P1
P2
R
r
p2
(p a
gh
)
2
r
p1 (pa
gh
)
2
R
p2
p1
第三章 表 面 现 象
界面与表面：
密切接触的两相的过渡区，称为界面，如果其中 一相为气相，称为表面。
气液、气固、液液、液固、固固界面
界面现象： 指发生在界面上的一切物理现象（如吸附、
润湿） 和化学现象（如在固体催化剂表面上 发生催化反应）。
本章内容
1 表面张力 2 曲界面两侧的压力差 3 吸附 4 润湿 5 毛细管现象
三、表面能自动趋于减少的规律
在净吸引力的作用下，表面有自动收缩 的倾向（液体表面就如同一层绷紧了的富于 弹性的橡皮膜，不是很贴切的类比）。
在等温条件下，表面能自动趋于减少。 曲界面压力差、吸附、润湿和毛细管现
象都是该规律起作用的表现。
第二节 曲界面两侧的压力差
曲界面压差的实验证明
单位表面所具有的表面能（能量） 增加单位表面所需要做的功（功） 作用在单位长度表面的力（力）
从力角度理解表面（界面）张力
（1）作用在表面的边界线上； （2）垂直于边界线； （3）指向表面的中心并与表面相切
二、影响表面张力大小的因素
2 压力变高，表面张力变低; 压力对液液界面 张力影响小
对于液体下的一个气泡，半径为r，我们 试图使其半径增加dr，则 体积增加 dV=4r2dr ， 表面积增加 dA= 8rdr ，
此过程作功：
W=pdV=p 4r2dr
膨胀功
曲界面两侧压差公式推导
按照表面能的概念，表面能增加
dA= 8rdr
因此
p 4r2dr= 8rdr
曲界面压差公式推导
σ=72 – 0.5Cb + 0.2 Cb2 式中，σ的单位为mN·m-1，Cb的单位为
饱和吸附
H C H2
C H2
C H2
C H2 C H2
C H2
O
O
S
O
O
2.1nm
0.5nm
十二烷基硫酸钠
分子面积/nm 2
5
(5,4.75)
4
3
2
(13,1.75)
1
(32,1)
(200,0.45) (400,0.39)
(800,0.34)
0 0
200
400
600
800
浓度/(umol/l)
Gibss吸附等温式
CH3CH2COOH
C H3 C H2 C H2 C O O H
一、气液界面上的吸附
HCOOH
亲
油 基
CH3COOH
增
大
CH3CH2COOH
C H3 C H2 C H2 C O O H
亲油 非极性基团
亲水 极性基团
一、气液界面上的吸附
脂肪酸 取代界 面分子 后，净 吸引力
降低
脂肪酸在界面的存在状态决定了降低 界面张力的能力百度文库
二、影响表面张力大小的因素
3 相界面性质 (1) 取决于物质本性
二、影响表面张力大小的因素
3 相界面性质 (2) 取决于相界面性质 (水-空气)=72.0mN/m (水-苯)=32.6mN/m
气体内部
苯内部
水内部
水内部
二、影响表面张力大小的因素
3 相界面性质 (1) 液气与液液 (2) 界面上吸附的物质 表面活性物质 表面活性剂
R2 R1
··C ·B ·A
练 习：推导肥皂泡内外压差计算公式
P大内
P0
4
R大
P小内
P0
4
R小
第三节
吸附
基本概念
吸附：相表面浓度与相内部浓度不同的现象。 正吸附：相表面浓度大于相内部浓度的现象。 负吸附：相表面浓度小于相内部浓度的现象。
基本概念
表面活性物质：产生正吸附从而使表面张力 降低的现象。有机酸、醇、 醛、酮等。
表面惰性物质：产生负吸附从而使表面张力 升高的现象。无机酸、碱、 盐等。
主要内容
一、气液界面上的吸附 二、液液界面上的吸附 三、固体从溶液中吸附
一、气液界面上的吸附
吸附量：单位面积上吸附的物质的量。
脂肪酸的吸附规律
甲酸 乙酸 丙酸
HCOOH
CH3COOH
丁酸
作用：描述吸附量与溶液浓度、表面张 力随浓度变化率的关系。
内容：
cd1 d
RT dc RT dln c
Gibss吸附等温式
cd1 d
RT dc RT dln c
Г -吸附量，mol/m2 C-吸附质在溶液内部的浓度，mol/L R-通用气体常数，N.m/(K.mol) T-热力学温度，K σ-表面张力，N/m
第一节 表面能与表面张力
一、表面张力
1 净吸引力。 2 净吸引力指向液体 内部。 3 克服净吸引力做功。
4 表面能。
Us A
U s A U s A
U s U s 比表面能
A A
单位
J
m 2
Nm
m 2
N m
因此，比表面能又叫表 面张力
说明
1、注意单位的使用
2、d/dc的含义及求法 3、d/dc与吸附量的符号
4、由热力学导出，适应于气液界面和液液 界面（稀溶液）
cd1 d
RT dc RT dln c
cd1 d
RT dc RT dln c
练习
在25C时，乙醇的水溶液的表面张力与其浓 度的关系为（Cb为乙醇的浓度）：
2
(1 r
1 R
)
2
例2
pa p1 r
2
pa p2 R
上两式相减
2 2
p2 p1 r R
由于 p 2 p 1 gh
gh 2 2 rR
h 2 R r
gRr
104页7题
3 12
练习
练 习：推导肥皂泡内外压差计算公式
p2 p1
p2
P1> P2
p1
p2
从能量的角度阐述曲界面两侧压差产生原因：
气泡能否自发形成？
不会
内侧压力
外侧压力
气泡形成的过程，是表面能增大的过程。 要形成气泡，必须对体系做功。
保持p = p1 – p2 ,使气泡膨胀——膨胀功
最终膨胀功 等于表面能的变化
表面能自动趋于减少的规律起作用的结果
从能量角度推导曲界面两侧压差公式：
r
说明
r为曲率半径； p1/r；
只适用于球形界面；
说明
曲界面两侧压差，方向会判断
•凸液面
P外 P P内
•凹液面：
R P外
P
P内
曲界面曲心一侧的压力大
例题1
pa
h
P1
P2
R
r
p2
(p a
gh
)
2
r
p1 (pa
gh
)
2
R
p2
p1
第三章 表 面 现 象
界面与表面：
密切接触的两相的过渡区，称为界面，如果其中 一相为气相，称为表面。
气液、气固、液液、液固、固固界面
界面现象： 指发生在界面上的一切物理现象（如吸附、
润湿） 和化学现象（如在固体催化剂表面上 发生催化反应）。
本章内容
1 表面张力 2 曲界面两侧的压力差 3 吸附 4 润湿 5 毛细管现象
三、表面能自动趋于减少的规律
在净吸引力的作用下，表面有自动收缩 的倾向（液体表面就如同一层绷紧了的富于 弹性的橡皮膜，不是很贴切的类比）。
在等温条件下，表面能自动趋于减少。 曲界面压力差、吸附、润湿和毛细管现
象都是该规律起作用的表现。
第二节 曲界面两侧的压力差
曲界面压差的实验证明
单位表面所具有的表面能（能量） 增加单位表面所需要做的功（功） 作用在单位长度表面的力（力）
从力角度理解表面（界面）张力
（1）作用在表面的边界线上； （2）垂直于边界线； （3）指向表面的中心并与表面相切
二、影响表面张力大小的因素
2 压力变高，表面张力变低; 压力对液液界面 张力影响小
对于液体下的一个气泡，半径为r，我们 试图使其半径增加dr，则 体积增加 dV=4r2dr ， 表面积增加 dA= 8rdr ，
此过程作功：
W=pdV=p 4r2dr
膨胀功
曲界面两侧压差公式推导
按照表面能的概念，表面能增加
dA= 8rdr
因此
p 4r2dr= 8rdr
曲界面压差公式推导
σ=72 – 0.5Cb + 0.2 Cb2 式中，σ的单位为mN·m-1，Cb的单位为
饱和吸附
H C H2
C H2
C H2
C H2 C H2
C H2
O
O
S
O
O
2.1nm
0.5nm
十二烷基硫酸钠
分子面积/nm 2
5
(5,4.75)
4
3
2
(13,1.75)
1
(32,1)
(200,0.45) (400,0.39)
(800,0.34)
0 0
200
400
600
800
浓度/(umol/l)
Gibss吸附等温式
CH3CH2COOH
C H3 C H2 C H2 C O O H
一、气液界面上的吸附
HCOOH
亲
油 基
CH3COOH
增
大
CH3CH2COOH
C H3 C H2 C H2 C O O H
亲油 非极性基团
亲水 极性基团
一、气液界面上的吸附
脂肪酸 取代界 面分子 后，净 吸引力
降低
脂肪酸在界面的存在状态决定了降低 界面张力的能力百度文库
二、影响表面张力大小的因素
3 相界面性质 (1) 取决于物质本性
二、影响表面张力大小的因素
3 相界面性质 (2) 取决于相界面性质 (水-空气)=72.0mN/m (水-苯)=32.6mN/m
气体内部
苯内部
水内部
水内部
二、影响表面张力大小的因素
3 相界面性质 (1) 液气与液液 (2) 界面上吸附的物质 表面活性物质 表面活性剂
R2 R1
··C ·B ·A
练 习：推导肥皂泡内外压差计算公式
P大内
P0
4
R大
P小内
P0
4
R小
第三节
吸附
基本概念
吸附：相表面浓度与相内部浓度不同的现象。 正吸附：相表面浓度大于相内部浓度的现象。 负吸附：相表面浓度小于相内部浓度的现象。
基本概念
表面活性物质：产生正吸附从而使表面张力 降低的现象。有机酸、醇、 醛、酮等。
表面惰性物质：产生负吸附从而使表面张力 升高的现象。无机酸、碱、 盐等。
主要内容
一、气液界面上的吸附 二、液液界面上的吸附 三、固体从溶液中吸附
一、气液界面上的吸附
吸附量：单位面积上吸附的物质的量。
脂肪酸的吸附规律
甲酸 乙酸 丙酸
HCOOH
CH3COOH
丁酸
作用：描述吸附量与溶液浓度、表面张 力随浓度变化率的关系。
内容：
cd1 d
RT dc RT dln c
Gibss吸附等温式
cd1 d
RT dc RT dln c
Г -吸附量，mol/m2 C-吸附质在溶液内部的浓度，mol/L R-通用气体常数，N.m/(K.mol) T-热力学温度，K σ-表面张力，N/m
第一节 表面能与表面张力
一、表面张力
1 净吸引力。 2 净吸引力指向液体 内部。 3 克服净吸引力做功。
4 表面能。
Us A
U s A U s A
U s U s 比表面能
A A
单位
J
m 2
Nm
m 2
N m
因此，比表面能又叫表 面张力
说明
1、注意单位的使用
2、d/dc的含义及求法 3、d/dc与吸附量的符号
4、由热力学导出，适应于气液界面和液液 界面（稀溶液）
cd1 d
RT dc RT dln c
cd1 d
RT dc RT dln c
练习
在25C时，乙醇的水溶液的表面张力与其浓 度的关系为（Cb为乙醇的浓度）：
2
(1 r
1 R
)
2
例2
pa p1 r
2
pa p2 R
上两式相减
2 2
p2 p1 r R
由于 p 2 p 1 gh
gh 2 2 rR
h 2 R r
gRr
104页7题
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练习
练 习：推导肥皂泡内外压差计算公式
p2 p1
p2
P1> P2
p1
p2
从能量的角度阐述曲界面两侧压差产生原因：
气泡能否自发形成？
不会
内侧压力
外侧压力
气泡形成的过程，是表面能增大的过程。 要形成气泡，必须对体系做功。
保持p = p1 – p2 ,使气泡膨胀——膨胀功
最终膨胀功 等于表面能的变化
表面能自动趋于减少的规律起作用的结果
从能量角度推导曲界面两侧压差公式：