第八章 界面化学

g s - g g l -s cosq g l-g
杨氏(YoungT)方程
2.润湿现象
润湿是固体表面上的气体被液体取代的过程。
润湿的分类 ：沾湿；浸湿；铺展。
习惯上人们更常用接触角来判断液体对固 体的润湿： 把θ＜90°的情形称为润湿； θ＞90°时称为不润湿；
θ=0°或不存在时称为完全润湿。
间无作用力；
（4）吸附平衡是动态平衡。
讨论：
bp q 1 bp
这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中b称为吸附系数， 它的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。
1.当p很小，或吸附很弱时，bp<<1，q = bp，q
与 p成线性关系。
2.当p很大，或吸附很强时，bp>>1，q =1，q
表示，单位为J· m-2。
g
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。
界面张力及其影响因素
（1）界面张力与物质的本性有关 不同的物质，分子之 间的作用力不同，对界面上的分子影响不同。 （2）温度对界面张力的影响 同一种物质的界面张力
因温度不同而异，当温度升高时物质的体积膨胀，分 子间的距离增加，分子之间的相互作用减弱，所以界 面张力一般随温度的升高而减小。 （3）压力及其他因素对表面张力的影响 一般是使表面
表面，以减小表面分子受力不对称的程度，降低表
面张力及表面吉布斯函数。
固体表面会自发地将气体富集到其表面，使气 体在固体表面的浓度（或密度）不同于气相中的浓 度（或密度）。
在相界面上某种物质的浓度不同于体相浓度的 现象称为吸附(adsorbance)。具有吸附能力的固体物 质称为吸附剂(adsorbent)，被吸附的物质称为吸附 质(adsorbate)。
δW g 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。
表面自由能：
G g ( )T , p As
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
第八章 界面现象
学习要求：
理解界面张力的定义、物理意义；
掌握Laplace方程和Kelvin方程及其应用；
固体表面的吸附重点掌握Langmuir单分子层吸附等 温式； 掌握接触角与润湿作用； 掌握界面吸附、表面过剩及其应用。
表面张力：
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，
常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。
固体表面吸附
1.物理吸附与化学吸附 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。
物理吸附
1.吸附力是范德华引力，一般比较弱。 2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个 kJ/mol以下。 3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体。 4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 5.吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。 总之，物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电 子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重 排等。
与 p无关，吸附已铺满单分子层。
在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力
之间的夹角称为接触角(contact angle)，通常用q 表示。 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。
杨氏(YoungT)方程 接触角的大小可以用实验测量，也可以用 公式计算：
（A）称为正吸附，溶液表面张力不变；
（B）称为正吸附，溶液表面张力降低； （C）称为负吸附，溶液表面张力增加； （D）称为负吸附，溶液表面张力降低
4.同一支玻璃毛细管分别插入25℃和75℃的水中， 则毛细管中的水在不同温度水中上升的高度…（ D ） （A） 相同 (B) 无法确定 (C) 75℃水中高于25℃水中 (D) 25℃水中高于75℃水中 5.．若一球形肥皂泡半径为r，肥皂水溶液的表面张力为γ， 则泡内的附加压力为Δp=（ p 4g）。（用方程式表示）
化学吸附
1.吸附力是化学键力，一般较强。
2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在 40kJ/mol 以上。 3.吸附有选择性。 4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。
5.吸附是单分子层的。
总之，化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附 质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中
会出现新的特征吸收带。
r
6.将一玻璃毛细管分别插入水和汞中， 下列叙述不正确的是：（C ） A. 管内水面为凹球面 B. 管内汞面为凸球面 C.管内汞面与汞平面一致 D.管内水面高于水平面
7. 将一玻璃毛细管垂直插入某液体中，若该液体对毛细管不润湿， 则管内液面呈 凸形 产生的附加压力的方向指向 液体 。
8.弯曲液面可产生附加压力， 若将将一大一小两个肥皂泡用导 管连通， 发生的现象是 C 。 （a） 小泡变大大泡变小至消失 (b) 小泡变大大泡变小至相等 （c） 大泡变大小泡变小至小泡消失 (d) 无变化
2.等温吸附
吸附量的大小，一般用单位质量吸附剂所 吸附气体的物理的量来表示
(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。
V V / m
a
单位
：m g
3
-1
(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。
n n/m
a
单位
：mol g
-1
对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附 平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：
这就是Kelvin公式，式中ρ为密度，M 为摩尔质量。
§10.3
固体表面上的原子或分子与液体一样，表面层
分子受力是不对称的，而且不同于液体表面分子即 固体表面分子几乎是不可以移动的。 固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很 光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。
源自文库
但固体可以从表面的外部空间吸引气体分子到
V f (T , p)
a
通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的
关系，例如：
(1)T=常数，Va = f (p)，得吸附等温线。 (2)p=常数，Va = f (T)，得吸附等压线。
4.朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式
单分子层吸附理论要点：
（1）单分子层吸附；
（2）固体表面是均匀的；
（3）被吸附在固体表面上的分子相互之
典型题：
1.．若固体不能被液体润湿， 则相应的接触角θ（ ＞ ）90°。（选填 ＞，＝ 或 ＜）
2．已知100℃时水的表面张力γ＝58.85mN· m-1，
则100℃水中半径为0.2μm的小气泡的附加压力Δp=（ ）。 588.5kPa 3.溶液表面层对溶质B发生吸附， 若cB (表面浓度) > cB,0 (本体浓度)，则 ( B )
张力下降。
弯曲液面的附加压力
—拉普拉斯方程
把弯曲液面内外的压力差称为附加压力。 对球面： p 2g
p p内 p外
r
附加压力总是指向球面的球心。
微小液滴的饱和蒸气压——开尔文公式
2g pl p ps r
0 l
pr 2g Vm (l) 2g M RT ln( )g p r r
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，单位是N· m-1。
F g 2l
l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度 为2l，g 就是作用于单位边界上的表面张力。
表面功：
在温度、压力不变的条件下，为使液体增加
单位表面时环境所需要对体系作的可逆功，称为
表面功。用公式表示为：