第3章-界面化学与表面活性剂基础知识汇总

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2020/10/5
一、表面和界面(surface and interface)
常见的界面有: 1.气-液界面
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一、表面和界面(surface and interface)
2.气-固界面
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一、表面和界面(surface and interface)
3.液-液界面
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肥皂膜
lΒιβλιοθήκη Baidu
无摩擦、可自由活动
dx
F
若用钢丝制成一框架,如上图。一边为可以自由活动的金属
丝,将此金属丝固定后,使框架沾上一层肥皂膜,若放松金属
丝,肥皂膜会自动收缩以减小表面积。
要使膜维持不变,需在金属丝上加一力F,其大小与金属丝 长度 l 成正比,比例系数 。因膜有两个表面,故有:
F 2 l
即 F (8 - 5)
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av /(m2/m3) 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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分散度与比表面
从表上可以看出,当将边长为10-2m的立方体分 割成10-9m的小立方体时,比表面增长了一千万倍。
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积, 因而具有许多独特的表面效应,成为新材料和多相 催化方面的研究热点。
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
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立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av /(m2/m3) 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并 使表面层显示出一些独特性质,如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
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界面现象的本质
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比表面(specific surface area)
比表面通常用来表示物质分散的程度,有两 种常用的表示方法:一种是单位质量的固体所具 有的表面积;另一种是单位体积固体所具有的表 面积。即:
一、表面和界面(surface and interface)
4.液-固界面
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一、表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
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3.1 界面化学概述 通常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关:
汞在光滑的玻璃上呈球形,在玻璃管中呈凸形。
水在光滑的玻璃上完全铺展,在玻璃管中上升,呈凹形。
Am A / m 或 AV A / V
式中,m和V分别为固体的质量和体积,A为其 表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法 和色谱法。
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分散度与比表面
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
把一定大小的物质分割得越小,则分散度越高, 比表面也越大。
例如,把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割 成小立方体时,比表面增长情况列于下表:
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界面现象的本质
表面层分子与内部分子相比,它们所处的环境不同。
体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称 的,各个方向的力彼此抵销;
但是处在界面层的分子,一方面受到体相内相同 物质分子的作用,另一方面受到性质不同的另一相中 物质分子的作用,其作用力未必能相互抵销,因此, 界面层会显示出一些独特的性质。
2l
-表面张力,沿着液体表面,垂直作用于单位长度
线段上的紧缩力,单位N ·m-1
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(a)
(b) 表面张力存在
17
另一方面,当用外力F,使金属丝非常缓慢地向下移动
dx ,皂膜面积增大dAs,则表面张力作可逆表面功:
δ'Wr' Fdx 2 l dx dAs
δWr'
dAs
可理解为:使液体增加单位表面时环境所需作的 可逆功,称比表面功。 单位:J ·m-2。
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。
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界面现象的本质
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力可以 彼此抵销,但表面分子受到体相 分子的拉力大,受到气相分子的 拉力小(因为气相密度低),所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。
第3章 界面化学与表面活性剂
基础知识
一、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。
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。
➢与接触相的性质有关 ➢温度增加,分子之间的作用力减弱,所以
大多数物质的表面张力也都将减小 ➢与溶液的组成有关
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3.2.2 弯曲界面现象
弯曲表面上的附加压力 Young-Laplace 公式 弯曲表面上的蒸气压——Kelvin 公式
T, p, nB( α)
F As
T,V, nB( α)
表面张力、单位面积的表面功、比表面自由焓、 比表面自由能的数值 、量纲等同,但它们有不同的 物理意义,是从不同角度说明同一问题。
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影响表面张力的因素
➢表面张力与物质的本性有关,分子之间的 作用力越大则表面张力也越大. (金属)> (离子)>(极性)>(非极 性)
固体表面会自动吸附其它物质。
微小液滴更易于蒸发。
产生表面(界面)现象的原因
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3.2.1 表面张力和表面能
物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以 气-液表面分子与内部分子受力情况为例,如左下图。
液体内部的任一分子,皆处于同 类分子的包围之中,平均来看,该 分子与周围分子间的吸引力是球形 对称的,各个方向上的力彼此抵消, 其合力为零。然而表面层的分子处 于不对称的环境中。
因为,恒温,恒压下,可逆非体积功,等于系统的吉布斯
函变:
δWr' dGT,p dAs
所以:
G As
T, p
δWr' dAs
F 2l
等于系统增加单位面积时,吉布斯函数的增加,
所以, 也称为比表面自由焓。单位 J ·m-2
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G
As
T, p
δWr' dAs
F 2l
G As
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