粉体的表面物理化学性质

面形态的主要是形成固体表面时的条件以及它所经历的 历史。
4）固体表面能和表面张力的测定非常困难。
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影响固体表面能的各种因素
➢ 表面能与键性：表面能反映的是质点间的引力作用，因 此具有强键力的金属和无机材料表面能较高。
➢ 表面能与温度：随温度升高表面能一般为减小。因为热 运动削弱了质点间的吸引力。
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表面吉布斯函数(surface free energy)
表面吉布斯函数的定义：
G
A p,T ,nB
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积 时，Gibbs函数的增加值称为表面Gibbs函数，或 简称表面自由能或表面能，用符号γ或 表示，单 位为J·m-2。
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表面张力（surface tension）
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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。
➢ 对物质表面张力产生强烈影响的其它组分称为表面活化
剂。
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固体表面能测定方法
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如果刺破线圈中央的液膜，线圈 内侧张力消失，外侧表面张力立即将 (b) 线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 显示出表面张力的存在。
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表面张力（surface tension）
（a）
（b）
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影响表面张力的因素
（1）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成
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表面张力与表面能之间的关系
➢ 单位的关系：J/m2=N·m/m2=N/m ➢ 表面张力与表面自由能在数值上是相等的。 ➢ 对没有外力作用的表面系统，系统总表面能将自发趋向于最低化。 ➢ 而一般固体表面能不等于固体表面张力，其差值与过程的弹性应变
有关。 ➢ 原因为： ➢ —固体是一种刚性物质，其表面质点流动性较差。 ➢ —固体能够承受剪应力的作用，因此可以抵抗表面收缩的趋势。 ➢ —固体的弹性变形行为改变了增加面积的做功过程，不再使表面能
第四章 粉体的表面物理化学性质
➢ 第一节、表面能 ➢ 第二节、表面润湿性 ➢ 第三节 、表面吸附特性
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➢ 物相的表面：接触的两相之间约几个分子厚度的过渡区 所形成的界面，当其中一相为气体时，这种界面通常称 为表面。
➢ ——— 液-气界面；固-气界面
➢ 粉体的表面：粉体中所有集合的固体颗粒的表面。
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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，它垂直于表面的 边界，指向液体方向并与表面相切。
在与液面相切的方向上，垂直作 用于单位长度线段上的紧缩力，称 为表面张力
将一含有一个活动边框的金属线 框架放在肥皂液中，然后取出悬挂， 活动边在下面。由于金属框上的肥 皂膜的表面张wenku.baidu.com作用，可滑动的边 会被向上拉，直至顶部。
的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。
σ(金属键)>σ(离子键)>σ(极性共价键)>σ(非极性共价键)
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。
（2）温度的影响 温度升高，表面张力下降，当达到临 （3）压力的影响 界温度Tc时，界面张力趋向于零。
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增 加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。 另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表 面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。
➢ 粉体的表面物理化学性质：由于表面现象引起粉体，即 颗粒表面发生的一切物理化学现象。
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第一节 表面能
➢ 物质内部的原子因为有周围原子的吸引或排斥，总是保 持在平衡状态。但是，表面原子却处于只由内部原子向 内的吸引的状态。这意味着表面原子与内部原子相比处 于较高的能量状态。这一额外的能量只是在表相区内原 子（或质点）才有，所以叫表面能。
与表面张力在数值上相等。
➢ 如果固体在较高的温度下能表现出足够的质点可移动性，则仍可近 似认为表面能与表面张力在数值上相等。
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表面张力与表面能之间的关系
与液体相比：
1）固体表面能中包含了弹性能，所以表面张力在数值上不 等于表面能。
2）固体表面张力为各项异性。 3）实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态，决定固体表
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子 从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子 之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体 系作的功，称为表面功。用公式表示为：
W dA
式中σ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。
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表面张力（surface tension）
如果在活动边框上挂一重物， 使重物质量W2与边框质量W1所产生 的重力F（F=（W1+W2）g）与总的 表面张力大小相等方向相反，则金 属丝不再滑动。
这时
l是滑动边的长度，因膜有两个面， 所以边界总长度为2，σ就是作用于 单位边界上的表面张力。
➢ 热力学中，又称为表面自由能。
➢ 对于液体，表面自由能在数值上等于液体的表面张力， 其值易测。但是固体不用，虽然原则上可以用其表面张 力来描述，但固体的表面张力不一定等于其表面应力。 这是因为固体是一种刚性物质，流动性很差，能承受剪 应力作用来抵抗表面收缩的趋势。
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表面功（surface work）
➢ 表面能与杂质：
➢ 物质中若含有少量表面张力较小的其它组分，则这些组 分便会在表面层中富积，使该物质表面张力大大减小，
并显著降低该物质表面能；
➢ 物质中若含有少量表面张力较大的其它组分，则这些组 分便倾向于在该物质的体积内部富积，即这些组分在体
内的浓度高于在表面层中的浓度，因为对该物质的表面 张力只有微弱的影响，即对该物质的表面能影响不大。