表面物理化学.ppt课件

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二、表面功（surface work）
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：
A m A /m或 A V 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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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1 cm的立方体1 cm3逐渐分割 成小立方体时，比表面增长情况列于下表：
西华师范大学化学化工学院
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主要内容
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能 §13.2 弯曲表面下的附加压力和蒸气压 §13.3 溶液的表面吸附 §13.4 液-液界面的性质 §13.5 膜 §13.6 液-固界面－润湿作用 §13.7 表面活性剂及其作用 §13.8 固体表面的吸附 §13.9 气-固相表面催化反应
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§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
一、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。
222222222222222 lllllllllllllll
由于金属框上的肥皂膜的表 面张力作用，可滑动的边会被向 上拉，直至顶部。
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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
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。
H 2O
液-液
Hg
界面
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(4)液-固界面 Hg
液-固界面
H 2O
玻璃板
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(5)固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
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2.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；
W'dA
为比例系数，它在数值上等于在相应条件下增加单 位表面积时对体系做的可逆非膨胀功。
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三、表面自由能(surface free energy)
根据热力学的观点，在等温等压组成不变的可逆条件下
dG W 'dA
G
A T,p,nB
为此条件下体系增加单位表面积时，Gibbs自由能的 增加值，称为比表面Gibbs自由能，亦简称为表面自由 能，其单位是J· m-2。
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。
1g H2O 呈一球形水滴 10-7 m微小质点
表面积 (m2) 4.84×10-4
6000
表面能(J) 3.5×10-5
434
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4. 掌握Gibbs 吸附等温式的表示形式及各项的物理意义，并能应用该式作简单 计算。
5. 理解什么叫表面活性剂，了解它在表面上作定向排列及降低表面Gibbs自由 能的情况，了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用。
6. 了解液—液、液—固界面的铺展与润湿情况，理解气—固表面的吸附本质 及吸附等温线的主要类型，能解释简单的表面反应动力学，为何在不同的压力 下有不同的反应级数等等。
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。
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常见的界面有： (1)气-液界面
空气
CuSO 4 溶液
气-液 界面
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(2)气-固界面
气-固界面
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(3)液-液界面
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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。
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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7. 了解化学吸附与物理吸附的区别，了解影响固体吸附的主要因素。
8. 了解化学吸附与多相催化反应的关系，了解气—固相表面催化反应速率的 特点及反应机理。
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概述
一、表面和界面 1.表面和界面
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。
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基本要求
1. 明确表面张力和表面Gibbs自由能的概念，了解表面张力与温度的关系。
2. 明确弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，学会使用 Young—Laplace公式 。
3. 了解弯曲表面上的蒸气压与平面相比有何不同，学会使用Kelvin公式，会 用这个基本原理来解释人工降雨、毛细凝聚等常见的表面现象 。
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气相
↙↓↘
↙↓↘
←↖↙↑↓↘↗→
液相
由于表面层分子与本体中分子的受力情况不同， 如果要扩大表面就要把内层分子移到表面上来，这 就要与分子的引力相对抗而消耗一定量的功。
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3.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：
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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 F2l
l 是滑动边的长度，因膜有两个 面，所以边界总长度为2l， 就是 作用于单位边界上的表面张力。
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F=(W1W2)g百度文库