物理化学第七章

dG dA WR ' (1),
G
A或
G A
T,P
(2)
比表面能及表面张力,其中(2)式中比例系数 单位为J/㎡(erg/cm2)
称
比表面能 表面张力
3、影响表面张力因素：T、P、液态物质本性、接界物质本性等， 一般情况： T↑σ↓，P↑σ↓。
ξ7—2润湿现象（Wetting phenomenon）
原子
均相，热力学稳定
离子，小分子 物系，扩散快，能透 过半透膜，形成真溶液
109 m ～ 107 m 高（大)分子 均相，热力学稳定 物系，扩散慢，不能透 过半透膜，形成真溶液
NaCl蔗糖 的水溶液、 混合气体等
聚乙烯醇水液
109 m ～107 m
胶粒（原子或 多相，热力学不稳定 分子的聚集体） 物系，扩散慢，不能透
有内外表面,内表面占主导 o
As =
A V
6 3
L (立方体粒子) r (球形粒子)
单位为m2 / kg, 为比重 : kg / m3
2、表面能及表面张力(surface free energy and surface tension) （1）表面能（界面自由能或表面自由焓）
在定T、P、n（组成）时，可逆扩展表面 (A)dA㎡时对物系所 做的最大表面功,叫表面能,用dG或△G表示：
第七章 表面现象（胶体化学（ຫໍສະໝຸດ Baidu面现象））
（Chapter7 Surface phenomena）(Colloid Chemistry(Interface phenomena))
ξ7—0胶体化学概述
1、胶体:具有高度分散的多相体系(颗粒大小为10-6—10-9m)。
前述主要为溶液体系内部变化,未涉及表面化学现象,今讨论之。 2、胶体分类
与周界垂直. (2)液面为凸面(如小水滴)时,r 0, P 0, P凸 P0, r , P , P方向指向液体内部. (3)液面为凹面(如小气泡)时,r 0, P 0, P凹 P0, r , P ,P方向背向液面. (4)液面为平面时,r=,1r 0,P 0, P平 P0, P0为气相压力或外压 3、毛细管现象(Capillary phenomenon)(简称毛细现象,为△P的应用 之一)当毛细管插入润湿性液体水中时，管内液面呈凹面, △P背向 液面，使液体受到向上提升力而沿管内壁上升,当液柱产生的静压 力ρgh=△P时达平衡时停止；反之，当毛细管插入非润湿性液体 汞中时产生管内凸液面，因△P向下,使管内液面下降至ρgh=△P 达平衡时停止，此为毛细现象。
分散体系
粗分散体系(d>100nm(1000 o A)悬溶液,乳浊液) 胶体分散物系(溶胶,分散相d 1100nm(10 1000
o
A))
高表面自由焓,
热不稳物系
高缔分合子胶溶体液(如(真表溶面液活¸性无剂界)面及界面能) 热力学稳定物系
(附真溶液,溶质d <1nm)热力学稳定物系
（1）按分散相和分散介质的聚集状态分类
或θ=
cos-1
σs-g -σs-l
σl-g
此为杨氏方程
s-g 0 A N s-l
讨论：①当θ=0°即分子=分母时，完全润湿（cosθ=1） ②当θ<90°即分子<分母时,1>>0能润湿（不完全润湿） ③当θ>90°即分子小于0时，不润湿（液滴是球形） ④当θ≥180°时，完全不润湿。
ξ7—3 弯曲液面的附加压力与毛细现象
ξ7—1 表面张力(Surface tension)
1、分散度与比表面 （1）分散度：物质的粉碎程度,分散度越大,颗粒越细,越多,表面积
越大,分散度与表面积关系用比表面表示。 （2）比表面（Specific surface area,用AS 表示）(So)：物质总表面积
A（m2）与该物质总体积V（m3）的比值。
1 r1
1 r2
r (圆柱形液面, r1 r ,
0 平面液面,
r1 r2 r
r2 )
4
r
(气相中气泡如肥皂泡, 有两个球形气-液界面)
r1、r2,为两个互相垂直曲面的曲率半径,1r 为曲率
凸液面:r 0,P 0;凹液面:r 0, P 0. 讨论 : (1)任何曲面产生的P均由上式计算, 方向指向曲率中心, 方向沿曲面切线方向且
1、润湿：凡是液滴在固体表面上铺展成一薄层时叫润湿,否则为不 润湿。用润湿（接触）角θ或润湿热来衡量。
2、润湿角与杨氏方程 (1)润湿角(θ):固液界面水平线与过三相点O的气液界面的切线间 夹角θ叫润湿角。如右图 (2)杨氏方程:当水滴在固体表面铺展平衡时呈一定形状 M l-g
∴cosθ=σs-g -σs-l σl-g
1).体积比表面As =
A V
6 L (立方体粒子)L为长度 3r (球形粒子)r为半径,
As单位为m-1
(证明: 设球粒半径为r,粒子数为n,则As=
n4 r2
n
4 3
r
3
3 r
;
立方体As
=
n6L2 nL3
6 ); r L
, As
,分散度
,如水滴
2).重量比表面多孔性固体的As,单位质量固体的总表面积(化学化工工程上常用),如活性碳,硅胶等
（真溶液：热稳，均相物系，组成，结构，分子量恒定）
4、胶体化学研究内容：表面现象，分散物系及高分子溶液
5、表面：物体处于真空或与本身饱和蒸气达平衡的面。
6、界面：物体与空气或其他物体相接触的面（存在于两相之间 几个nm厚度薄层）
7、表面现象（Surface phenomenon）：凡物质处于凝聚状态时， 其界面上发生的一切物理化学现象。（包括s-g,s-l,l-g,ss,l-l等统称表面）严格讲为界面现象，如：毛细现象，润湿 作用，液体过热，蒸气过饱和，AS 吸附作用S 等统称界面现象 (Interface phenomenon)。
1.弯曲液面的附加压力P
P凸 P (凸面液体,P凸﹑P为凸液面压力( 合力)及气相压力)
Pr
P
P
P
P凹(凹面液体,P凹为凹液面压力( 合力))
0(平面液体)
其中Pr﹑P为内压和外压o
2、Laplace formula (拉普拉斯公式)
即 P与关系式
2
r
(球形液面,
r1 r2 r )
P
分散相 分散介质 名称
气
泡沫
液
液
乳状液
固
悬浮体,液溶胶
气
液
固
固溶胶
固
气
液
气
气溶胶
固
实例 肥皂泡沫 牛奶 泥浆,金溶胶 浮石,泡沫玻璃 珍珠,某些矿石 某些合金
雾 烟
（2）按分散相的分散度分类
类型
分散粒子半径
分散相
性质
举例
低分子 分散物系 高分子化 和物溶液
胶体分散 物系（溶胶）
粗分散 物系
10 9 m
金溶胶，Fe（OH）3
过半透膜，形成真胶体 溶液
> 107 m
粗颗粒
多相，热力学不稳定 物系，扩散慢或不扩散， 混浊泥水， 不能透过半透膜及滤纸 牛奶，豆浆 形成悬浊液或乳状液
3、胶体四大特征：（同溶液相比较）
①聚结不稳定性（热不稳自发聚沉）②多相不均匀性（一相分散 于另一相，有相界面）③高分散性（颗粒大小及胶团量不相同） ④结构组成不确定性（受添加剂或添加物影响）