10 界面现象.ppt
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结论： ①γ等于恒T、p下，增加单位面积时系统所增加的吉布
斯函数，也称为比表面吉布斯函数，单位为J·m-2。
② 可知自发降低表面吉布斯函数 dT 、pG < 0 有两种途径
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。
界面特征
两相间的界面并非几何平面，而是具有 一定厚度的界面层－－界面相
体相 α相
界面 相
界面特征：几个分子 厚、结构和性质与两 侧体相均不同
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：
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
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
比表面积
比表面积是衡量系统分散度的物理量。
定义 as ： A s/m
as 比表面积 As 表面积 m物质质量
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。
表面和界面(surface and interface)
常见的界面有： 1.气-液界面
表面和界面(surface and interface)
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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。
2.气-固界面
表面和界面(surface and interface)
3.液-液界面
表面和界面(surface and interface)
4.液-固界面
表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
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；
β相 体相
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。
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。
恒温恒压下增加皂膜面积dA时，力F需对体系所作的 最小功（可逆非体积功）：
wr Fdx2ldx dAs dG
wr/dAs G/AsT,p
G As
T , p,N
dw
' r
dA
F 2l
定义表面吉布斯函数： G(表面) = γA
皂膜在恒T、p下收缩时，即T、p、N恒定时，
dT G ,pdsA A sd
产生表面（界面）现象的原因是什么？
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：
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。
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 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。
界面现象的本质
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：
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。
例如：硅胶，比表面积可达到300～700M2g－1； 活性炭，比表面积可达到1000～2000M2g－1；
自然界中的表面现象举例
1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。 2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹形。 3. 露珠在荷叶、草叶上呈球形。 4. 液体的过热、过冷，溶液的过饱和。
第十章 界面现象
Interface Phenomena
固体表面的吸附 表面活性剂及其作用
液-固界面现象 不溶性表面膜
液体界面的性质
弯曲表面下的附加压力和蒸汽压 表面吉布斯自由能和表面张力
表面和界面(surface and interface)wk.baidu.com
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。
W' dA
式中 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。
（2）表面张 力
肥皂膜
l
无摩擦、可自由活动
dx
现象：
F
若撤去外力F，皂膜自动收缩；
当加大外力F，皂膜面积会增大，且F的大小与长度l成正比。
结论：即液体表面有自动收缩的趋势。
产生原因：
液体表面处处存在着一种使液面紧张的力（紧缩力）。
相同体积的几何形状中，球形的表面积最小。 一定量的液体自其他形状变为球形时，就会伴随面积的缩小
定义：沿着液面垂直作用于单位长度上的紧缩力——表面张力：
F = •2l
• = F /2l
方向：对于平面，沿着平面与液面平行； 对于弯曲液面，应与液面相切。
表面张力（surface tension）
斯函数，也称为比表面吉布斯函数，单位为J·m-2。
② 可知自发降低表面吉布斯函数 dT 、pG < 0 有两种途径
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。
界面特征
两相间的界面并非几何平面，而是具有 一定厚度的界面层－－界面相
体相 α相
界面 相
界面特征：几个分子 厚、结构和性质与两 侧体相均不同
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：
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
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
比表面积
比表面积是衡量系统分散度的物理量。
定义 as ： A s/m
as 比表面积 As 表面积 m物质质量
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。
表面和界面(surface and interface)
常见的界面有： 1.气-液界面
表面和界面(surface and interface)
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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。
2.气-固界面
表面和界面(surface and interface)
3.液-液界面
表面和界面(surface and interface)
4.液-固界面
表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
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；
β相 体相
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。
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。
恒温恒压下增加皂膜面积dA时，力F需对体系所作的 最小功（可逆非体积功）：
wr Fdx2ldx dAs dG
wr/dAs G/AsT,p
G As
T , p,N
dw
' r
dA
F 2l
定义表面吉布斯函数： G(表面) = γA
皂膜在恒T、p下收缩时，即T、p、N恒定时，
dT G ,pdsA A sd
产生表面（界面）现象的原因是什么？
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：
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。
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 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。
界面现象的本质
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：
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。
例如：硅胶，比表面积可达到300～700M2g－1； 活性炭，比表面积可达到1000～2000M2g－1；
自然界中的表面现象举例
1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。 2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹形。 3. 露珠在荷叶、草叶上呈球形。 4. 液体的过热、过冷，溶液的过饱和。
第十章 界面现象
Interface Phenomena
固体表面的吸附 表面活性剂及其作用
液-固界面现象 不溶性表面膜
液体界面的性质
弯曲表面下的附加压力和蒸汽压 表面吉布斯自由能和表面张力
表面和界面(surface and interface)wk.baidu.com
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。
W' dA
式中 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。
（2）表面张 力
肥皂膜
l
无摩擦、可自由活动
dx
现象：
F
若撤去外力F，皂膜自动收缩；
当加大外力F，皂膜面积会增大，且F的大小与长度l成正比。
结论：即液体表面有自动收缩的趋势。
产生原因：
液体表面处处存在着一种使液面紧张的力（紧缩力）。
相同体积的几何形状中，球形的表面积最小。 一定量的液体自其他形状变为球形时，就会伴随面积的缩小
定义：沿着液面垂直作用于单位长度上的紧缩力——表面张力：
F = •2l
• = F /2l
方向：对于平面，沿着平面与液面平行； 对于弯曲液面，应与液面相切。
表面张力（surface tension）