第8章 表面现象与分散系统

pr
气液平衡：(g) = (l)
( )T: d(g) = d(l) 即dGm(g)= dGm(l)
RTdlnp=Vm(l)dP(l)
表面活性剂
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 13
表面现象 表面张力
Kelvin eq.
纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
RT
pr p
ln
Wr’ =310-3/r=218 kJ 而218 kJ的能量相当于1kg水升温50℃所需的能.对
于1kg水(0.0485m2)，表面能约为3.510-3J。
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附
§8.2 纯液体的表面现象
溶液表面吸附
Surface phenomena of pure liquid
例：打开活塞后，两肥皂泡将如何变化？ 达平衡时怎样？
表面活性剂
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝 12
表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
二、曲率对蒸气压的影响-----Kelvin eq.
( )T: 1mol液体
P
r
P’
(液相) P
P’=P+2/r
(气相) 蒸气压 p
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附
二、表面张力
溶液表面吸附
表面活性剂
单位：Nm-1 物理意义：表面紧缩力。
定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意 单位长度上的紧缩力。
例如：表面为一平面：肥皂水膜 表面为一曲面：
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
表面活性剂
dG SdT VdpdA
(G)T,p dA
S A T , p T A, p U H G TS
S dA
T A, p
U dAT dA
T A,V
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
p
Vm
(l
)P(l)
RT ln
pr p
2
Vm (l) r
ln pr Vm (l)2 2M
p RTr
RTr
注意：
凹（液中气泡）：r取负值，pr < p 凸（小液滴）： r取正值，pr > p
表面活性剂
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
第八章 表面现象与分散系统
表面现象：相与相之间界面上发生的特殊现象 分散系统：具有巨大相界面的系统
表面现象 分散系统
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(一) 表面现象
§8.1 表面自由能与表面张力 §8.2 纯液体的表面现象 §8.3 气体在固体表面上的吸附 §8.4 溶液的表面吸附 §8.5 表面活性剂及其作用
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
一、弯曲液面的附加压力 p＝？
表面活性剂
平面 p=0
凸液面(convex) p指向球心
凹液面(concave) p指向球心
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
p' p p
实验：
p' dV pdV dA
( p' p)dV dA
三、影响表面张力的因素
表面活性剂
1. 物质的种类及共存相的种类（性质）
20℃ /Nm-1
H2O(l) C6H6(l) CCl4(l) 0.0728 0.0289 0.0269
(H2O- C6H6) 0.0326 (H2O-CCl4) 0.045 2. 温度：一般情况下，T，。因分子间引力减弱
如常压下的纯液体：
五、表面自由能（巨大表面系统）
表面活性剂
例1： 20℃，p下，将1kg水分散成10-9m半径的小水滴 需做功多少？已知 =0.0728 Nm-1, =1000 kgm-3
解： Wr’ = A = (A2 – A1) A2 = n 4r2
而 1kg = n × ( 4/3r3 )
n = 2.4 1023个
表面活性剂
例2 已知水在20℃时的表面张力为0.072Nm-1，=
1g cm-3， 0℃时水的饱和蒸气压为610.5Pa。 在
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附
一、表面自由能，比表面能
def
G
----比表面能
A T ,P
溶液表面吸附
表面活性剂
单位：Jm-2 物理意义：
从定义式看，定温定压下，可逆增加单位表面积 引起系统自由能的增量即为比表面能。
：单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额 的吉布斯自由能。
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝
表面活性剂
式中r：曲率半径。 r越大，p越小；平面时r，p=0
注意： 1.不管是凸液面，还是凹液面，附加压力的方向总是
指向球心，即球内的压力一定大于球外的压力； 2. 液膜（肥皂泡）p=4/r
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
§8.1 表面自由能与表面张力
Surface free energy and surface tension 单组分密闭系统：
dG = -SdT + Vdp +wr’ 在等温等压条件下：
(dG)T,p = wr’ = dA 表面功：可逆扩大表面积所做的功
wr’ = dA= (dG)T,p
表面活性剂
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝
ห้องสมุดไป่ตู้
T
A, p
T
G A
T , p A, p
A
G T
A, p T , p
S A T , p
T S A T , p
为温度不变时扩大表面积所吸的热>0
分散系统 溶胶分类 光、力学性质 电性质 溶胶聚沉和絮凝
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附
四、表面热力学
溶液表面吸附
p
dA dV
d (4r 2 ) d (4r3 / 3)
8rdr 4r 2dr
2
r
p 2
r
Young-Laplace equation
表面活性剂
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表面现象 表面张力 纯液体表面现象 气固吸附 溶液表面吸附
Young-Laplace 公式 : p=2/r