物理化学 第八章剖析
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r1 r2
r1、r2分别为曲面上两个相互垂直方向上的曲率半径。
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2018/9/2
1.弯曲液面的附加压力
（4）利用△p可解释毛细现象。 当液体能润湿毛细管内壁时，液体在 毛细管内呈凹面， △p方向向上，
毛细管内液面上升。
h
(a) 液体在毛细管中上升
h
当液体不能润湿毛细管内壁时， 液体在毛细管内呈凸面， 毛细管内液面下降。
物理化学多媒体教学课件
第八章 表面物理化学
Chapter 8 Surface Physical Chemistry
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2018/9/2
第八章 表面物理化学
8.1 表面吉布斯自由能 8.2 弯曲液面的特性 8.3 溶液表面吸附 8.4 表面膜 8.5 表面活性物质
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两相界面是指相邻两相间极薄的边界层， 厚度可以是单分子层或几个分子层。
液体－气体 固体－气体 液体－液体 液体－固体 固体－固体
表面（surface)
界面（interface)
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2018/9/2
1.比表面
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： 单位质量的物体所具有的表面积； 单位体积的物体所具有的表面积。
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2018/9/2
第八章 表面物理化学
8.6 胶束 8.7 气-固界面吸附 8.8 液-固界面吸附 8.9 润湿作用
上一内容
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2018/9/2
8.1 表面吉布斯自由能
1. 比表面 2. 比表面自由能和表面张力
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2018/9/2
1.比表面
2 Δp r
（8-5）
拉普拉斯公式
（1）△p的大小与σ成正比，与r成反比， △p=0 对平面：r =∞ r 取正值。 对凸面: pr > p0, △p >0 对凹面: pr < p0, △p <0 r 取负值。 4 Δp r （2）对液泡，泡内外两个液面： 1 1 Δp ( ) （3）若曲面非球面：
锄地 图8-5
上一内容
锄地保墒原理示意图
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2018/9/2
1.弯曲液面的附加压力
在无外力场影响时，自由的液滴或气泡常呈球形。
图8-6
不规则形状液滴上各点的附加压力方向
上一内容
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2.弯曲液面的蒸气压
p0, 平面液体
平衡 μl = μg
G ( )T , p ,n A
dG= σdA
（8-3） 能,单位J· m
称为比表面自由 -2
的物理意义是当T、p及组成恒定时,增加单位表
面积所引起的吉布斯自由能的增量. 为体系的强度性质。σ值与共存的两相性质、T等 有关。 常见物质的σ可从手册查得。
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(b) 液体在毛细管中下降 图8-4 毛细管现象
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2018/9/2
1.弯曲液面的附加压力
如何解释锄地保墒原理？
土壤间隙被认为是一些毛细管，水在其中呈凹 液面。天旱无雨时，农民通过锄地来保持土壤水分， 因为锄地可切断地表的土壤间孔隙(即毛细管)，以 防止土壤中水分沿毛细管进一步上升蒸发。
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2.比表面自由能和表面张力
在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位 长度切线上的表面紧缩力—表面张力，亦用σ 表示： N· m-1 表面张力与比表面自由能数值相等，表示符号亦 相同，但物理意义不同。
σ可从实验上测定，常用的实验方法有：吊环 法、吊片法、最大泡压法等。 一般T升高，液体分子间引力减弱， σ值减小。
蒸气，p0
平衡
μl + dμl = μg + dμg d dGm SmdT Vmdp dl dg , RT T一定时; dl Vm,ldp dg Vm,gdp p dp RTdl np Pr pr Vm,ldp RTdlnp P Vm,ldp p RTdlnp
p Vm,l ( pr p0 ) RTln r p0
0
pr, 半径为r的液滴
蒸气，pr
M 2 pr p0 Δp , Vm, l , r
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8.2 弯曲液面的特性
1. 弯曲液面的附加压力 2. 弯曲液面的蒸气压 3. 亚稳态
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1.弯曲液面的附加压力
p0 A B A
p0
pr B
△p = p r－ p
0
（8-4）
pr
△ p —附加压力
对球形液滴：
V 4 3 πr 3
ΔpdV dA
dV 4πr dr
2
r
pr
A 4πr
2
2
dA 8πrdr
Δp 4πr dr 8πrdr
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2 Δp r
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p0
（8-5） 图8-3 体积功与
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表面吉布斯自由 能
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1.弯曲液面的附加压力
凸面 凹面 图8-2 弯曲液面的附加压力
△ p 的方向为沿曲面法线指向曲面中心。
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1.弯曲液面的附加压力
T，p一定，可逆压缩，小液滴增大dV。 则
δW pr dV p0dV ( pr p0 )dV ΔpdV
pr
δW dG dA,
S0 A A 或 S0 V m
（8-1）
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。
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2.比表面自由能和表面张力
液体内部分子：受力彼此 抵消，所受合力为零。 表面层分子：因气、液两 相密度差别较大，受到一指 向液体内部的合力。
气
B A
l-g
液
温度、压力和组成恒定时，图8-1 分子在液体内部 和表面受力情况 可逆增加表面积，环境对体系 所做的表面功W´与体系表面 W ´= dA （8-2） 积的增加dA成正比 为比例常数
上一内容 下一内容 回主表面自由能和表面张力
W ´= dA （8-2） 定温、定压、可逆： δW ' dG,
r1、r2分别为曲面上两个相互垂直方向上的曲率半径。
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1.弯曲液面的附加压力
（4）利用△p可解释毛细现象。 当液体能润湿毛细管内壁时，液体在 毛细管内呈凹面， △p方向向上，
毛细管内液面上升。
h
(a) 液体在毛细管中上升
h
当液体不能润湿毛细管内壁时， 液体在毛细管内呈凸面， 毛细管内液面下降。
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第八章 表面物理化学
8.1 表面吉布斯自由能 8.2 弯曲液面的特性 8.3 溶液表面吸附 8.4 表面膜 8.5 表面活性物质
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两相界面是指相邻两相间极薄的边界层， 厚度可以是单分子层或几个分子层。
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1.比表面
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： 单位质量的物体所具有的表面积； 单位体积的物体所具有的表面积。
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8.6 胶束 8.7 气-固界面吸附 8.8 液-固界面吸附 8.9 润湿作用
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8.1 表面吉布斯自由能
1. 比表面 2. 比表面自由能和表面张力
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1.比表面
2 Δp r
（8-5）
拉普拉斯公式
（1）△p的大小与σ成正比，与r成反比， △p=0 对平面：r =∞ r 取正值。 对凸面: pr > p0, △p >0 对凹面: pr < p0, △p <0 r 取负值。 4 Δp r （2）对液泡，泡内外两个液面： 1 1 Δp ( ) （3）若曲面非球面：
锄地 图8-5
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1.弯曲液面的附加压力
在无外力场影响时，自由的液滴或气泡常呈球形。
图8-6
不规则形状液滴上各点的附加压力方向
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2.弯曲液面的蒸气压
p0, 平面液体
平衡 μl = μg
G ( )T , p ,n A
dG= σdA
（8-3） 能,单位J· m
称为比表面自由 -2
的物理意义是当T、p及组成恒定时,增加单位表
面积所引起的吉布斯自由能的增量. 为体系的强度性质。σ值与共存的两相性质、T等 有关。 常见物质的σ可从手册查得。
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(b) 液体在毛细管中下降 图8-4 毛细管现象
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1.弯曲液面的附加压力
如何解释锄地保墒原理？
土壤间隙被认为是一些毛细管，水在其中呈凹 液面。天旱无雨时，农民通过锄地来保持土壤水分， 因为锄地可切断地表的土壤间孔隙(即毛细管)，以 防止土壤中水分沿毛细管进一步上升蒸发。
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2.比表面自由能和表面张力
在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位 长度切线上的表面紧缩力—表面张力，亦用σ 表示： N· m-1 表面张力与比表面自由能数值相等，表示符号亦 相同，但物理意义不同。
σ可从实验上测定，常用的实验方法有：吊环 法、吊片法、最大泡压法等。 一般T升高，液体分子间引力减弱， σ值减小。
蒸气，p0
平衡
μl + dμl = μg + dμg d dGm SmdT Vmdp dl dg , RT T一定时; dl Vm,ldp dg Vm,gdp p dp RTdl np Pr pr Vm,ldp RTdlnp P Vm,ldp p RTdlnp
p Vm,l ( pr p0 ) RTln r p0
0
pr, 半径为r的液滴
蒸气，pr
M 2 pr p0 Δp , Vm, l , r
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8.2 弯曲液面的特性
1. 弯曲液面的附加压力 2. 弯曲液面的蒸气压 3. 亚稳态
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1.弯曲液面的附加压力
p0 A B A
p0
pr B
△p = p r－ p
0
（8-4）
pr
△ p —附加压力
对球形液滴：
V 4 3 πr 3
ΔpdV dA
dV 4πr dr
2
r
pr
A 4πr
2
2
dA 8πrdr
Δp 4πr dr 8πrdr
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p0
（8-5） 图8-3 体积功与
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表面吉布斯自由 能
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1.弯曲液面的附加压力
凸面 凹面 图8-2 弯曲液面的附加压力
△ p 的方向为沿曲面法线指向曲面中心。
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1.弯曲液面的附加压力
T，p一定，可逆压缩，小液滴增大dV。 则
δW pr dV p0dV ( pr p0 )dV ΔpdV
pr
δW dG dA,
S0 A A 或 S0 V m
（8-1）
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。
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2.比表面自由能和表面张力
液体内部分子：受力彼此 抵消，所受合力为零。 表面层分子：因气、液两 相密度差别较大，受到一指 向液体内部的合力。
气
B A
l-g
液
温度、压力和组成恒定时，图8-1 分子在液体内部 和表面受力情况 可逆增加表面积，环境对体系 所做的表面功W´与体系表面 W ´= dA （8-2） 积的增加dA成正比 为比例常数
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W ´= dA （8-2） 定温、定压、可逆： δW ' dG,