第三讲表面热力学及动力学

1、第三讲第三讲 表面热力学及动力学表面热力学及动力学主要内容主要内容一一表面热力学表面热力学二二表面动力学表面动力学一 表面热力学表面热力学1.1.液体的表面张力和表面自由能液体的表面张力和表面自由能 表面张力的概念：表面张力的概念： 促使液体表面收缩的力促使液体表面收缩的力 液体表面相邻两部分之间，单位长内互相牵引的力。液体表面相邻两部分之间，单位长内互相牵引的力。 表面张力表面张力F= F= L L 表面自由能表面自由能dWdW= = dAdA液态表面能与表面张力在数学上是液态表面能与表面张力在数学上是相等相等的。的。2.2.固体的表面张力和表面自由能固体的表面张力和表面自由能 固体相对液体

2、的特点：固体相对液体的特点： （1 1）具有各向异性。）具有各向异性。 （2 2）表面能的增加不仅与表面大小有关，还与涉）表面能的增加不仅与表面大小有关，还与涉及到的表面断键密度有关。及到的表面断键密度有关。影响固体表面自由能的因素：影响固体表面自由能的因素：（1 1）温度升高，表面能降低温度升高，表面能降低。（2 2）晶体取向不同，表面能也不同晶体取向不同，表面能也不同。固体表面能影响表面润湿、表面吸附等表面过程。固体表面能影响表面润湿、表面吸附等表面过程。3.3.表面吸附表面吸附吸附作用是固体表面最重要的特征之一。吸附作用是固体表面最重要的特征之一。固体作为吸附剂，被吸附的分子称为吸附物。

3、固体作为吸附剂，被吸附的分子称为吸附物。表面吸附可分为物理吸附和化学吸附。表面吸附可分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附和化学吸附的区别：物理吸附和化学吸附的区别：（1 1）物理吸附的固体表面与被吸附分子之间不发生电子物理吸附的固体表面与被吸附分子之间不发生电子的转移，它们之间靠的转移，它们之间靠范德华力范德华力结合。而化学吸附的结合。而化学吸附的吸附原子与固体表面原子之间有电子的转移，二者吸附原子与固体表面原子之间有电子的转移，二者靠靠化学键力化学键力结合。结合。（2 2）物理吸附对温度很敏感，提高温度容易物理吸附对温度很敏感，提高温度容易解吸，所以解吸，所以物理吸附是物理吸附是可逆的可逆的。

4、从热力学角度讲，化学吸附的。从热力学角度讲，化学吸附的自由能减小要比物理吸附大得多，状态更自由能减小要比物理吸附大得多，状态更稳定稳定，而，而且是且是不可逆不可逆的过程。的过程。 吸附的基本特性吸附的基本特性： 化学吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面化学吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面发生化学反应转化成化学吸附，结合牢固并不可逆。发生化学反应转化成化学吸附，结合牢固并不可逆。如氢在镍表面的吸附。如氢在镍表面的吸附。4 4润湿现象及机理润湿现象及机理 液体在固体表面上铺展的现象，称为润湿。液体在固体表面上铺展的现象，称为润湿。 （1 1）亲水物质亲水物质 能被水润湿的材料，如玻璃、石英

5、等；能被水润湿的材料，如玻璃、石英等； （2 2）疏水材料疏水材料 不能被水润湿的物质，如石蜡、石墨等。不能被水润湿的物质，如石蜡、石墨等。机理机理二 表面动力学表面动力学1.1.晶格中原子的热振动晶格中原子的热振动 振动振动是原子热运动的本质。是原子热运动的本质。 振动破坏了晶格的空间周期规律性。对固体的热容、振动破坏了晶格的空间周期规律性。对固体的热容、电阻、热膨胀有影响。电阻、热膨胀有影响。2.2.表面原子的热振动表面原子的热振动 表面振动局域在表面层，具有一定的振动模式。表面振动局域在表面层，具有一定的振动模式。 表面结构呈现表面结构呈现点阵畸变点阵畸变，此外，晶体表面具有无限的，此外，晶体表面具有无