第一章 界面化学

1、2022-3-13几个基本概念几个基本概念 体系与环境：体系与环境：为了明确讨论的对象，我们将所注意的一为了明确讨论的对象，我们将所注意的一部分物质或空间与其余的物质或空间分开（可以是实际的，部分物质或空间与其余的物质或空间分开（可以是实际的，也可以是想象的）。这部分叫做体系，其余的叫做环境。也可以是想象的）。这部分叫做体系，其余的叫做环境。（封闭、开放、隔离）。对同一问题，限定不同条件，体（封闭、开放、隔离）。对同一问题，限定不同条件，体系的性质就不同。即选择体系具有任意性。但是，体系的系的性质就不同。即选择体系具有任意性。但是，体系的性质一旦选定，在处理问题的过程中就不能变动，否则出性质一

2、旦选定，在处理问题的过程中就不能变动，否则出现矛盾。现矛盾。 状态与状态函数状态与状态函数 平衡（相平衡、化学平衡）平衡（相平衡、化学平衡） 自发过程与非自发过程自发过程与非自发过程水滴水滴乳液粒子乳液粒子表面张力（表面张力（surface tension） 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)(b) 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。表面张力（表面张力（surface te

3、nsion）（a）（b）表面现象及其本质表面现象及其本质u 凝聚态物质与其饱和蒸汽达成平衡时，两相紧密接触、约有几个分子厚度的过渡区称为该物质的表面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，通常将凝聚态与空气之间形成的界面也称为表面。表面和界面表面和界面( (surface and interface) ) 常见的界面有：气-液界面g-l，气-固界面g-s，液-液界面l-l，液-固界面l-s，固-固界面s-s。 表面和界面表面和界面( (surface and interface) )1.气-液界面表面和界面表面和界面( (surface and interface) )2.气-固界面

4、表面和界面表面和界面( (surface and interface) )3.液-液界面表面和界面表面和界面( (surface and interface) )4.液-固界面表面和界面表面和界面( (surface and interface) )5.固-固界面界面现象的本质界面现象的本质对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的同相中的密度不同密度不同；对于多组分体系，则特性来自于；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。界面层的组成与任一相的组成均不相同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是体相内部分

5、子所受四周邻近相同分子的作用力是对称对称的的，各个方向的力彼此抵销；，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质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，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其分子的作用，其作用力未必能相互抵销作用力未必能相互抵销，因此，界面，因此，界面层会显示出一些独特的性质。层会显示出一些独特的性质。表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。界面现象的本质界面现象的本质 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

6、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。比表面（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：/ /mVAA mAA V或式中，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。分散度与比表面分散度与比表面 把物质分散

7、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 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 分散度与比表面分散度与比表面 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。边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6

8、 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 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。纳米颗粒的自烧结机制纳米颗粒的自烧结机制表面张力（表面张力（surface tension）在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面相切。 将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用g 表

9、示，单位是Nm-1。表面张力（表面张力（surface tension） 如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。 这时 2Flg l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l， 就是作用于单位边界上的表面张力。g表面功（表面功（surface work）dWAg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。g 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

10、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：表面自由能表面自由能 (surface free energy)B,)(nVSAUgB,)(nPTAG由此可得： 考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加 dA一项，即：g表面自由能表面自由能 (surface free energy) 广义的表面自由能定义：狭义的表面自由能定义：B, ,()p T nGAg 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。 保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面

11、自由能或表面能，用符号 或 表示，单位为Jm-2。g 表面自由能和表面张力从不同的角度来反映、表面自由能和表面张力从不同的角度来反映、衡量表面上存在的不对称的力，虽然名称和表衡量表面上存在的不对称的力，虽然名称和表达方式不同，但数值是相同的，所以用相同符达方式不同，但数值是相同的，所以用相同符号表示，在使用上也不严格加以区分。号表示，在使用上也不严格加以区分。 是物质的特性，与所处的是物质的特性，与所处的温度、压力、组成温度、压力、组成以及共同存在的以及共同存在的另一相的性质另一相的性质等因素有关。等因素有关。g（1 1）分子间相互作用力的影响）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张

12、力决定于分子间形成的化学键对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，能的大小，一般一般化学键越强，表面张力越大化学键越强，表面张力越大。 两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。（2 2）温度的影响）温度的影响 温度升高，表面张力下降。温度升高，表面张力下降。（3 3）压力的影响）压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力

13、增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。也使表面张力下降。(金属键) (离子键) (极性共价键) (非极性共价键)gggg影响表面张力的因素影响表面张力的因素界面张力与温度的关系界面张力与温度的关系 温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：BBBdddddnAPVTSGg因为运用全微分的性质，可得：BB,)()(nPAnPTTASg一般（T）的实验结果为负，因此表面积增加，熵总是增加的。所以，张力 随T的增加而下降。g界面张力与温度的关系界面张力与温度的关系 Ramsay和S

14、hields提出的 与T的经验式较常用:ggVm2/3 =k（Tc-T-6.0） 式中Vm为摩尔体积，k为普适常数，对非极性液体，k =2.210-7 JK-1 。压力的影响压力的影响压力与表面张力关系的实验研究不易进行，一般说来，压力对表面张力的影响可以从下面三个方面考虑 p增加，两相间密度差减少，减小p增加，气体在液体表面上的吸附使表面能降低（吸附放热），因此减小p增加，气体在液体中的溶解度增大，表面能降低以上三种情况均表明， p增加，减小2022-3-13压力的影响压力的影响但从有关公式可知,T pT AVpAg上式表明，p增加，增加 实验结果是，在某些情况下p增加，减小。这可用气体吸附

15、或溶解来解释，但在另一些情况下，p增加，增加。显然，这与上述解释相反。 可见，压力对表面张力的影响相当复杂，这是因为增加压力必须引入第二组分（如惰性气体），而第二组分又往往会通过吸附或溶解来影响表面张力。当第二级分的吸附或溶解对表面张力的影响远远超过压力本身的作用则往往表现为第一种情况，而当吸附或溶解的影响很小时，则又表面为第二种情况。2022-3-13表面自由能和表面张力的微观解释表面自由能和表面张力的微观解释 由于表面相分子处于一合力指向液体内部的不对称力场之中，因此，表面层分子有离开表面层进入体相的趋势。这一点可从液体表面的自动收缩得以证明。这也说明了处于表面层的分子具有比体相内部的分子

16、更高的能量。 换言之，增加液体的表面积就必须把一定数量的内部分子迁移到表面上，要完成这个过程必须借助于外力做功。因此，体系获得的能量便是表面过剩自由能。可见，构成界面的两相性质不同及分子内存在着相互作用力是产生表面自由能的原因。2022-3-13 液体表面为什么会存在张力是一个长期困扰表面化学家的问题，实际上，表面张力同样是分子间存在相互作用力的结果。 从液体表面的特性来看，表面上的分子比体相内部的分子能量更高，而按照分子分布的规律，表面上的分子的密度将小于内部分子。于是表面分子间的距离较大，因此，表面上的分子沿表面方向存在着侧向引力，距离较大时，吸引力占优势。2022-3-13方法要点1.液

17、体可看成是由一层层分子排列而成。2.形成新表面可看作把液体内部的两层分子从平衡距离r0移开至相距无穷远处的过程。3.体系增加的能量可视为未分开时两部分所有分子间相互吸引能量的总和，可通过加合所有分子对势能而得到2022-3-13公式表达设单位体积中有N个小单元，两小单元间的吸引力符合Vander Waals力的关系，若两个小单元间的距离为（r+x)，则相互作用能为16AUrx 对于只有范德华力的纯液体：42223234hAkTg采用分层的球面积分的方法可算出全部加和的结果2022-3-13设处于与上部液体中的小单元距离为（r+x）和（r+x)+dx之间的下部小单元构成一个壳层，此壳层对上部小单

18、元的吸引能可由下式得到：22621rAUrxNdxrxrx 52 NA xdxrx 整个下部液体对上部小单元的吸引能可以从下式积分得到035326NAANUdxrrxx 2022-3-13最后，加合N个液体截面积为a的小单元与下层液体间的吸引能即两层液体间相互作用能002432612rAN NaN AaUdrrr 由于此过程新生表面面积为2a，形成单位表面积体系能量（外力做功）增值为00222212224sN AaN AUrar2022-3-13由上式算出的应属液体对真空的表面能，实际上与平衡液相接触的是其蒸气，因此，上式应改为：2224LVsNNAUr若代入NL、NV、A 、r数值，则可求得

19、表面张力的值当 NL=NV 时，s=0 ，g=0 关于表面能与表面张力有以下几种说法，关于表面能与表面张力有以下几种说法，判断那个正确，为什么？判断那个正确，为什么？它们是体系的两个热力学变量;它们描述体系的同一性质 ;它们都是指向体系内部的向量;A. 它们是完全相同的一个量; 弯曲表面下的附加压力与蒸气压弯曲表面下的附加压力与蒸气压 弯曲表面下的附加压力1.在平面上2.在凸面上3.在凹面上 Young-Laplace公式 Klvin公式 弯曲表面下的附加压力弯曲表面下的附加压力1.在平面上剖面图液面正面图 研究以AB为直径的一个环作为边界，由于环上每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反

20、，所以没有附加压力。 设当下的大气压力为Po，向上的反作用力也为Po ，附加压力Ps等于零。Ps = Po - Po =0弯曲表面下的附加压力弯曲表面下的附加压力（2）在凸面上：剖面图附加压力示意图 研究以AB为弦长的一个球面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向下的合力。 所有的点产生的总压力为Ps ，称为附加压力。凸面上受的总压力为： Po+ PsPo为大气压力， Ps为附加压力。 弯曲表面下的附加压力弯曲表面下的附加压力（3）在凹面上：剖面图附加压力示意图 研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张

21、力都与凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向上的合力。 所有的点产生的总压力为Ps ，称为附加压力。凹面上向下的总压力为：Po-Ps ，所以凹面上所受的压力比平面上小。Young-Laplace特殊式的推导特殊式的推导(1)在毛细管内充满液体，管端有半径为R 的球状液滴与之平衡。 外压为 p0 ，附加压力为 ps ,液滴所受总压为： p0 + ps PsYoung-Laplace特殊式的推导特殊式的推导2.对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许，使液滴体积增加dV，相应地其表面积增加dA。克服附加压力ps环境所作的功与可逆增加表面积的吉布斯自由能增加应该相等。324 d4

22、d3VRVRR代入得：2sRpgsddp VAg24 d8dARAR RYoung-Laplace 一般式的推导一般式的推导1. 在任意弯曲液面上取小矩形曲面ABCD(红色面)，其面积为xy。曲面边缘AB和BC弧的曲率半径分别为和 。1R2R2. 作曲面的两个相互垂直的正截面，交线Oz为O点的法线。3. 令曲面沿法线方向移动dz ，使曲面扩大到ABCD(蓝色面)，则x与y各增加dx和dy 。Young-Laplace 一般式的推导一般式的推导Young-Laplace 一般式的推导一般式的推导5. 增加dA面积所作的功与克服附加压力Ps增加dV所作的功应该相等，即：(A) d)dd(ddssz

23、xyPxyyxVPAgg4. 移动后曲面面积增加dA和dV为：zxyVxyyxxyyyxxAdddd )d)(d( dYoung-Laplace 一般式的推导一般式的推导6. 根据相似三角形原理可得：222111dd /)d/()d(dd /)d/()d(z/RxyRyzRyyz/RxxRxzRxx化简得化简得7. 将dx,dy代入(A)式,得：)11(21sRRPg8. 如果是球面，:,21则RR 2sRPg杨杨- -拉普拉斯公式拉普拉斯公式 1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对球面）：s2RPg 根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲

24、率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。一般式：)11(21sRRPg弯曲液面附加压力现象弯曲液面附加压力现象u “气蚀”现象u “气塞”现象 注射；高原反应 是指液体在细管状物体内侧，克服地心引力而上升的现象。是指液体在细管状物体内侧，克服地心引力而上升的现象。植物根部植物根部吸收的水吸收的水分能够经由茎内维管束上升，即是毛细现象最常见的例子。分能够经由茎内维管束上升，即是毛细现象最常见的例子。蜡烛蜡烛燃烧时，应用了燃烧时，应用了毛细作用。当液体和固体毛细作用。当液体和固体(管壁管壁)之间的附着力大于液体本身内聚力时，就会产生之间的附

25、着力大于液体本身内聚力时，就会产生毛细现象。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材质物体能吸收液毛细现象。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材质物体能吸收液体皆为此现象所致。体皆为此现象所致。砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象。象。 有些情况下毛细现象是有害的。例如，建筑房屋的时候，在砸实的地基中毛有些情况下毛细现象是有害的。例如，建筑房屋的时候，在砸实的地基中毛细管又多又细，它们会把土壤中的水分引上来，使得室内潮湿。建房时在地基上细管又多又细，它们会把土壤中的水分引上来，使得室内潮湿。建房时在地基上面铺油毡，就是为

26、了防止毛细现象造成的。面铺油毡，就是为了防止毛细现象造成的。 水沿毛细管上升的现象，对农业生产的影响很大。土壤里有很多毛细管，地水沿毛细管上升的现象，对农业生产的影响很大。土壤里有很多毛细管，地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来。如果要保存地下的水分，就应当下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来。如果要保存地下的水分，就应当锄松地面的土壤，破坏土壤表层的毛细管，以减少水分的蒸发。锄松地面的土壤，破坏土壤表层的毛细管，以减少水分的蒸发。附加压力与毛细管中液面高度的关系附加压力与毛细管中液面高度的关系1.曲率半径R与毛细管半径R的关系： R=R/cosq2.ps=2g/R=(rl-rg)g

27、h如果曲面为球面，则R=R。因rlrg所以：ps=2g/R=rlgh一般式：2g cosq/R=rlgh 在在298K时时,将水分散成半径为将水分散成半径为100nm的水珠，计的水珠，计算水珠表面的附加压力（水的表面张力为算水珠表面的附加压力（水的表面张力为0.07214N/m） 解：根据YoungLaplace公式 ps = 2/R = (2 0.07214)/(100 10-9) =1.44 106Pa (11.25 atm) 298K时，将半径为时，将半径为500nm的洁净玻璃管插的洁净玻璃管插入水中，求液面上升的高度。（水在该温入水中，求液面上升的高度。（水在该温度下的表面张力为度下的

28、表面张力为0.07214N/m,密度为密度为1g/ml）,接触角为接触角为0o) 解：h 2 /(Rg) (2 0.07214)/(500 10-9 1000 9.8) 29.4 (m)2022-3-131）液体在地层和纺织品中的流动）液体在地层和纺织品中的流动 原油和水在地层中的流动属液体在不均匀孔径的毛细管原油和水在地层中的流动属液体在不均匀孔径的毛细管中的流动，当忽略重力作用时，由于不同管径的曲率半中的流动，当忽略重力作用时，由于不同管径的曲率半径不同，造成两部分液面的附加压力不同（毛细压差）。径不同，造成两部分液面的附加压力不同（毛细压差）。因此，液体将往附加压力大的方向流动。若要改变

29、其流因此，液体将往附加压力大的方向流动。若要改变其流动方向，必须施加一克服此压力差的力，若采用表面化动方向，必须施加一克服此压力差的力，若采用表面化学方法改变体系表面张力和液面曲率，可以改变体系毛学方法改变体系表面张力和液面曲率，可以改变体系毛细压差以利于实现所要求的流动。细压差以利于实现所要求的流动。这是三次采油的关键这是三次采油的关键问题之一。问题之一。 通常把利用油层能量开采石油称为一次采油；向油层注通常把利用油层能量开采石油称为一次采油；向油层注入水、气，给油层补充能量开采石油称为二次采油；而入水、气，给油层补充能量开采石油称为二次采油；而用化学的物质来改善油、气、水及岩石相互之间的性

30、能，用化学的物质来改善油、气、水及岩石相互之间的性能，开采出更多的石油，称为三次采油。开采出更多的石油，称为三次采油。2022-3-132）纳米压印金属栅格中的毛细现象）纳米压印金属栅格中的毛细现象毛细现象明显，导致线条的间断2022-3-133）压汞法测孔径）压汞法测孔径 水银在一般固体的孔中形成凸液面，欲使水银水银在一般固体的孔中形成凸液面，欲使水银进入固体孔中须克服毛细压差。即进入固体孔中须克服毛细压差。即当当、已知，通过测定毛细压差可计算固体的已知，通过测定毛细压差可计算固体的孔径。如催化剂的孔径测定。孔径。如催化剂的孔径测定。2 cosprgqPrP0PPrPP0弯曲表面上的蒸汽压弯

31、曲表面上的蒸汽压开尔文公式开尔文公式弯曲表面上的蒸汽压弯曲表面上的蒸汽压开尔文公式开尔文公式 对小液滴与蒸汽的平衡，应有相同形式，设气体为理想气体。mmlglg(l)(g)ddTTGGppppmlmg(l)d(g)dVpVplgl,0g,0mlg(l)ddlnppppVpRTpgdlnRTpmm(l)(g) GG液体(T,pl) 饱和蒸汽(T,pg)弯曲表面上的蒸汽压弯曲表面上的蒸汽压开尔文公式开尔文公式g0mllg,0(l)()lnpVppRTpmg02 (l)2 ln()pVMRTpRRggrKelvin公式0llsppp2Rg对凸面，R取正值，R越小，液滴的蒸汽压越高， 或小颗粒的溶解度

32、越大。对凹面，R取负值，R越小，小蒸汽泡中的蒸汽 压越低。mg02 (l)2 ln()pVMRTpRRggr弯曲表面上的蒸汽压弯曲表面上的蒸汽压开尔文公式开尔文公式Kelvin公式也可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比，或两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比。1212112lnRRMppRTrg12s12112lnRRMccRTlrg虽然虽然KelvinKelvin公式是针对两种流体间的界面导出的，公式是针对两种流体间的界面导出的，但已经被成功的应用于固体但已经被成功的应用于固体- -液体界面，解释溶液液体界面，解释溶液中的成核问题、过饱和现象以及结晶陈化等。这中的成核问题、过饱

33、和现象以及结晶陈化等。这时，用浓度代替压力。时，用浓度代替压力。u Kelvin 公式解释的现象公式解释的现象 过饱和蒸汽：人工降雨过饱和蒸汽：人工降雨 过热液体：液体的沸腾过热液体：液体的沸腾 小颗粒的溶解度：小颗粒的溶解度：Ostwald熟化熟化ln(Sr/So)=2M/(RTr) 小颗粒的熔点：低温烧结小颗粒的熔点：低温烧结 ln(Tr/To)=-(Vm,s/fusHm)(2/r)2022-3-13 1）过饱和蒸汽）过饱和蒸汽 恒温下，将未饱和的蒸汽加压，若压力超过该温恒温下，将未饱和的蒸汽加压，若压力超过该温度下液体的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则称该蒸度下液体的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则

34、称该蒸汽为过饱和蒸汽。汽为过饱和蒸汽。 原因：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难成而导致原因：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难成而导致过冷。过冷。 解决办法：引入凝结核心如人工降雨用的解决办法：引入凝结核心如人工降雨用的AgI或或干冰。干冰。2022-3-132）过热液体）过热液体汽化核心汽化核心生成汽泡生成汽泡长大长大脱离壁面脱离壁面新汽新汽泡形成泡形成搅动液层搅动液层 沸腾是液体从内部形成气泡、在液体表面上剧沸腾是液体从内部形成气泡、在液体表面上剧烈汽化的现象。但如果在液体中没有提供气泡的烈汽化的现象。但如果在液体中没有提供气泡的物质存在时，液体在沸点时将无法沸腾。我们将物质存在时，液体在沸点时将无

35、法沸腾。我们将这种按相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的液体，这种按相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的液体，称为过热液体。称为过热液体。3）小颗粒的溶解度（）小颗粒的溶解度（Ostwald熟化）熟化）4）小颗粒的熔点（低熔点特性）小颗粒的熔点（低熔点特性）图图2-10 不同温度下不同温度下Ag/PVP涂层微观形貌：涂层微观形貌：(a) 25, (b) 100, (c) 150, (d) 200, (e) 250, (f) 300 图3-2 Ag/DDA 及Ag/DDT纳米颗粒室温初始状态（a, b）和放置24 h后（c, d）(a)(b)(c)图3-3 Ag/DDA涂层室温下微观形貌变化：（a）初始状态

36、，（b）放置2天，（c）放置4天 u 室温下涂层微观形貌变化u 表面张力的测定方法表面张力的测定方法 毛细升高法毛细升高法 脱环法脱环法 吊片法吊片法 泡压法（最大气泡压力法）泡压法（最大气泡压力法） 滴体积法（滴重法）滴体积法（滴重法） 旋转滴法旋转滴法 etc.1 1）毛细升高法毛细升高法如图，将一洁净的半径为如图，将一洁净的半径为r r的均匀毛细管插入能润湿的均匀毛细管插入能润湿该毛细管的液体中，则由该毛细管的液体中，则由于表面张力所引起的附加于表面张力所引起的附加压力，将使液柱上升，达压力，将使液柱上升，达平衡时，附加压力与液柱平衡时，附加压力与液柱所形成的压力大小相等，所形成的压力大

37、小相等，方向相反方向相反2ghRrg（=0=0）u 表面张力的测定方法表面张力的测定方法1 1）毛细升高法毛细升高法公式的校正公式的校正： Bashforth-AdamsBashforth-Adams渐进法校正方程；渐进法校正方程； RayleighRayleigh校正公式；校正公式； HagenHagen和和DesainsDesains的校正公式；的校正公式；毛细升高法理论完整、方法简单，有足够的测量毛细升高法理论完整、方法简单，有足够的测量精度。常被用作其他相对方法的标准精度。常被用作其他相对方法的标准应用此方法时，除了要有足够精度的恒温装置和应用此方法时，除了要有足够精度的恒温装置和测高

38、仪外，还须注意选择内径均匀的毛细管测高仪外，还须注意选择内径均匀的毛细管u 表面张力的测定方法表面张力的测定方法2 2）脱环法脱环法u 表面张力的测定方法表面张力的测定方法2 2）脱环法脱环法 在图中，水平接触面的圆环（通常用铂环）被提在图中，水平接触面的圆环（通常用铂环）被提拉时将带起一些液体，形成液柱拉时将带起一些液体，形成液柱( (b)b)。环对天平环对天平所施之力由两个部分组成：环本身的重力所施之力由两个部分组成：环本身的重力mgmg和带和带起液体的重力起液体的重力mgmg。mgmg随提起高度增加而增加，但随提起高度增加而增加，但有一极限，超过此值环与液面脱开，此极限值取有一极限，超过

39、此值环与液面脱开，此极限值取决于液体的表面张力和环的尺寸。决于液体的表面张力和环的尺寸。 这是因为外力提起液柱是通过液体表面张力实现这是因为外力提起液柱是通过液体表面张力实现的。因此，最大液柱重力的。因此，最大液柱重力mgmg应与环受到的液体表应与环受到的液体表面张力垂直分量相等。面张力垂直分量相等。u 表面张力的测定方法表面张力的测定方法2 2）脱环法脱环法22 (2 )4()FmgRRrRr ggg其中，其中，R R为环的内半径；为环的内半径；r r为环丝的半径为环丝的半径公式的校正公式的校正：HarkinsHarkins和和JordanJordan校正校正 脱环法操作简单，但由于应用经验

40、的校正系数脱环法操作简单，但由于应用经验的校正系数使方法带有经验性。所得结果受多种不易控制使方法带有经验性。所得结果受多种不易控制的因素的影响。对于溶液，由于液面形成的时的因素的影响。对于溶液，由于液面形成的时间受到限制，所得结果不一定是间受到限制，所得结果不一定是平衡值平衡值 u 表面张力的测定方法表面张力的测定方法3 3）吊片法吊片法（1863年，Wilhelmy首先使用吊片代替环）2()fLdg吊片法是最常用的方法之一。吊片法是最常用的方法之一。完全平衡完全平衡性性是它的突出优点是它的突出优点实验简便，便于自动化记录实验简便，便于自动化记录唯一的要求是液体必须很好润湿吊片唯一的要求是液体必须很好润湿吊片常用吊片：铂金、云母、玻璃常用吊片：铂金、云母、玻璃需打毛，以提高润湿效果需打毛，以提高润湿效果u 表面张力的测定方法表面张力的测定方法4 4）最大气泡压力法最大气泡压力法将毛细管垂直地插入液体将毛细管垂直地插入液体中，其深度为中，其深度为h h。由上端通入。由上端通入气体