《工科基础化学》表面化学

1、11.5 表面化学（教材表面化学（教材4.7） 1.5.1 界面与表面界面与表面 界面界面是指紧密接触的相与相之间的过渡区是指紧密接触的相与相之间的过渡区（约几（约几个分子厚度）个分子厚度），若其中一相为气体，这种界面通，若其中一相为气体，这种界面通常称为常称为表面表面。 界面上的分子界面上的分子和体相中的分子所处环境不同（即和体相中的分子所处环境不同（即与周围分子间的作用力不对称）与周围分子间的作用力不对称）, 性质也不同性质也不同, 要将分子从体相中移至相界面，就必须对它做功要将分子从体相中移至相界面，就必须对它做功. 常见的界面有常见的界面有：气：气-液界面，气液界面，气-固界面，液固界

2、面，液-液界液界面，液面，液-固界面，固固界面，固-固界面。固界面。2气气- -液界面液界面空气空气4CuSO溶液气气- -液液界面界面3气气- -固界面固界面气气- -固界面固界面4液液- -液界面液界面2H OHg液-液界面5玻璃板玻璃板Hg2H O液液- -固界面固界面液液- -固界面固界面6固固- -固界面固界面铁管铁管CrCr镀镀层层固固- -固界面固界面7界面现象的本质分析界面现象的本质分析（1）液体内部分子所受的力液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密相分子的拉力小（因

3、为气相密度小），度小），所以表面分子受到被所以表面分子受到被拉入体相的作用力。拉入体相的作用力。（2）这种作用力使表面有这种作用力使表面有自自动收缩动收缩到最小的趋势，并使表到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，面层显示出一些独特性质，如如表面张力、表面吸附、毛细现表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等象、过饱和状态等。荷叶表面的水珠收缩呈球形荷叶表面的水珠收缩呈球形821mg 比表面积：比表面积：比表面通常用来比表面通常用来表示物质分散的表示物质分散的程度即分散度程度即分散度，有两种常用的表示方法：，有两种常用的表示方法：smaAm 式中，式中，m和和V分别为物质的质量和体积，分别

4、为物质的质量和体积，As为其总表为其总表面积。面积。1.一种是单位质量的物质所具有的表面积一种是单位质量的物质所具有的表面积2.另一种是单位体积物质所具有的表面积另一种是单位体积物质所具有的表面积单位是ssaAV单位是23mm（3） 比表面积比表面积9分散度与比表面分散度与比表面 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，比表一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。面也越大。 例如，把边长为例如，把边长为1cm的立方体的立方体1cm3逐渐分割成逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：小立方体时，比

5、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 10 从表上可以看出，当将边长为从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分的立方体分割成割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。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 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 102

6、1 6 109 可见达到可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积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。催化方面的研究热点。111.5.2 表面吉布斯能和表面张力表面吉布斯能和表面张力dWA式中式中 为比例系数为比例系数 在温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加在温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统做的功，称为表面功所需要对系统做的功，称为表面功 。用公式表示为：用公式表示为： 在数值上等于在在数值上等于在等等T，等等p及组成恒定及组成恒定的条件下，增的条件下，增加单位表

7、面积时所必须对系统做的加单位表面积时所必须对系统做的可逆非膨胀功。可逆非膨胀功。 由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如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。必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。表面功表面功W12 （1）表面吉布斯能）表面吉布斯能BrT,p,n(dG)WrdWA2J m 在等温、等压和组成不变的条件下，环境对系统在等温、等压和组成不变的条件下，环境对系统做的做的可逆表面功就等于系统吉布斯自由能的增加值可逆表面功就等于

8、系统吉布斯自由能的增加值B, ,T p nGA 保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，积时，Gibbs自由能的增加值称为表面自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，自由能，或简称表面吉布斯能或表面能。或简称表面吉布斯能或表面能。则表面自由能为则表面自由能为单位为13 （1）、表面吉布斯能）、表面吉布斯能 在等温、等压和组成不变的条件下，系统总的在等温、等压和组成不变的条件下，系统总的表面自由能有自发向减小的方向变化趋势表面自由能有自发向减小的方向变化趋势 所以液体表面有所以液体表面有自动收缩的趋势。自动收缩的趋势。 为什么小液滴、小气泡都呈球形？

9、为什么小液滴、小气泡都呈球形？ 相同体积的物质，构成球形时表面积最小，具相同体积的物质，构成球形时表面积最小，具有的总表面自由能最低有的总表面自由能最低。14由于金属框上的肥皂膜的表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张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。拉，直至顶部。2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l例如，将一含有一个活动边框例如，将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。后取出悬挂，活动边在下面。（2）表面张力）表面张力15若在活动边框上挂

10、一重物，使若在活动边框上挂一重物，使重物质量重物质量W2与边框质量与边框质量W1所产生所产生的重力与总的表面张力大小相等方的重力与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。向相反，则金属丝不再滑动。2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2W1W2 l12=()FWWg=这时这时F = 2ll是滑动边的长度，因膜有两个面是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为，所以边界总长度为2l， 就是作就是作用于单位边界上的表面张力用于单位边界上的表面张力。（2）表面张力表面张力16表面张力小实验表面张力小实验 若

11、刺破线圈中央的液膜，线若刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，力立即将线圈绷成一个圆形，如如图，图，清楚的显示出表面张力清楚的显示出表面张力的存在。的存在。 由于以线圈为边界的两边由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，表面张力大小相等方向相反，故线圈成任意形状可在液膜上故线圈成任意形状可在液膜上移动。移动。17（2） 表面张力表面张力 表面张力：表面张力：是沿着与液体表面相切的方向，垂直作用于是沿着与液体表面相切的方向，垂直作用于表面上任意单位长度上，表面上任意单位长度上，使表面收缩的力使表面收缩的力。 实际上，在两相实际

12、上，在两相( (特别是气特别是气- -液液) )界面上，处处存在着一种界面上，处处存在着一种张力，它张力，它垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切切。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 表表示示，单位是单位是Nm-1。 因因 的单位为的单位为 Nm 1 = (Nm)m 2 = Jm 2 ，即，即 具有增具有增加单位面积时对系统作用的功的量纲，故又称加单位面积时对系统作用的功的量纲，故又称表面能表面能。2WdAWl dxdA18（3）影响表面张力的因素）影响表面张力的因素分子间作用力的影响分子间作

13、用力的影响l对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，化学键能的大小，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。 ( (金属键金属键) ( (离子键离子键) ( (极性共价键）极性共价键） ( (非极性共价键非极性共价键) ) 固体物质一般比液体物质具有更高的表面张力固体物质一般比液体物质具有更高的表面张力. .在液在液- -液界面上液界面上, ,两种液体间的界面张力，介于两种两种液体间的界面张力，介于两种液体表面张力之间。液体表面张力之间。19 温度的影响温度的影响 温度升高时物质的体积膨胀温度升高时物质的体积膨胀

14、, 分子间相互作用分子间相互作用减弱减弱, 大多数物质的表面张力减小。大多数物质的表面张力减小。 压力的影响压力的影响 表面张力一般随表面张力一般随压力的增加而下降压力的增加而下降。因为压。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，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。20某些液体、固体的表面张力和液 / 液界面张力T/K物质物质 /(10 3 Nm 1)T/K物质物质 /(10 3

15、 Nm 1)293水水(液液)72.752000W(固固)2900293乙醇乙醇(液液)22.751673Fe(固固)2150293苯苯(液液)28.881808Fe(固固)1880293丙酮丙酮(液液)23.7293Hg(液液)485293正辛醇正辛醇(液液)/水水8.5298NaCl(固固)227293正辛酮正辛酮(液液)27.5298KCl(固固)110293正己烷正己烷(液液)/水水51.1298MgO(固固)1200293正己烷正己烷(液液)18.478CaF2(固固)450293正辛烷正辛烷(液液)/水水50.82.5He(液液)0.308293正辛烷正辛烷(液液)21.8163X

16、e(液液)18.6表中所列均是纯液体、固体，若是多组份系统，表面张力表中所列均是纯液体、固体，若是多组份系统，表面张力 和组成有关和组成有关211.5.3 弯曲液面的性质弯曲液面的性质（1）弯曲液面附加压力的产生弯曲液面附加压力的产生 附加压力附加压力D DP : : 表面张力的作用使弯曲液面内外产生的压力差表面张力的作用使弯曲液面内外产生的压力差。 pl弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力 pgD Dp pgD Dp pl附加压力总是指向液面的曲率中心附加压力总是指向液面的曲率中心, 使使凹面一侧的压力凹面一侧的压力p内内比凸面一侧的比凸面一侧的p外外高。高。 定义定义D Dp = p内内-

17、 p外外, 总是大于零总是大于零。22（2）Yong-Laplace Equation可推导出可推导出杨杨- -拉普拉斯方程拉普拉斯方程: :121211()PPPrrrrD外内若液滴不是球形时， 、 表示液滴的两个主要的曲率半径。 所以， P与 成正比、与r 成反比。 增大，P增大； r 减小，P增大。从而看出：在一定温度下，弯曲液面的附加压力与其表面张力成正比，从而看出：在一定温度下，弯曲液面的附加压力与其表面张力成正比，与液面的曲率半径成反比。与液面的曲率半径成反比。231211()PPPrrD外内对于方程：122, rrrprD若是球面：12, , 0rrp D若是平面：4prD 若是

18、空气中的气泡：2glppr对液体中的气泡：24 将毛细管插入液面后，会发生液面沿毛细管上升将毛细管插入液面后，会发生液面沿毛细管上升(或下或下降降)的现象，称为的现象，称为毛细管现象毛细管现象。(a)液体在毛细管中上升液体在毛细管中上升h(b)液体在毛细管中下降液体在毛细管中下降hP1.5.4 毛细管现象毛细管现象25 产生这种现象的原因是毛细管内的弯曲液面上存在产生这种现象的原因是毛细管内的弯曲液面上存在附加压力附加压力D DP 。以毛细管上升为例，由于以毛细管上升为例，由于D DP指向大气，使得管内凹液面下的液体的指向大气，使得管内凹液面下的液体的承受压力小于管外水平液面下的液体所承受的压

19、力，故液体被压入管承受压力小于管外水平液面下的液体所承受的压力，故液体被压入管内，平衡时，则内，平衡时，则12ghPr D注意：注意：r1是弯曲液面的曲率半径。（不是毛细管半径）是弯曲液面的曲率半径。（不是毛细管半径） g重力加速度重力加速度9.81 m s2（或（或9.81 N kg1）; 液体密度；液体密度；(a)液体在毛细管中上升液体在毛细管中上升h(b)液体在毛细管中下降液体在毛细管中下降hP26附加压力附加压力P与毛细管中液面高度的关系与毛细管中液面高度的关系曲率半径曲率半径r1与与毛细管半径毛细管半径r的关系：的关系： r1=r/cosq如果曲面为球面，则如果曲面为球面，则r1=r

20、。 特殊式：特殊式：P=2g/r=rgh一般式：2 cosq/r=gh2 coshr gq或q qr1rhq q 毛细管上升毛细管上升27例：例： 20时时, 汞的表面张力为汞的表面张力为 485103 Nm 1, 体积质量体积质量 (密度密度) 为为13.5510 3 kgm3. 把内直径为把内直径为 103 m的玻璃管垂直的玻璃管垂直插入汞中插入汞中, 管内汞液面会降低多少管内汞液面会降低多少?已知汞与玻璃的接触角为已知汞与玻璃的接触角为 180, 重力加速度重力加速度 g = 9.81 N kg1. 3143312 cos2485 10N m( 1)5 10m 13.55 10 kg m

21、9.81N kg0.0146mhrgq 2 cosghr管内汞面会降低管内汞面会降低 0.0146 m.281.5.5 弯曲表面上的蒸气压与开尔文公式弯曲表面上的蒸气压与开尔文公式 纯液体的饱和蒸气压与温度和液体压力温度和液体压力有关。微小液滴的蒸气压因附加压力的作用而比普通状态时高。 用用p*和和pr*分别表示平面液体和微小液滴的蒸气压分别表示平面液体和微小液滴的蒸气压, 结合拉普拉斯方程，可推得：结合拉普拉斯方程，可推得：开尔文公式:r2lnpMpRTr29开尔文公式: 对凹液面 (气泡内，毛细管中水的液面),r 0, pr*0 , pr*p*。【可见pr*(凸面) p*(平面) pr*(

22、凹面)】【且曲率半径越小, 偏离程度越大】0.1 1 10 100 1000r / nm123Pr / p曲率半径对水的蒸曲率半径对水的蒸气压的影响气压的影响(25)小液滴小液滴小气泡小气泡平面液体平面液体r2lnpMpRTr关于压差的符号，可以记住这个规律：压力较高关于压差的符号，可以记住这个规律：压力较高的一侧，曲率半径为正。凹液面，曲率半径为负的一侧，曲率半径为正。凹液面，曲率半径为负值，而小滴液等凸液面，曲率半径为正值。值，而小滴液等凸液面，曲率半径为正值。 30 Kelvin公式也可以表示为两种不同曲率半径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，或两种不同大小的液

23、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。颗粒的饱和溶液浓度之比。2121211lnpMRTprrs2121211lnlMcRTcrr对凸面：r取取正值正值，r越小，液滴的蒸汽压越高，越小，液滴的蒸汽压越高， 或小颗粒的溶解度越大。或小颗粒的溶解度越大。对凹面：r取取负值负值，r越小，小蒸汽泡中的蒸汽越小，小蒸汽泡中的蒸汽 压越低。压越低。31（1 1）毛细管凝结）毛细管凝结【对于凹面对于凹面】 在毛细管内，液体如果能润湿管壁，则管内液面呈在毛细管内，液体如果能润湿管壁，则管内液面呈凹形，一定温度下，对于一般平面尚未达到饱和蒸凹形，一定温度下，对于一般平面尚未达到饱和蒸汽压

24、，而对毛细管内凹液面，已经达到饱和或过饱汽压，而对毛细管内凹液面，已经达到饱和或过饱和了，蒸汽开始凝聚为水，称为毛细管凝聚。和了，蒸汽开始凝聚为水，称为毛细管凝聚。 毛细管凝聚在生产上经常起作用，如陶瓷生坯中有毛细管凝聚在生产上经常起作用，如陶瓷生坯中有很多毛细管孔隙，水又润湿生坯，这样水蒸气易在很多毛细管孔隙，水又润湿生坯，这样水蒸气易在毛细管内凝聚，故生坯排出水分需要加温干燥。毛细管内凝聚，故生坯排出水分需要加温干燥。 水泥地面在冬天易冻裂水泥地面在冬天易冻裂【但毛细管内液态水的冰点但毛细管内液态水的冰点随着孔径的减小而降低，抗冻性试验要求在随着孔径的减小而降低，抗冻性试验要求在-18-1

25、8以下以下】，硅胶能吸附空气中的水分等，都是毛细吸，硅胶能吸附空气中的水分等，都是毛细吸附现象。附现象。开尔文公式的应用开尔文公式的应用32开尔文公式的应用开尔文公式的应用NoImage（2）微晶的溶解度）微晶的溶解度【对于凸面对于凸面】s2121211lnlMcRTcrr将开尔文公式结合克劳修斯将开尔文公式结合克劳修斯克拉贝隆方程，可计算克拉贝隆方程，可计算固体颗粒半径对其熔化温度的影响：固体颗粒半径对其熔化温度的影响：002vSMTTTTHrDD开水文公式可用于固体的溶解度：开水文公式可用于固体的溶解度：结论：微小晶粒溶解度大于普通晶体的溶解度。结论：微小晶粒溶解度大于普通晶体的溶解度。（

26、3）微晶的熔点）微晶的熔点【对于凸面对于凸面】式中：式中：T T 、T T0 0 分别为半径为分别为半径为r 的小晶体和大晶体的熔化温度；的小晶体和大晶体的熔化温度； vs晶体表面张力；晶体表面张力；H熔化热；熔化热；结论：微小晶粒熔化温度降低。结论：微小晶粒熔化温度降低。33 综上所述：表面曲率对其蒸气压、溶解综上所述：表面曲率对其蒸气压、溶解度和熔化温度等物理性质有着重要的影响。度和熔化温度等物理性质有着重要的影响。 固体颗粒愈小，表面曲率愈大，则蒸气固体颗粒愈小，表面曲率愈大，则蒸气压和溶解度增高，而熔化温度降低。压和溶解度增高，而熔化温度降低。 弯曲表面的这些效应在以微细粉体作原弯曲表

27、面的这些效应在以微细粉体作原料的材料加工中，无疑将会影响一系列工艺料的材料加工中，无疑将会影响一系列工艺过程和最终产品的性能。过程和最终产品的性能。34 工艺意义工艺意义 喷雾干燥法喷雾干燥法 对于液体：液滴呈凸面，对于液体：液滴呈凸面，r 0，则，则pr*p* ；且且r， pr*，意味着其蒸发速率越快。陶瓷，意味着其蒸发速率越快。陶瓷工业中利用这一原理，开发出喷雾干燥法技工业中利用这一原理，开发出喷雾干燥法技术，用于将泥浆制成干粉料。术，用于将泥浆制成干粉料。 普通方法：普通方法：需经榨泥、烘干、打粉等多道复需经榨泥、烘干、打粉等多道复杂工序；杂工序； 喷雾干燥法：喷雾干燥法：只需用压缩泵将

28、泥浆喷散成雾只需用压缩泵将泥浆喷散成雾状，呈极小液滴，状，呈极小液滴，r 很小，故其表面水分的很小，故其表面水分的饱和蒸汽压很大，水分迅速蒸发，即能快速饱和蒸汽压很大，水分迅速蒸发，即能快速得到干粉料。得到干粉料。 35物物 质质表面张力表面张力（mN/m）曲率半径曲率半径（m）压力差压力差（MPa）石英玻璃石英玻璃300 0.112.3 1.0 1.2310.0 0.123液态钴液态钴（1550）1935 0.1 7.80 1.0 0.7810.0 0.078水（水（15）72 0.1 2.94 1.0 0.29410.0 0.0294固体固体Al2O3（1850）905 0.1 7.4 1

29、.0 0.7410.0 0.074硅酸盐熔体硅酸盐熔体300100 0.006弯曲表面的压力差弯曲表面的压力差36 工艺意义工艺意义粉体烧结的气相传质粉体烧结的气相传质 对于固体：对于固体：固体升华过程与液体蒸发过程相类似固体升华过程与液体蒸发过程相类似。表面曲率。表面曲率1m时，由曲率半径差异引起的压差时，由曲率半径差异引起的压差已十分显著，在高温下足以使微细粉体表面上出已十分显著，在高温下足以使微细粉体表面上出现由凸面蒸发向凹面凝聚的气相传质过程现由凸面蒸发向凹面凝聚的气相传质过程粉粉体烧结传质的一种方法。体烧结传质的一种方法。37 工艺意义工艺意义泥料可塑性及烧结收缩泥料可塑性及烧结收缩

30、 由于毛细管半径很小，则由于表面张力引由于毛细管半径很小，则由于表面张力引起的毛细管引力可达几十起的毛细管引力可达几十kg/cm2压力，造成压力，造成陶瓷泥料可塑性，并推动陶瓷坯体烧结过程进陶瓷泥料可塑性，并推动陶瓷坯体烧结过程进行和形成收缩。行和形成收缩。 毛细管引力与毛细管引力与曲面半径成反比曲面半径成反比而与而与表面张表面张力成正比力成正比。382022-3-241.5.6 亚稳状态亚稳状态亚稳状态: 热力学不完全稳定的状态。按照相平衡条热力学不完全稳定的状态。按照相平衡条件应当相变的物质件应当相变的物质, , 由于初始新相体积极小由于初始新相体积极小, ,具有很大具有很大的比表面积和表

31、面吉布斯函数而难以形成的比表面积和表面吉布斯函数而难以形成, ,系统仍以原系统仍以原相存在相存在, , 处于亚稳状态。处于亚稳状态。392022-3-24 按相平衡条件应当凝结而未凝按相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸气。原因是蒸气不能变成化结的蒸气。原因是蒸气不能变成化学势更高的学势更高的微小液滴微小液滴。 过饱和蒸气的压力超过了相应过饱和蒸气的压力超过了相应温度下通常体积液体的饱和蒸气压温度下通常体积液体的饱和蒸气压, 但仍小于该液体微小液滴的饱和蒸但仍小于该液体微小液滴的饱和蒸气压气压(见图示见图示).p过饱和蒸气的产生过饱和蒸气的产生gT引入凝结中心可使液滴核心易引入凝结中心可使液滴核心易

32、于生成于生成, 减轻过饱和程度减轻过饱和程度(如人工增如人工增雨雨).（1）过饱和蒸气）过饱和蒸气402022-3-24（2） 过热液体过热液体 在表面光洁的容器中加热纯净的液体，当温度升至液体的在表面光洁的容器中加热纯净的液体，当温度升至液体的沸点时，由于液体内生成的微小气泡曲率半径很小，在凹液面沸点时，由于液体内生成的微小气泡曲率半径很小，在凹液面上的附加压力使气泡难以生成，只有继续加热液体，使其蒸汽上的附加压力使气泡难以生成，只有继续加热液体，使其蒸汽压大到和外界压力相等时，液体才会沸腾。这种温度高于沸点压大到和外界压力相等时，液体才会沸腾。这种温度高于沸点但仍不沸腾的液体称作过热液体。

33、但仍不沸腾的液体称作过热液体。过热水的产生过热水的产生373.15Kp(大气大气)h=0.02m在液体中加入少量素烧瓷片或毛细管等物质可大大降低过热的程度.412022-3-24（3） 过冷液体过冷液体pT过冷液体的产生过冷液体的产生气相区气相区TfT f按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体. .原因是原因是新生相微粒新生相微粒具有高具有高表面吉布斯能表面吉布斯能( (高的饱和蒸气压高的饱和蒸气压) )而不能在正常凝固温度下生成。而不能在正常凝固温度下生成。 在过冷液体中投入小晶体作在过冷液体中投入小晶体作为新相的种子为新相的种子, , 剧烈搅拌或用玻剧烈搅拌或

34、用玻棒摩擦器壁可以破坏过冷状态，棒摩擦器壁可以破坏过冷状态，使液体迅速凝固。使液体迅速凝固。422022-3-24（4）过饱和溶液）过饱和溶液:与微小液滴一样与微小液滴一样, 微小晶体的饱微小晶体的饱和蒸气压大于普通晶体。蒸气压与和蒸气压大于普通晶体。蒸气压与溶解度有密切的关系溶解度有密切的关系,微小晶粒具有微小晶粒具有比普通晶体更大的溶解度比普通晶体更大的溶解度。晶体的。晶体的颗粒愈小颗粒愈小, 溶解度愈大。溶解度愈大。(见图见图)pT分散度对溶解度的影响c3c2c10T可知可知, 当溶液浓度达到普通晶体当溶液浓度达到普通晶体的饱和浓度时的饱和浓度时, 相对于微小晶粒还未相对于微小晶粒还未饱

35、和饱和, 微小晶粒就不能从中析出。微小晶粒就不能从中析出。 在一定温度下在一定温度下, 浓度超过饱和浓度浓度超过饱和浓度, 而仍未析出晶体的溶而仍未析出晶体的溶液液. 原因是原因是微小晶粒微小晶粒具有高表面吉布斯函数具有高表面吉布斯函数(高的饱和蒸气压高的饱和蒸气压)而不能在正常饱和浓度下析出。而不能在正常饱和浓度下析出。431.5.7 吸附现象吸附现象 定义定义：流体与固体表面接触时：流体与固体表面接触时, , 流体中某一组分流体中某一组分或多个组分能在固体表面产生积蓄的现象称为或多个组分能在固体表面产生积蓄的现象称为吸吸附附。 本质：通过范德华力或剩余化学键力，使吸附质本质：通过范德华力或

36、剩余化学键力，使吸附质附着于固体表面，降低表面张力。附着于固体表面，降低表面张力。 物理吸附：范德华力作用；可发生在任何固体表物理吸附：范德华力作用；可发生在任何固体表面；是多分子层的吸附；吸附过程可逆。面；是多分子层的吸附；吸附过程可逆。 化学吸附：剩余化学键力作用；是单分子层吸附化学吸附：剩余化学键力作用；是单分子层吸附；吸附过程缓慢且不可逆；化学吸附之前都发生；吸附过程缓慢且不可逆；化学吸附之前都发生物理吸附。物理吸附。44应用实例：应用实例：道路沥青对酸性岩石（石英道路沥青对酸性岩石（石英SiO2）的吸附的吸附道路沥青对碱性岩石（石灰石道路沥青对碱性岩石（石灰石CaCO3）的吸附的吸附

37、45 在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q q表示。g- ls - lg- scosq 接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算：1.5.8 润湿与接触角润湿与接触角(contact angle)46 若接触角接触角q q 90，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面； 若接触角接触角q q 90，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。47 润湿与不润湿在工业中的应用润湿与不润湿在工业中的应用 水泥熟料矿物与水的作用；水泥熟料矿物与水的作用； 减水剂在水泥混凝土中的作用；减水剂在水泥混凝土中的作用； 有机类防水材料的憎水性有机类防水材料的憎水性 乳化剂及乳胶漆乳化剂及乳胶漆 电镀工业电镀工业 矿石浮选矿石浮选481.5.9 表面活性剂表面活性剂 通常指能够通常指能够显著降低显著降低水的表面张力的物质。水的表面张力的物质。 类型类型 阴离子型阴离子型 阳离子型阳离子型 两性离子型两性离子型 非离子型非离子型Na+cl-表面活性剂分子模型图示表面活性剂分子模型图示49 油酸表面活性剂的结构特征COO-CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+50表面活性物质的分子在溶液本体及表面层中的分布：表面活性物质的分子在溶液本体及表面层中的分布：(a)(a)稀溶液稀溶液小型小型胶束胶束