第次表面现象

1、物理化学实验室实验内容： 化学楼1.燃烧热的测定(实验91) B6012.溶液的表面吸附(实验116) B6053.丙酮溴化(实验112) B5014.电泳 (实验118) B5015.液体饱和蒸汽压的测定 (实验93) B6016.电动势的测定及应用 (实验103) B5051.气-液界面空气气-液界面第九章 表面现象 2.气-固界面气-固界面3.液-液界面液-液界面玻璃板液-固界面4.液-固界面5.固-固界面铁管Cr镀层固-固界面界面并不是两相接触的几何面，它有一定的厚度，故有时又将界面称为界面相。 相相界面相界面特征：几个分子厚、结构和性质与两侧体相均不同体相体相二、分散度与比表面 把物

2、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。 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As /V(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 例：体积为1cm3的球型小水滴相差106倍分散(直径为10nm的小液滴)1018倍 与一般系统相比，小颗粒的分散系统有很大的表面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略！表面积： 3.1416cm2表面积： 354.6m

3、2 比表面积：单位体积（或质量）的物质所具有的表面积对于一定量的物质颗粒越小，总表面就愈大，物系的分散度就愈高。只有高度分散的物系，表面现象才能达到可以觉察的程度。 例如：硅胶，比表面积可达到300700M2g1； 活性炭，比表面积可达到10002000M2g1； 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。9-1 表面张力 一、液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数 1、表面现象产生的原因 表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。造成表面分子都有向内缩进的趋势，从而缩小表面积。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并

4、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。 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。 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。（a）（b） ：沿着液体表面垂直作用于单位长度上的紧缩力。 单位为： 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 l 是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边

5、界总长度为2l， 就是作用于单位边界上的表面张力。2、表面张力3、表面功 单位为： 当用外力F 使皂膜面积增大dA时，需克服表面张力作可逆表面功。4、表面吉布斯函数 单位为： 从三个不同的角度可以分别代表三个不同的物理量： 量值和量纲等同，单位均可化为： Nm-1恒温、恒压和各相中各组分的物质的量一定的情况下，由于相界面面积变化所引起的吉布斯函数变。 0为自发过程 当界面张力不变时，界面面积自0至AS 得当系统内有多个界面，若界面i的界面张力为i，界面面积为Asi，则:解释了小液滴聚集，多孔材料吸附，液体对固体的润湿过程等三、影响表面张力的因素 1、物质种类的影响 一般说来，极性液体，有较大的

6、表面张力，而非极性液体的表面张力则较小。金属的物质，分子间以金属键相互作用，表面张力很高；离子键的物质，分子间分别以离子键相互作用。熔盐的表面张力其次； 2. 表面张力与温度的关系 T气相中分子密度降低 液相中分子距离9-2 弯曲液面的附加压力图中（a）液面是水平的，表面张力都作用在同一平面上，它们互相抵消，合力为零。图中（b）凸面液体，其合力指向液体内部，力图使液体的表面积缩小。 若将任何弯曲液面凹面一侧的压力以P内表示，凸面一侧的压力P外表示，则 弯曲液面内外的压力差值P称作附加力， P=P内P外= PlPg图中（c）凹面液体，其合力指则指向液体外部，好像液面要被拉出来，这时的附加压力 P

7、=P内P外= PgPl 弯曲表面上的附加压力1.在平面上 对一小面积AB，沿AB的四周每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力 设向下的大气压力为po，向上的反作用力也为po ，附加压力ps等于零。 弯曲表面上的附加压力2. 在凸面上 由于液面是弯曲的，则沿AB的周界上的表面张力不是水平的，作用于边界的力将有一指向液体内部的合力 所有的点产生的合力和为 ps ，称为附加压力凸面上受的总压力为： 弯曲表面上的附加压力3. 在凹面上 由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面张力不能抵消，作用于边界的力有一指向凹面中心的合力 所有的点产生的合力和为 ps ，称为附加压力凹面上受的总

8、压力为： 弯曲表面上的附加压力 由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体与平面不同，它受到一种附加的压力，附加压力的方向都指向曲面的圆心。 凹面上受的总压力小于平面上的压力凸面上受的总压力大于平面上的压力附加压力的大小与曲率半径有关 例如，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： 对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许相应地其表面积增加dA使液滴体积增加dV 克服附加压力ps所作的功等于可逆增加表面积的Gibbs自由能代入得Young-Laplace 公式附加压力与曲率半径的关系拉普拉斯方程表面张力分为水平分力水平 与垂直分力

9、垂直，水平分力相互平衡，垂直分力指向液体内部， 单位周长的垂直=cos球缺底面圆周长为2r1；垂直分力在圆周上的合力为 F=2r1cos因cos = r1r，球缺底面面积为r 21，故弯曲液面单位水平面上的附加压力（即压强）为称为拉普拉斯方程 说明：该形式的Laplace公式适用于球形液面。 曲面内（凹）的压力大于曲面外（凸）的压力， p0。 r 越小，p 越大；r 越大，p 越小。 对平液面：r ，p0，（并不是= 0） p永远指向曲率半径中心。 1。假若液滴具有不规则的形状，则在表面上的不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，必将迫使液滴呈现球形

10、 自由液滴或气泡通常为何都呈球形 ？ 2。相同体积的物质，球形的表面积最小，则表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状就最稳定 3.润湿与接触角接触角的示意图：毛细现象 在一定温度下，对于一定的液体来说，毛细管的半径愈小，润湿角愈小，液体的密度愈小，则液体在毛细管内上升得愈高。 若液体对毛细管不润湿(90。)， 0，h0，表示管内凸形液面下降的深度。 在一定的温度和大气压力下，半径均匀的毛细管下端，有两个大小不等的圆球形气泡试问在活塞C关闭的情况下，将活塞A、B打开，两气泡内的气体相通之后，将会发生什么现象？并解释其原因弯曲表面上的蒸汽压Kelvin公式Kelvin公式对凸面，r取正值，r越小，液滴的蒸汽压越高；对凹面， r取负值， r越小，小蒸汽泡中的蒸汽压越低。水在玻璃毛细管内形成凹面， r 0， pr p 。对平面未饱和的蒸气，在毛细管内可能已达饱和或过饱和，导致蒸气在毛细管内凝结。毛细管凝结现象：5、亚稳状态及新相的生成 在新相最初生成时，其最初生成新相的颗