液体界面性质

液体界面性质第1页，共25页，2023年，2月20日，星期日第一章液体界面性质1.1表面能与表面性质1.2弯曲表面的现象1.3表面张力的测定1.4表面热力学1.5液体与固体的界面第2页，共25页，2023年，2月20日，星期日本章作为胶体与界面化学基础理论知识，是贯穿全书的重点和难点，要着重理解和掌握表面能、表面张力：含义；异同；附加压力、表面曲率、表面过剩量物理意义；润湿作用、接触角：类型及关系；热力学基本关系式；表面热力学：处理各种界面现象；

Laplace方程；吸附公式等。应用：了解表面张力的各种测定方法。第一章液体界面性质第3页，共25页，2023年，2月20日，星期日憎液溶胶性质特有的分散程度粒子的大小在1－100nm之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。多相不均匀性具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大热力学不稳定性因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。第4页，共25页，2023年，2月20日，星期日胶体胶体是一定分散范围内物质存在的一种状态，而不是物质固有的特性。胶体是高度分散的体系，具有很大的表面积有扩散慢和不能透过半透膜，推断胶体溶液中的质点不是以小分子而是以大粒子形式分散在介质中胶体粒子在重力场重不沉降或沉降速度极慢，推断分散质点不会太大，约1nm-1000nm第5页，共25页，2023年，2月20日，星期日胶体与界面化学的相关性胶体的基本特性：特有的分散程度、多相性、聚结不稳定性研究物质的界面特性——界面化学表面张力、表面能、表面现象、表面吸附、单分子膜、表面润湿等研究一群质点所构成的分散体系的性质：胶体化学

动力性质、电性质、光学性、流变性质、胶体的聚结与稳定性等第6页，共25页，2023年，2月20日，星期日界面（表面）现象（Interface/Surface)两相界面分子具有特殊的性质具有巨大表面积的分散体系，界面分子的性质对体系的性质有巨大的影响GasSolid例子：EAST真空制造系统Surface第7页，共25页，2023年，2月20日，星期日界面/表面界面化学：在分子（原子）尺度上研究界面上的物理和化学过程的科学液体－气体固体－气体表面（Surface）液体－液体固体－液体固体－固体界面（Interface）第8页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面化学表面化学与其它学科的联系生命科学（生物膜及膜模拟化学）能源科学（三次采油、煤的液化、化学电源）材料科学（超细材料、材料的表面改型）信息科学（LB膜，微电子器件）表面化学界面化学的发展1805T.Young提出界面张力概念1806P.S.Laplase表面张力与曲率半径关系1878Gibbs表面吸附方程1916Langmuir固体吸附等温方程式第9页，共25页，2023年，2月20日，星期日仪器技术促进了界面/表面化学的发展表面与界面化学虽是物理化学的传统研究领域,但由于电子能谱、扫描隧道显微镜等新的实验技术的出现,使得表面、界面效应及粒子尺寸效应的知识呈指数上升式的积累,提出了在分子水平上进行基础研究的要求。当前涉及这一领域的研究已成为催化、电化学、胶体化学的前沿课题,并与生命科学、材料科学、环境科学、膜技术及医药学密切相关,是这些相关学科要研究和解决的核心课题之一。第10页，共25页，2023年，2月20日，星期日1.1表面能和表面张力表面分子的受力和能量状态液体表面的分子受到指向液体内部的合力作用。Gas液体表面分子比内部分子具有更高的能量。第11页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面能和表面张力是液体界面最根本的性质；是其它物理、化学性质产生和变化的基本原因和推动力。物质的聚集状态—相态物质通常有g,l,s三种相态当两相共存时g-l,g-s,l-l,l-s,s-s.有五种相界面;g-g共存无界面;人眼看不见气相,常将g-l和g-s两种界面称表面.第12页，共25页，2023年，2月20日，星期日界面层(界面相)分子环境:界面层中的分子与体相内部分子受力不同,表面分子受液体分子对它的向下吸引力比气相分子对它的向上吸引力要大得多,所以表面层分子总是受到指向液体内部的吸引力,它有向液相内部迁移的趋势,因此,液相表面积有自动缩小的倾向。液相(体相)气相(体相)界面层(界面相)几个分子厚度的能量表现液相内部分子移到表面,需要对它做功,表明:使体系的表面积增加,要增加能量,所以体系比较不稳定,为使体系稳定,其表面积尽可能取最小值。液滴现象:在不受外力影响时,液滴总取球形最稳定第13页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面能/比表面能：在等温等压的条件下,可逆地增加单位表(界)面积所做的功,称为表(界)面功。：在等温、等压且体系组成不变的条件下，可逆变化第种组分单位表（界）面积所引起体系Gibbs函数的变化第14页，共25页，2023年，2月20日，星期日热力学函数基本关系式第15页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面能表面能σ：单位表面积表面层的分子比体系内部同样数量的分子所高出的能量值。第16页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面张力表(界)面张力是平行于表面且垂直作用于表面上单位长度线段上的表面紧缩力。(比)表面Gibbs函数和表面张力在数值上是相等的。第17页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面张力与表面能异同表面张力和G.自由能是对于同一表面现象从力学和热力学不同角度的描述。但表述的物理意义不同，前者直观,易应用，后者更反映现象的内涵。在分析各种界面同时存在时的平衡关系，应用表面张力较为方便；在讨论表面热力学时多用表面能的概念。都用σ表示,有相同的量纲。在应用适宜单位(表面张力用mN/m或N/m，表面能用mJ/m2或J/m2时)，数值相同。第18页，共25页，2023年，2月20日，星期日关于表面张力表面张力是由于处于表面层的分子受到“净吸力”的作用而产生的与表面相切，与“净吸力”相互垂直，引起液体表面自动收缩的力。表面张力与表面吉布斯自由能是同一数值的二个不同概念，前者从力学角度，而后者从能量角度讨论界面所存在现象。表面张力是物质的自然属性，与温度、压力、组成以及共存的另一相有关。第19页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面张力的物理意义hσFl用∏形铂丝浸于液面下,然后垂直上拉,液体表面积增加了,但有一种反抗拉力F,它是使液体表面收缩的力.物理学上定义:沿着液体表面,垂直作用于单位长度h的紧缩力σ称表面张力.拉力F对体系所做的功:

所以表面张力既是表面能σ，又是液体表面的收缩力。第20页，共25页，2023年，2月20日，星期日影响纯物质的因素物质本身的性质:极性液体比非极性液体大，固体比液体大与相接触另一相物质有关/Nm-1水正庚烷0.0502苯0.0350汞0.415纯液体的表面张力是指与饱和了其本身蒸汽的空气之间的界面张力。第21页，共25页，2023年，2月20日，星期日大多数固体比液体具有更高的表面能固体NaAgNaClMgO石蜡聚乙烯云母/Nm-10.2000.8000.1901.2000.02540.03312.400第22页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面张力与温度的关系大多数液体的表面张力随温度上升而下降温度升高,分子间距离增大,分子间相互作用力减小,表面张力σ下降.P10图1-3是CCl4的表面张力随温度升高的变化曲线,当温度升至临界温度时,界面逐步消失,σ趋于零.第23页，共25页，2023年，2月20日，星期日表面张力与温度关系Guggenheim方程：有机液体n＝11/9，液态金属n1大致可用R－S方程描述Tc：临