第三講表面熱力學及動力學

1、第三講第三講 表面熱力學及動力學表面熱力學及動力學主要內容主要內容一一表面熱力學表面熱力學二二表面動力學表面動力學一 表面熱力學表面熱力學1.1.液體的表面張力和表面自由能液體的表面張力和表面自由能 表面張力的概念：表面張力的概念： 促使液體表面收縮的力促使液體表面收縮的力 液體表面相鄰兩部分之間，單位長內互相牽引的力。液體表面相鄰兩部分之間，單位長內互相牽引的力。 表面張力表面張力F= F= L L 表面自由能表面自由能dWdW= = dAdA液態(tài)表面能與表面張力在數(shù)學上是液態(tài)表面能與表面張力在數(shù)學上是相等相等的。的。2.2.固體的表面張力和表面自由能固體的表面張力和表面自由能 固體相對液體

2、的特點：固體相對液體的特點： （1 1）具有各向異性。）具有各向異性。 （2 2）表面能的增加不僅與表面大小有關，還與涉）表面能的增加不僅與表面大小有關，還與涉及到的表面斷鍵密度有關。及到的表面斷鍵密度有關。影響固體表面自由能的因素：影響固體表面自由能的因素：（1 1）溫度升高，表面能降低溫度升高，表面能降低。（2 2）晶體取向不同，表面能也不同晶體取向不同，表面能也不同。固體表面能影響表面潤濕、表面吸附等表面過程。固體表面能影響表面潤濕、表面吸附等表面過程。3.3.表面吸附表面吸附吸附作用是固體表面最重要的特征之一。吸附作用是固體表面最重要的特征之一。固體作為吸附劑，被吸附的分子稱為吸附物。

3、固體作為吸附劑，被吸附的分子稱為吸附物。表面吸附可分為物理吸附和化學吸附。表面吸附可分為物理吸附和化學吸附。 物理吸附和化學吸附的區(qū)別：物理吸附和化學吸附的區(qū)別：（1 1）物理吸附的固體表面與被吸附分子之間不發(fā)生電子物理吸附的固體表面與被吸附分子之間不發(fā)生電子的轉移，它們之間靠的轉移，它們之間靠范德華力范德華力結合。而化學吸附的結合。而化學吸附的吸附原子與固體表面原子之間有電子的轉移，二者吸附原子與固體表面原子之間有電子的轉移，二者靠靠化學鍵力化學鍵力結合。結合。（2 2）物理吸附對溫度很敏感，提高溫度容易物理吸附對溫度很敏感，提高溫度容易解吸，所以解吸，所以物理吸附是物理吸附是可逆的可逆的。

4、從熱力學角度講，化學吸附的。從熱力學角度講，化學吸附的自由能減小要比物理吸附大得多，狀態(tài)更自由能減小要比物理吸附大得多，狀態(tài)更穩(wěn)定穩(wěn)定，而，而且是且是不可逆不可逆的過程。的過程。 吸附的基本特性吸附的基本特性： 化學吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面化學吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面發(fā)生化學反應轉化成化學吸附，結合牢固并不可逆。發(fā)生化學反應轉化成化學吸附，結合牢固并不可逆。如氫在鎳表面的吸附。如氫在鎳表面的吸附。4 4潤濕現(xiàn)象及機理潤濕現(xiàn)象及機理 液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤濕。液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤濕。 （1 1）親水物質親水物質 能被水潤濕的材料，如玻璃、石英

5、等；能被水潤濕的材料，如玻璃、石英等； （2 2）疏水材料疏水材料 不能被水潤濕的物質，如石蠟、石墨等。不能被水潤濕的物質，如石蠟、石墨等。機理機理二 表面動力學表面動力學1.1.晶格中原子的熱振動晶格中原子的熱振動 振動振動是原子熱運動的本質。是原子熱運動的本質。 振動破壞了晶格的空間周期規(guī)律性。對固體的熱容、振動破壞了晶格的空間周期規(guī)律性。對固體的熱容、電阻、熱膨脹有影響。電阻、熱膨脹有影響。2.2.表面原子的熱振動表面原子的熱振動 表面振動局域在表面層，具有一定的振動模式。表面振動局域在表面層，具有一定的振動模式。 表面結構呈現(xiàn)表面結構呈現(xiàn)點陣畸變點陣畸變，此外，晶體表面具有無限的，此外，晶體表面具有無