《工科基礎(chǔ)化學(xué)》表面化學(xué)(1)

1、11.5 表面化學(xué)（教材表面化學(xué)（教材4.7） 1.5.1 界面與表面界面與表面 界面界面是指緊密接觸的相與相之間的過渡區(qū)是指緊密接觸的相與相之間的過渡區(qū)（約幾（約幾個分子厚度）個分子厚度），若其中一相為氣體，這種界面通，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為常稱為表面表面。 界面上的分子界面上的分子和體相中的分子所處環(huán)境不同（即和體相中的分子所處環(huán)境不同（即與周圍分子間的作用力不對稱）與周圍分子間的作用力不對稱）, 性質(zhì)也不同性質(zhì)也不同, 要將分子從體相中移至相界面，就必須對它做功要將分子從體相中移至相界面，就必須對它做功. 常見的界面有常見的界面有：氣：氣-液界面，氣液界面，氣-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氣氣- -液界面液界面空氣空氣4CuSO溶液氣氣- -液液界面界面3氣氣- -固界面固界面氣氣- -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- -固界面固界面鐵管鐵管CrCr鍍鍍層層固固- -固界面固界面7界面現(xiàn)象的本質(zhì)分析界面現(xiàn)象的本質(zhì)分析（1）液體內(nèi)部分子所受的力液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵銷，但表面分子受可以彼此抵銷，但表面分子受到體相分子的拉力大，受到氣到體相分子的拉力大，受到氣相分子的拉力小（因為氣相密相分子的拉力?。ㄒ?/p>

3、為氣相密度?。刃。?，所以表面分子受到被所以表面分子受到被拉入體相的作用力。拉入體相的作用力。（2）這種作用力使表面有這種作用力使表面有自自動收縮動收縮到最小的趨勢，并使表到最小的趨勢，并使表面層顯示出一些獨特性質(zhì)，面層顯示出一些獨特性質(zhì)，如如表面張力、表面吸附、毛細現(xiàn)表面張力、表面吸附、毛細現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等象、過飽和狀態(tài)等。荷葉表面的水珠收縮呈球形荷葉表面的水珠收縮呈球形821mg 比表面積：比表面積：比表面通常用來比表面通常用來表示物質(zhì)分散的表示物質(zhì)分散的程度即分散度程度即分散度，有兩種常用的表示方法：，有兩種常用的表示方法：smaAm 式中，式中，m和和V分別為物質(zhì)的質(zhì)量和體積，分別

4、為物質(zhì)的質(zhì)量和體積，As為其總表為其總表面積。面積。1.一種是單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積一種是單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積2.另一種是單位體積物質(zhì)所具有的表面積另一種是單位體積物質(zhì)所具有的表面積單位是ssaAV單位是23mm（3） 比表面積比表面積9分散度與比表面分散度與比表面 把物質(zhì)分散成細小微粒的程度稱為分散度。把把物質(zhì)分散成細小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。面也越大。 例如，把邊長為例如，把邊長為1cm的立方體的立方體1cm3逐漸分割成逐漸分割成小立方體時，比表面增長情況列于下表：小立方體時，比

5、表面增長情況列于下表：邊長l/m 立方體數(shù) 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 從表上可以看出，當(dāng)將邊長為從表上可以看出，當(dāng)將邊長為10-2m的立方體分的立方體分割成割成10-9m的小立方體時，比表面增長了一千萬倍。的小立方體時，比表面增長了一千萬倍。邊長l/m 立方體數(shù) 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 可見達到可見達到nm級的超細微粒具有巨大的比表面積級的超細微粒具有巨大的比表面積，因而具有許多獨特的表面效應(yīng)，成為新材料和多相因而具有許多獨特的表面效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點。催化方面的研究熱點。111.5.2 表面吉布斯能和表面張力表面吉布斯能和表面張力dWA式中式中 為比例系數(shù)為比例系數(shù) 在溫度、壓力和組成恒定時，可逆使表面積增加在溫度、壓力和組成恒定時，可逆使表面積增加dA所需要對系統(tǒng)做的功，稱為表面功所需要對系統(tǒng)做的功，稱為表面功 。用公式表示為：用公式表示為： 在數(shù)值上等于在在數(shù)值上等于在等等T，等等p及組成恒定及組成恒定的條件下，增的條件下，增加單位表

7、面積時所必須對系統(tǒng)做的加單位表面積時所必須對系統(tǒng)做的可逆非膨脹功?？赡娣桥蛎浌?。 由于表面層分子的受力情況與本體中不同，因此如由于表面層分子的受力情況與本體中不同，因此如果要把分子從內(nèi)部移到界面，或可逆的增加表面積，就果要把分子從內(nèi)部移到界面，或可逆的增加表面積，就必須克服體系內(nèi)部分子之間的作用力，對體系做功。必須克服體系內(nèi)部分子之間的作用力，對體系做功。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 在等溫、等壓和組成不變的條件下，環(huán)境對系統(tǒng)在等溫、等壓和組成不變的條件下，環(huán)境對系統(tǒng)做的做的可逆表面功就等于系統(tǒng)吉布斯自由能的增加值可逆表面功就等于

8、系統(tǒng)吉布斯自由能的增加值B, ,T p nGA 保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位表面保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位表面積時，積時，Gibbs自由能的增加值稱為表面自由能的增加值稱為表面Gibbs自由能，自由能，或簡稱表面吉布斯能或表面能?；蚝喎Q表面吉布斯能或表面能。則表面自由能為則表面自由能為單位為13 （1）、表面吉布斯能）、表面吉布斯能 在等溫、等壓和組成不變的條件下，系統(tǒng)總的在等溫、等壓和組成不變的條件下，系統(tǒng)總的表面自由能有自發(fā)向減小的方向變化趨勢表面自由能有自發(fā)向減小的方向變化趨勢 所以液體表面有所以液體表面有自動收縮的趨勢。自動收縮的趨勢。 為什么小液滴、小氣泡都呈球形？

9、為什么小液滴、小氣泡都呈球形？ 相同體積的物質(zhì)，構(gòu)成球形時表面積最小，具相同體積的物質(zhì)，構(gòu)成球形時表面積最小，具有的總表面自由能最低有的總表面自由能最低。14由于金屬框上的肥皂膜的表面由于金屬框上的肥皂膜的表面張力作用，可滑動的邊會被向上張力作用，可滑動的邊會被向上拉，直至頂部。拉，直至頂部。2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l例如，將一含有一個活動邊框例如，將一含有一個活動邊框的金屬線框架放在肥皂液中，然的金屬線框架放在肥皂液中，然后取出懸掛，活動邊在下面。后取出懸掛，活動邊在下面。（2）表面張力）表面張力15若在活動邊框上掛

10、一重物，使若在活動邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生所產(chǎn)生的重力與總的表面張力大小相等方的重力與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動。向相反，則金屬絲不再滑動。2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2W1W2 l12=()FWWg=這時這時F = 2ll是滑動邊的長度，因膜有兩個面是滑動邊的長度，因膜有兩個面，所以邊界總長度為，所以邊界總長度為2l， 就是作就是作用于單位邊界上的表面張力用于單位邊界上的表面張力。（2）表面張力表面張力16表面張力小實驗表面張力小實驗 若

11、刺破線圈中央的液膜，線若刺破線圈中央的液膜，線圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張力立即將線圈繃成一個圓形，力立即將線圈繃成一個圓形，如如圖，圖，清楚的顯示出表面張力清楚的顯示出表面張力的存在。的存在。 由于以線圈為邊界的兩邊由于以線圈為邊界的兩邊表面張力大小相等方向相反，表面張力大小相等方向相反，故線圈成任意形狀可在液膜上故線圈成任意形狀可在液膜上移動。移動。17（2） 表面張力表面張力 表面張力：表面張力：是沿著與液體表面相切的方向，垂直作用于是沿著與液體表面相切的方向，垂直作用于表面上任意單位長度上，表面上任意單位長度上，使表面收縮的力使表面收縮的力。 實際上，在兩相實際

12、上，在兩相( (特別是氣特別是氣- -液液) )界面上，處處存在著一種界面上，處處存在著一種張力，它張力，它垂直于表面的邊界，指向液體方向并與表面相垂直于表面的邊界，指向液體方向并與表面相切切。 把作用于單位邊界線上的這種力稱為表面張力，用把作用于單位邊界線上的這種力稱為表面張力，用 表表示示，單位是單位是Nm-1。 因因 的單位為的單位為 Nm 1 = (Nm)m 2 = Jm 2 ，即，即 具有增具有增加單位面積時對系統(tǒng)作用的功的量綱，故又稱加單位面積時對系統(tǒng)作用的功的量綱，故又稱表面能表面能。2WdAWl dxdA18（3）影響表面張力的因素）影響表面張力的因素分子間作用力的影響分子間作

13、用力的影響l對純液體或純固體，表面張力決定于分子間形成的對純液體或純固體，表面張力決定于分子間形成的化學(xué)鍵能的大小，化學(xué)鍵能的大小，一般一般化學(xué)鍵越強，表面張力越大化學(xué)鍵越強，表面張力越大。 ( (金屬鍵金屬鍵) ( (離子鍵離子鍵) ( (極性共價鍵）極性共價鍵） ( (非極性共價鍵非極性共價鍵) ) 固體物質(zhì)一般比液體物質(zhì)具有更高的表面張力固體物質(zhì)一般比液體物質(zhì)具有更高的表面張力. .在液在液- -液界面上液界面上, ,兩種液體間的界面張力，介于兩種兩種液體間的界面張力，介于兩種液體表面張力之間。液體表面張力之間。19 溫度的影響溫度的影響 溫度升高時物質(zhì)的體積膨脹溫度升高時物質(zhì)的體積膨脹

14、, 分子間相互作用分子間相互作用減弱減弱, 大多數(shù)物質(zhì)的表面張力減小。大多數(shù)物質(zhì)的表面張力減小。 壓力的影響壓力的影響 表面張力一般隨表面張力一般隨壓力的增加而下降壓力的增加而下降。因為壓。因為壓力增加，氣相密度增加，表面分子受力不均勻性力增加，氣相密度增加，表面分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)。另外，若是氣相中有別的物質(zhì)，則壓略有好轉(zhuǎn)。另外，若是氣相中有別的物質(zhì)，則壓力增加，促使表面吸附增加，氣體溶解度增加，力增加，促使表面吸附增加，氣體溶解度增加，也使表面張力下降。也使表面張力下降。20某些液體、固體的表面張力和液 / 液界面張力T/K物質(zhì)物質(zhì) /(10 3 Nm 1)T/K物質(zhì)物質(zhì) /(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表中所列均是純液體、固體，若是多組份系統(tǒng)，表面張力表中所列均是純液體、固體，若是多組份系統(tǒng)，表面張力 和組成有關(guān)和組成有關(guān)211.5.3 彎曲液面的性質(zhì)彎曲液面的性質(zhì)（1）彎曲液面附加壓力的產(chǎn)生彎曲液面附加壓力的產(chǎn)生 附加壓力附加壓力D DP : : 表面張力的作用使彎曲液面內(nèi)外產(chǎn)生的壓力差表面張力的作用使彎曲液面內(nèi)外產(chǎn)生的壓力差。 pl彎曲液面的附加壓力彎曲液面的附加壓力 pgD Dp pgD Dp pl附加壓力總是指向液面的曲率中心附加壓力總是指向液面的曲率中心, 使使凹面一側(cè)的壓力凹面一側(cè)的壓力p內(nèi)內(nèi)比凸面一側(cè)的比凸面一側(cè)的p外外高。高。 定義定義D Dp = p內(nèi)內(nèi)-

17、 p外外, 總是大于零總是大于零。22（2）Yong-Laplace Equation可推導(dǎo)出可推導(dǎo)出楊楊- -拉普拉斯方程拉普拉斯方程: :121211()PPPrrrrD外內(nèi)若液滴不是球形時， 、 表示液滴的兩個主要的曲率半徑。 所以， P與 成正比、與r 成反比。 增大，P增大； r 減小，P增大。從而看出：在一定溫度下，彎曲液面的附加壓力與其表面張力成正比，從而看出：在一定溫度下，彎曲液面的附加壓力與其表面張力成正比，與液面的曲率半徑成反比。與液面的曲率半徑成反比。231211()PPPrrD外內(nèi)對于方程：122, rrrprD若是球面：12, , 0rrp D若是平面：4prD 若是

18、空氣中的氣泡：2glppr對液體中的氣泡：24 將毛細管插入液面后，會發(fā)生液面沿毛細管上升將毛細管插入液面后，會發(fā)生液面沿毛細管上升(或下或下降降)的現(xiàn)象，稱為的現(xiàn)象，稱為毛細管現(xiàn)象毛細管現(xiàn)象。(a)液體在毛細管中上升液體在毛細管中上升h(b)液體在毛細管中下降液體在毛細管中下降hP1.5.4 毛細管現(xiàn)象毛細管現(xiàn)象25 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是毛細管內(nèi)的彎曲液面上存在產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是毛細管內(nèi)的彎曲液面上存在附加壓力附加壓力D DP 。以毛細管上升為例，由于以毛細管上升為例，由于D DP指向大氣，使得管內(nèi)凹液面下的液體的指向大氣，使得管內(nèi)凹液面下的液體的承受壓力小于管外水平液面下的液體所承受的壓

19、力，故液體被壓入管承受壓力小于管外水平液面下的液體所承受的壓力，故液體被壓入管內(nèi)，平衡時，則內(nèi)，平衡時，則12ghPr D注意：注意：r1是彎曲液面的曲率半徑。（不是毛細管半徑）是彎曲液面的曲率半徑。（不是毛細管半徑） g重力加速度重力加速度9.81 m s2（或（或9.81 N kg1）; 液體密度；液體密度；(a)液體在毛細管中上升液體在毛細管中上升h(b)液體在毛細管中下降液體在毛細管中下降hP26附加壓力附加壓力P與毛細管中液面高度的關(guān)系與毛細管中液面高度的關(guān)系曲率半徑曲率半徑r1與與毛細管半徑毛細管半徑r的關(guān)系：的關(guān)系： r1=r/cosq如果曲面為球面，則如果曲面為球面，則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 毛細管上升毛細管上升27例：例： 20時時, 汞的表面張力為汞的表面張力為 485103 Nm 1, 體積質(zhì)量體積質(zhì)量 (密度密度) 為為13.5510 3 kgm3. 把內(nèi)直徑為把內(nèi)直徑為 103 m的玻璃管垂直的玻璃管垂直插入汞中插入汞中, 管內(nèi)汞液面會降低多少管內(nèi)汞液面會降低多少?已知汞與玻璃的接觸角為已知汞與玻璃的接觸角為 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管內(nèi)汞面會降低管內(nèi)汞面會降低 0.0146 m.281.5.5 彎曲表面上的蒸氣壓與開爾文公式彎曲表面上的蒸氣壓與開爾文公式 純液體的飽和蒸氣壓與溫度和液體壓力溫度和液體壓力有關(guān)。微小液滴的蒸氣壓因附加壓力的作用而比普通狀態(tài)時高。 用用p*和和pr*分別表示平面液體和微小液滴的蒸氣壓分別表示平面液體和微小液滴的蒸氣壓, 結(jié)合拉普拉斯方程，可推得：結(jié)合拉普拉斯方程，可推得：開爾文公式:r2lnpMpRTr29開爾文公式: 對凹液面 (氣泡內(nèi)，毛細管中水的液面),r 0, pr*0 , pr*p*?！究梢妏r*(凸面) p*(平面) pr*(

22、凹面)】【且曲率半徑越小, 偏離程度越大】0.1 1 10 100 1000r / nm123Pr / p曲率半徑對水的蒸曲率半徑對水的蒸氣壓的影響氣壓的影響(25)小液滴小液滴小氣泡小氣泡平面液體平面液體r2lnpMpRTr關(guān)于壓差的符號，可以記住這個規(guī)律：壓力較高關(guān)于壓差的符號，可以記住這個規(guī)律：壓力較高的一側(cè)，曲率半徑為正。凹液面，曲率半徑為負的一側(cè)，曲率半徑為正。凹液面，曲率半徑為負值，而小滴液等凸液面，曲率半徑為正值。值，而小滴液等凸液面，曲率半徑為正值。 30 Kelvin公式也可以表示為兩種不同曲率半徑公式也可以表示為兩種不同曲率半徑的液滴或蒸汽泡的蒸汽壓之比，或兩種不同大小的液

23、滴或蒸汽泡的蒸汽壓之比，或兩種不同大小顆粒的飽和溶液濃度之比。顆粒的飽和溶液濃度之比。2121211lnpMRTprrs2121211lnlMcRTcrr對凸面：r取取正值正值，r越小，液滴的蒸汽壓越高，越小，液滴的蒸汽壓越高， 或小顆粒的溶解度越大?；蛐☆w粒的溶解度越大。對凹面：r取取負值負值，r越小，小蒸汽泡中的蒸汽越小，小蒸汽泡中的蒸汽 壓越低。壓越低。31（1 1）毛細管凝結(jié)）毛細管凝結(jié)【對于凹面對于凹面】 在毛細管內(nèi)，液體如果能潤濕管壁，則管內(nèi)液面呈在毛細管內(nèi)，液體如果能潤濕管壁，則管內(nèi)液面呈凹形，一定溫度下，對于一般平面尚未達到飽和蒸凹形，一定溫度下，對于一般平面尚未達到飽和蒸汽壓

24、，而對毛細管內(nèi)凹液面，已經(jīng)達到飽和或過飽汽壓，而對毛細管內(nèi)凹液面，已經(jīng)達到飽和或過飽和了，蒸汽開始凝聚為水，稱為毛細管凝聚。和了，蒸汽開始凝聚為水，稱為毛細管凝聚。 毛細管凝聚在生產(chǎn)上經(jīng)常起作用，如陶瓷生坯中有毛細管凝聚在生產(chǎn)上經(jīng)常起作用，如陶瓷生坯中有很多毛細管孔隙，水又潤濕生坯，這樣水蒸氣易在很多毛細管孔隙，水又潤濕生坯，這樣水蒸氣易在毛細管內(nèi)凝聚，故生坯排出水分需要加溫干燥。毛細管內(nèi)凝聚，故生坯排出水分需要加溫干燥。 水泥地面在冬天易凍裂水泥地面在冬天易凍裂【但毛細管內(nèi)液態(tài)水的冰點但毛細管內(nèi)液態(tài)水的冰點隨著孔徑的減小而降低，抗凍性試驗要求在隨著孔徑的減小而降低，抗凍性試驗要求在-18-1

25、8以下以下】，硅膠能吸附空氣中的水分等，都是毛細吸，硅膠能吸附空氣中的水分等，都是毛細吸附現(xiàn)象。附現(xiàn)象。開爾文公式的應(yīng)用開爾文公式的應(yīng)用32開爾文公式的應(yīng)用開爾文公式的應(yīng)用NoImage（2）微晶的溶解度）微晶的溶解度【對于凸面對于凸面】s2121211lnlMcRTcrr將開爾文公式結(jié)合克勞修斯將開爾文公式結(jié)合克勞修斯克拉貝隆方程，可計算克拉貝隆方程，可計算固體顆粒半徑對其熔化溫度的影響：固體顆粒半徑對其熔化溫度的影響：002vSMTTTTHrDD開水文公式可用于固體的溶解度：開水文公式可用于固體的溶解度：結(jié)論：微小晶粒溶解度大于普通晶體的溶解度。結(jié)論：微小晶粒溶解度大于普通晶體的溶解度。（

26、3）微晶的熔點）微晶的熔點【對于凸面對于凸面】式中：式中：T T 、T T0 0 分別為半徑為分別為半徑為r 的小晶體和大晶體的熔化溫度；的小晶體和大晶體的熔化溫度； vs晶體表面張力；晶體表面張力；H熔化熱；熔化熱；結(jié)論：微小晶粒熔化溫度降低。結(jié)論：微小晶粒熔化溫度降低。33 綜上所述：表面曲率對其蒸氣壓、溶解綜上所述：表面曲率對其蒸氣壓、溶解度和熔化溫度等物理性質(zhì)有著重要的影響。度和熔化溫度等物理性質(zhì)有著重要的影響。 固體顆粒愈小，表面曲率愈大，則蒸氣固體顆粒愈小，表面曲率愈大，則蒸氣壓和溶解度增高，而熔化溫度降低。壓和溶解度增高，而熔化溫度降低。 彎曲表面的這些效應(yīng)在以微細粉體作原彎曲表

27、面的這些效應(yīng)在以微細粉體作原料的材料加工中，無疑將會影響一系列工藝料的材料加工中，無疑將會影響一系列工藝過程和最終產(chǎn)品的性能。過程和最終產(chǎn)品的性能。34 工藝意義工藝意義 噴霧干燥法噴霧干燥法 對于液體：液滴呈凸面，對于液體：液滴呈凸面，r 0，則，則pr*p* ；且且r， pr*，意味著其蒸發(fā)速率越快。陶瓷，意味著其蒸發(fā)速率越快。陶瓷工業(yè)中利用這一原理，開發(fā)出噴霧干燥法技工業(yè)中利用這一原理，開發(fā)出噴霧干燥法技術(shù)，用于將泥漿制成干粉料。術(shù)，用于將泥漿制成干粉料。 普通方法：普通方法：需經(jīng)榨泥、烘干、打粉等多道復(fù)需經(jīng)榨泥、烘干、打粉等多道復(fù)雜工序；雜工序； 噴霧干燥法：噴霧干燥法：只需用壓縮泵將

28、泥漿噴散成霧只需用壓縮泵將泥漿噴散成霧狀，呈極小液滴，狀，呈極小液滴，r 很小，故其表面水分的很小，故其表面水分的飽和蒸汽壓很大，水分迅速蒸發(fā)，即能快速飽和蒸汽壓很大，水分迅速蒸發(fā)，即能快速得到干粉料。得到干粉料。 35物物 質(zhì)質(zhì)表面張力表面張力（mN/m）曲率半徑曲率半徑（m）壓力差壓力差（MPa）石英玻璃石英玻璃300 0.112.3 1.0 1.2310.0 0.123液態(tài)鈷液態(tài)鈷（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固體固體Al2O3（1850）905 0.1 7.4 1

29、.0 0.7410.0 0.074硅酸鹽熔體硅酸鹽熔體300100 0.006彎曲表面的壓力差彎曲表面的壓力差36 工藝意義工藝意義粉體燒結(jié)的氣相傳質(zhì)粉體燒結(jié)的氣相傳質(zhì) 對于固體：對于固體：固體升華過程與液體蒸發(fā)過程相類似固體升華過程與液體蒸發(fā)過程相類似。表面曲率。表面曲率1m時，由曲率半徑差異引起的壓差時，由曲率半徑差異引起的壓差已十分顯著，在高溫下足以使微細粉體表面上出已十分顯著，在高溫下足以使微細粉體表面上出現(xiàn)由凸面蒸發(fā)向凹面凝聚的氣相傳質(zhì)過程現(xiàn)由凸面蒸發(fā)向凹面凝聚的氣相傳質(zhì)過程粉粉體燒結(jié)傳質(zhì)的一種方法。體燒結(jié)傳質(zhì)的一種方法。37 工藝意義工藝意義泥料可塑性及燒結(jié)收縮泥料可塑性及燒結(jié)收縮

30、 由于毛細管半徑很小，則由于表面張力引由于毛細管半徑很小，則由于表面張力引起的毛細管引力可達幾十起的毛細管引力可達幾十kg/cm2壓力，造成壓力，造成陶瓷泥料可塑性，并推動陶瓷坯體燒結(jié)過程進陶瓷泥料可塑性，并推動陶瓷坯體燒結(jié)過程進行和形成收縮。行和形成收縮。 毛細管引力與毛細管引力與曲面半徑成反比曲面半徑成反比而與而與表面張表面張力成正比力成正比。382022-2-241.5.6 亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài): 熱力學(xué)不完全穩(wěn)定的狀態(tài)。按照相平衡條熱力學(xué)不完全穩(wěn)定的狀態(tài)。按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)相變的物質(zhì)件應(yīng)當(dāng)相變的物質(zhì), , 由于初始新相體積極小由于初始新相體積極小, ,具有很大具有很大的比表面積和表

31、面吉布斯函數(shù)而難以形成的比表面積和表面吉布斯函數(shù)而難以形成, ,系統(tǒng)仍以原系統(tǒng)仍以原相存在相存在, , 處于亞穩(wěn)狀態(tài)。處于亞穩(wěn)狀態(tài)。392022-2-24 按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣。原因是蒸氣不能變成化結(jié)的蒸氣。原因是蒸氣不能變成化學(xué)勢更高的學(xué)勢更高的微小液滴微小液滴。 過飽和蒸氣的壓力超過了相應(yīng)過飽和蒸氣的壓力超過了相應(yīng)溫度下通常體積液體的飽和蒸氣壓溫度下通常體積液體的飽和蒸氣壓, 但仍小于該液體微小液滴的飽和蒸但仍小于該液體微小液滴的飽和蒸氣壓氣壓(見圖示見圖示).p過飽和蒸氣的產(chǎn)生過飽和蒸氣的產(chǎn)生gT引入凝結(jié)中心可使液滴核心易引入凝結(jié)中心可使液滴核心易

32、于生成于生成, 減輕過飽和程度減輕過飽和程度(如人工增如人工增雨雨).（1）過飽和蒸氣）過飽和蒸氣402022-2-24（2） 過熱液體過熱液體 在表面光潔的容器中加熱純凈的液體，當(dāng)溫度升至液體的在表面光潔的容器中加熱純凈的液體，當(dāng)溫度升至液體的沸點時，由于液體內(nèi)生成的微小氣泡曲率半徑很小，在凹液面沸點時，由于液體內(nèi)生成的微小氣泡曲率半徑很小，在凹液面上的附加壓力使氣泡難以生成，只有繼續(xù)加熱液體，使其蒸汽上的附加壓力使氣泡難以生成，只有繼續(xù)加熱液體，使其蒸汽壓大到和外界壓力相等時，液體才會沸騰。這種溫度高于沸點壓大到和外界壓力相等時，液體才會沸騰。這種溫度高于沸點但仍不沸騰的液體稱作過熱液體。

33、但仍不沸騰的液體稱作過熱液體。過熱水的產(chǎn)生過熱水的產(chǎn)生373.15Kp(大氣大氣)h=0.02m在液體中加入少量素?zé)善蛎毠艿任镔|(zhì)可大大降低過熱的程度.412022-2-24（3） 過冷液體過冷液體pT過冷液體的產(chǎn)生過冷液體的產(chǎn)生氣相區(qū)氣相區(qū)TfT f按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體. .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( (高的飽和蒸氣壓高的飽和蒸氣壓) )而不能在正常凝固溫度下生成。而不能在正常凝固溫度下生成。 在過冷液體中投入小晶體作在過冷液體中投入小晶體作為新相的種子為新相的種子, , 劇烈攪拌或用玻劇烈攪拌或

34、用玻棒摩擦器壁可以破壞過冷狀態(tài)，棒摩擦器壁可以破壞過冷狀態(tài)，使液體迅速凝固。使液體迅速凝固。422022-2-24（4）過飽和溶液）過飽和溶液:與微小液滴一樣與微小液滴一樣, 微小晶體的飽微小晶體的飽和蒸氣壓大于普通晶體。蒸氣壓與和蒸氣壓大于普通晶體。蒸氣壓與溶解度有密切的關(guān)系溶解度有密切的關(guān)系,微小晶粒具有微小晶粒具有比普通晶體更大的溶解度比普通晶體更大的溶解度。晶體的。晶體的顆粒愈小顆粒愈小, 溶解度愈大。溶解度愈大。(見圖見圖)pT分散度對溶解度的影響c3c2c10T可知可知, 當(dāng)溶液濃度達到普通晶體當(dāng)溶液濃度達到普通晶體的飽和濃度時的飽和濃度時, 相對于微小晶粒還未相對于微小晶粒還未飽

35、和飽和, 微小晶粒就不能從中析出。微小晶粒就不能從中析出。 在一定溫度下在一定溫度下, 濃度超過飽和濃度濃度超過飽和濃度, 而仍未析出晶體的溶而仍未析出晶體的溶液液. 原因是原因是微小晶粒微小晶粒具有高表面吉布斯函數(shù)具有高表面吉布斯函數(shù)(高的飽和蒸氣壓高的飽和蒸氣壓)而不能在正常飽和濃度下析出。而不能在正常飽和濃度下析出。431.5.7 吸附現(xiàn)象吸附現(xiàn)象 定義定義：流體與固體表面接觸時：流體與固體表面接觸時, , 流體中某一組分流體中某一組分或多個組分能在固體表面產(chǎn)生積蓄的現(xiàn)象稱為或多個組分能在固體表面產(chǎn)生積蓄的現(xiàn)象稱為吸吸附附。 本質(zhì)：通過范德華力或剩余化學(xué)鍵力，使吸附質(zhì)本質(zhì)：通過范德華力或

36、剩余化學(xué)鍵力，使吸附質(zhì)附著于固體表面，降低表面張力。附著于固體表面，降低表面張力。 物理吸附：范德華力作用；可發(fā)生在任何固體表物理吸附：范德華力作用；可發(fā)生在任何固體表面；是多分子層的吸附；吸附過程可逆。面；是多分子層的吸附；吸附過程可逆。 化學(xué)吸附：剩余化學(xué)鍵力作用；是單分子層吸附化學(xué)吸附：剩余化學(xué)鍵力作用；是單分子層吸附；吸附過程緩慢且不可逆；化學(xué)吸附之前都發(fā)生；吸附過程緩慢且不可逆；化學(xué)吸附之前都發(fā)生物理吸附。物理吸附。44應(yīng)用實例：應(yīng)用實例：道路瀝青對酸性巖石（石英道路瀝青對酸性巖石（石英SiO2）的吸附的吸附道路瀝青對堿性巖石（石灰石道路瀝青對堿性巖石（石灰石CaCO3）的吸附的吸附

37、45 在氣、液、固三相交界點，氣-液與液-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用q q表示。g- ls - lg- scosq 接觸角的大小可以用實驗測量，也可以用公式計算：1.5.8 潤濕與接觸角潤濕與接觸角(contact angle)46 若接觸角接觸角q q 90，說明液體不能潤濕固體，如汞在玻璃表面； 若接觸角接觸角q q 90，液體能潤濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。47 潤濕與不潤濕在工業(yè)中的應(yīng)用潤濕與不潤濕在工業(yè)中的應(yīng)用 水泥熟料礦物與水的作用；水泥熟料礦物與水的作用； 減水劑在水泥混凝土中的作用；減水劑在水泥混凝土中的作用； 有機類防水材料的憎水性有機類防水材料的憎水性 乳化劑及乳膠漆乳化劑及乳膠漆 電鍍工業(yè)電鍍工業(yè) 礦石浮選礦石浮選481.5.9 表面活性劑表面活性劑 通常指能夠通常指能夠顯著降低顯著降低水的表面張力的物質(zhì)。水的表面張力的物質(zhì)。 類型類型 陰離子型陰離子型 陽離子型陽離子型 兩性離子型兩性離子型 非離子型非離子型Na+cl-表面活性劑分子模型圖示表面活性劑分子模型圖示49 油酸表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征COO-CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+50表面活性物質(zhì)的分子在溶液本體及表面層中的分布：表面活性物質(zhì)的分子在溶液本體及表面層中的分布：(a)(a)稀溶液稀溶液小型小型膠束膠束