第次表面現(xiàn)象

1、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 化學(xué)樓1.燃燒熱的測定(實(shí)驗(yàn)91) B6012.溶液的表面吸附(實(shí)驗(yàn)116) B6053.丙酮溴化(實(shí)驗(yàn)112) B5014.電泳 (實(shí)驗(yàn)118) B5015.液體飽和蒸汽壓的測定 (實(shí)驗(yàn)93) B6016.電動(dòng)勢的測定及應(yīng)用 (實(shí)驗(yàn)103) B5051.氣-液界面空氣氣-液界面第九章 表面現(xiàn)象 2.氣-固界面氣-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-固界面鐵管Cr鍍層固-固界面界面并不是兩相接觸的幾何面，它有一定的厚度，故有時(shí)又將界面稱為界面相。 相相界面相界面特征：幾個(gè)分子厚、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與兩側(cè)體相均不同體相體相二、分散度與比表面 把物

2、質(zhì)分散成細(xì)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，比表面也越大。 例如，把邊長為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比表面增長情況列于下表：邊長l/m 立方體數(shù) 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：體積為1cm3的球型小水滴相差106倍分散(直徑為10nm的小液滴)1018倍 與一般系統(tǒng)相比，小顆粒的分散系統(tǒng)有很大的表面積，它對系統(tǒng)性質(zhì)的影響絕對不可忽略！表面積： 3.1416cm2表面積： 354.6m

3、2 比表面積：單位體積（或質(zhì)量）的物質(zhì)所具有的表面積對于一定量的物質(zhì)顆粒越小，總表面就愈大，物系的分散度就愈高。只有高度分散的物系，表面現(xiàn)象才能達(dá)到可以覺察的程度。 例如：硅膠，比表面積可達(dá)到300700M2g1； 活性炭，比表面積可達(dá)到10002000M2g1； 可見達(dá)到nm級(jí)的超細(xì)微粒，具有巨大的比表面積，因而具有許多獨(dú)特的表面效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。9-1 表面張力 一、液體的表面張力、表面功及表面吉布斯函數(shù) 1、表面現(xiàn)象產(chǎn)生的原因 表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同。造成表面分子都有向內(nèi)縮進(jìn)的趨勢，從而縮小表面積。 這種作用力使表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢，并

4、使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。 如果在金屬線框中間系一線圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。 由于以線圈為邊界的兩邊表面張力大小相等方向相反，所以線圈成任意形狀可在液膜上移動(dòng)，見(a)圖。 如果刺破線圈中央的液膜，線圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張力立即將線圈繃成一個(gè)圓形，見(b)圖，清楚的顯示出表面張力的存在。（a）（b） ：沿著液體表面垂直作用于單位長度上的緊縮力。 單位為： 如果在活動(dòng)邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力F與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動(dòng)。 這時(shí) l 是滑動(dòng)邊的長度，因膜有兩個(gè)面，所以邊

5、界總長度為2l， 就是作用于單位邊界上的表面張力。2、表面張力3、表面功 單位為： 當(dāng)用外力F 使皂膜面積增大dA時(shí)，需克服表面張力作可逆表面功。4、表面吉布斯函數(shù) 單位為： 從三個(gè)不同的角度可以分別代表三個(gè)不同的物理量： 量值和量綱等同，單位均可化為： Nm-1恒溫、恒壓和各相中各組分的物質(zhì)的量一定的情況下，由于相界面面積變化所引起的吉布斯函數(shù)變。 0為自發(fā)過程 當(dāng)界面張力不變時(shí)，界面面積自0至AS 得當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)界面，若界面i的界面張力為i，界面面積為Asi，則:解釋了小液滴聚集，多孔材料吸附，液體對固體的潤濕過程等三、影響表面張力的因素 1、物質(zhì)種類的影響 一般說來，極性液體，有較大的

6、表面張力，而非極性液體的表面張力則較小。金屬的物質(zhì)，分子間以金屬鍵相互作用，表面張力很高；離子鍵的物質(zhì)，分子間分別以離子鍵相互作用。熔鹽的表面張力其次； 2. 表面張力與溫度的關(guān)系 T氣相中分子密度降低 液相中分子距離9-2 彎曲液面的附加壓力圖中（a）液面是水平的，表面張力都作用在同一平面上，它們互相抵消，合力為零。圖中（b）凸面液體，其合力指向液體內(nèi)部，力圖使液體的表面積縮小。 若將任何彎曲液面凹面一側(cè)的壓力以P內(nèi)表示，凸面一側(cè)的壓力P外表示，則 彎曲液面內(nèi)外的壓力差值P稱作附加力， P=P內(nèi)P外= PlPg圖中（c）凹面液體，其合力指則指向液體外部，好像液面要被拉出來，這時(shí)的附加壓力 P

7、=P內(nèi)P外= PgPl 彎曲表面上的附加壓力1.在平面上 對一小面積AB，沿AB的四周每點(diǎn)的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力 設(shè)向下的大氣壓力為po，向上的反作用力也為po ，附加壓力ps等于零。 彎曲表面上的附加壓力2. 在凸面上 由于液面是彎曲的，則沿AB的周界上的表面張力不是水平的，作用于邊界的力將有一指向液體內(nèi)部的合力 所有的點(diǎn)產(chǎn)生的合力和為 ps ，稱為附加壓力凸面上受的總壓力為： 彎曲表面上的附加壓力3. 在凹面上 由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面張力不能抵消，作用于邊界的力有一指向凹面中心的合力 所有的點(diǎn)產(chǎn)生的合力和為 ps ，稱為附加壓力凹面上受的總

8、壓力為： 彎曲表面上的附加壓力 由于表面張力的作用，在彎曲表面下的液體與平面不同，它受到一種附加的壓力，附加壓力的方向都指向曲面的圓心。 凹面上受的總壓力小于平面上的壓力凸面上受的總壓力大于平面上的壓力附加壓力的大小與曲率半徑有關(guān) 例如，在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R 的球狀液滴與之平衡。 外壓為 p0 ，附加壓力為 ps ，液滴所受總壓為： 對活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許相應(yīng)地其表面積增加dA使液滴體積增加dV 克服附加壓力ps所作的功等于可逆增加表面積的Gibbs自由能代入得Young-Laplace 公式附加壓力與曲率半徑的關(guān)系拉普拉斯方程表面張力分為水平分力水平 與垂直分力

9、垂直，水平分力相互平衡，垂直分力指向液體內(nèi)部， 單位周長的垂直=cos球缺底面圓周長為2r1；垂直分力在圓周上的合力為 F=2r1cos因cos = r1r，球缺底面面積為r 21，故彎曲液面單位水平面上的附加壓力（即壓強(qiáng)）為稱為拉普拉斯方程 說明：該形式的Laplace公式適用于球形液面。 曲面內(nèi)（凹）的壓力大于曲面外（凸）的壓力， p0。 r 越小，p 越大；r 越大，p 越小。 對平液面：r ，p0，（并不是= 0） p永遠(yuǎn)指向曲率半徑中心。 1。假若液滴具有不規(guī)則的形狀，則在表面上的不同部位曲面彎曲方向及其曲率不同，所具的附加壓力的方向和大小也不同，這種不平衡的力，必將迫使液滴呈現(xiàn)球形

10、 自由液滴或氣泡通常為何都呈球形 ？ 2。相同體積的物質(zhì)，球形的表面積最小，則表面總的Gibbs自由能最低，所以變成球狀就最穩(wěn)定 3.潤濕與接觸角接觸角的示意圖：毛細(xì)現(xiàn)象 在一定溫度下，對于一定的液體來說，毛細(xì)管的半徑愈小，潤濕角愈小，液體的密度愈小，則液體在毛細(xì)管內(nèi)上升得愈高。 若液體對毛細(xì)管不潤濕(90。)， 0，h0，表示管內(nèi)凸形液面下降的深度。 在一定的溫度和大氣壓力下，半徑均勻的毛細(xì)管下端，有兩個(gè)大小不等的圓球形氣泡試問在活塞C關(guān)閉的情況下，將活塞A、B打開，兩氣泡內(nèi)的氣體相通之后，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？并解釋其原因彎曲表面上的蒸汽壓Kelvin公式Kelvin公式對凸面，r取正值，r越小，液滴的蒸汽壓越高；對凹面， r取負(fù)值， r越小，小蒸汽泡中的蒸汽壓越低。水在玻璃毛細(xì)管內(nèi)形成凹面， r 0， pr p 。對平面未飽和的蒸氣，在毛細(xì)管內(nèi)可能已達(dá)飽和或過飽和，導(dǎo)致蒸氣在毛細(xì)管內(nèi)凝結(jié)。毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象：5、亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成 在新相最初生成時(shí)，其最初生成新相的顆