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第十三章 表面物理化学 表面和界面 (surface and interface) 界面现象的本质 界面现象的本质 比表面（specific surface area） 分散度与比表面 §13.1 表面张力及表面Gibbs自由能 表面张力（surface tension） 表面张力 表面张力 表面张力 表面热力学的基本公式 表面热力学的基本公式 表面自由能 (surface free energy) 界面张力与温度的关系 界面张力与温度的关系 溶液的表面张力与溶液浓度的关系 溶液的表面张力与溶液浓度的关系 §13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压 弯曲表面上的附加压力 弯曲表面上的附加压力 弯曲表面上的附加压力 弯曲表面上的附加压力 毛细管现象 毛细管现象 弯曲表面上的蒸汽压——Kelvin公式 弯曲表面上的蒸汽压——Kelvin公式 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： 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 凹面上受的总压力为： 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 凸面上因外压与附加压力的方向一致，液体所受的总压等于外压和附加压力之和，总压比平面上大。相当于曲率半径取了正值。 曲率半径越小，附加压力越大 凹面上因外压与附加压力的方向相反，液体所受的总压等于外压和附加压力之差，总压比平面上小。相当于曲率半径取了负值。 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 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 由于附加压力而引起的液面与管外液面有高度差的现象称为毛细管现象 把毛细管插入水中，管中的水柱表面会呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度。当插入汞中时，管内汞面呈凸形，管内汞面下降。 毛细管内液柱上升（或下降）的高度可近似用如下的方法计算 当 ρl﹥﹥ρg 1.曲率半径 R‘ 与毛细管半径R的关系： 如果曲面为球面 2. R=R Kelvin公式 * 第十三章 表面物理化学 §13.1 表面张力及表面Gibbs自由能 §13.2 弯曲表面下的附加压力和蒸气压 §13.3 溶液的表面吸附 §13.4 液-液界面的性质 §13.6 液-固界面－润湿作用 §13.7 表面活性剂及其作用 §13.8 固体表面的吸附 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。 严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。 1.气-液界面 空气 气-液 界面 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 对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。 表面层分子与内部分子相比所处的环境不同 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。 最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（