物理化学15全解.ppt

第15章 界面现象 §15-1 引言 一、多相系统的相界面及其强度性质的变化 五种界面： 相界面的厚度为纳米级,相当于几个分子的直径，强度性质由一相到另一相呈 连 续 变化。 二、界面现象 与界面有关的各种物理现象和化学现象：界面 张力、润湿、铺展、吸附、…… 一些实例：雨滴呈球形，水在毛细管中上升， 雨前水泥地面潮湿，硅胶的干燥作用，洗 涤剂的去污作用，农药的使用，…… 界面现象的研究内容： 界面平衡： 界面速率： 三、应用 吸附，多相催化，电极过程，胶体系统 （如泡沫、乳状液、矿物浮选等） §15-2 界面张力和界面过剩量 二、界面张力的定义 1. 沿界面的切线方向，垂直作用于单位长度分界边缘上的收缩张力。符号用 或 ，单位 或 增加单位面积时，系统必须得到的 可逆表面功。 三、单位界面过剩量 界面层 ，界面相，吉布斯界面摸型（无厚度、无体积），吉布斯单位界面过剩量 （ ） I. 界面热力学 §15-3 热力学基本方程和平衡条件 一、有界面相时的热力学基本方程 对于界面相，因多了广义力? ，故描述系统状态时，需增加一个变量 —— 广义位移 §15-4 拉普拉斯方程 此方程并不受推导时恒容条件的限制 讨论：气体中的液滴： 练 习 1、打开考克，气泡大小 如何变化？ 2、a 和 b的运动方向如何？ §15-5 开尔文方程 一、开尔文方程 ( )T ，平面 液体与蒸气达平 衡时： ( )T ，凸面液体与蒸气达平 衡时： 假设：① ② ③ 二、凹面液体的饱和蒸气压 例如液体在毛细管中呈凹面的情况 三、亚稳状态 亚稳状态也是一种平衡状态，但与一般的稳定状态 有区别 过饱和蒸气: 喷雾干燥、人工降雨 过热液体: ：气泡内压力 过冷液体：开尔文方程 过饱和溶液: 开尔文方程 例 25℃时，半径为1μm的水滴与其蒸气达到平衡，试求水滴的饱和蒸气压及水滴内外的压力差。已知 25℃时水的表面张力为 , 密度为 , 饱和蒸气压为3168 Pa，摩 尔质量为18.02 。 解: §15-6 吉布斯等温方程 单位面积过剩量（吸附量）与界面张力的关系 界面在一定状态 下 在界面相状态变化过程中，为使G 达到最小，将会产生物质的正负吸附问题。 一、吉布斯等温方程 二、正吸附与负吸附 曲线A 负吸附 曲线B和C 正吸附 B、C类物质 例： 有一表面活性剂的稀水溶液，其浓度为2?10-4 mol·dm-3。用近代方法将溶液的表面层分离出来后，测得表面活性剂的 ,已知25oC时纯水的 ,试计算溶液的表面张力 ？ 解： §15-7 润湿作用 各种界面相互作用时，为降低各自界面的能量，它们都有缩小的趋势，因此产生各种类型的润湿与铺展现象。 一、铺展系数 二、接触角与杨氏方程 接触角 ： 的夹角（内含液体） 杨氏方程：（ 的情况） 平衡时： 例 有一表面积为AS 的固体被某纯液体浸湿， 试表示出该过程的吉氏函数变化 ?G ，并 用杨氏方程证明，该固体一定能被液体所润湿。