物理化学教学课件 表面现象1.pptVIP

第七章 表面现象 表面和界面(surface and interface) 表面和界面(surface and interface) 表面和界面(surface and interface) 表面和界面(surface and interface) 表面和界面(surface and interface) 表面和界面(surface and interface) 第一节 表面积及表面吉布斯能 (一) 表面积 分割越细，比表面积越大，表面效应越突出。达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。 （二）表面自由能(surface free energy) 表面功（surface work） 2.表面张力（surface tension） 表面张力（surface tension） 表面张力（surface tension） 三、表面能的热力学关系式 表面自由能(surface free energy) 影响表面张力的因素 * * 相界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体的相界面通常称为表面，其他的为界面，也统称为表面。 常见的界面有： 1.气-液界面 2.气-固界面 3.液-液界面 4.液-固界面 5.固-固界面 比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积，称为比表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积，称为分散度。即： 式中，m 和V 分别为固体的质量和体积，A 为其表面积。 增加药物分散度可以提高药效 例子：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，但表面分子受力不均衡，受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。 由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面（或者说增加表面积），就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。 温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。 式中 为比例系数，它在数值上等于当T，p 及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非体积功。 考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加δW’一项，即： 狭义的表面自由能定义： 单位： J·m-2 保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为比表面Gibbs自由能，或简称比表面能，用符号 表示。 比表面Gibbs自由能是单位面积表面的分子比其处于体相时高出的那部分吉布斯能。 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用σ表示,单位是N·m-1 将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。 由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。 膜有两个面 （a） （b） 表面自由能与表面张力的代表符相同，均 为σ，量纲相通，但两者的概念不同！！ 表面自由能是单位表面积的能量，标量； 表面张力是单位长度上的力，矢量。 注意： dU =TdS – pdV +σdAs+Σ?idni dH =TdS + Vdp +σdAs+Σ?idni dF =-SdT –pdV +σdAs+Σ?idni dG =-SdT +Vdp +σdAs+Σ?idni 多组分的高分散体系： 广义的表面自由能定义： 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。 * * *