第四节 表面现象.ppt

WHY? 加入某些溶质之所以能改变金属的表面张力，是因为加入溶质后改变了溶液表面层质点的力场不对称性程度。 * 热力学上，系统总是向减少自由能方向进行，液体表面的自由能总是趋向最小。 两类溶质： A.使液态金属表面张力降低 　→溶质对该金属称为液态金属的表面活性物质 　　→具有正吸附作用 　　→即溶质在表面之浓度大于溶质在内部的浓度； B.使液态金属表面张力增加 　　→溶质对该金属称为液态金属的表面非活性物质 　　→具有负吸附作用 　　→即溶质在表面之浓度小于溶质在内部的浓度。 所谓活性和非活性物质必须是指某种溶质相对某种液相金属而言。 * 吉布斯溶液表面的吸附公式，通常写成： 表明了溶质对某液相的活性和和非活性的程度 指恒温时，表面（界面）张力随表面浓度的变化率，称为表面活性。 表明随着溶质浓度增加，溶液的界面张力降低 Г0 表明随着溶质浓度增加，溶液的界面张力也增大 Г0 即界面溶质浓度无变化量，此时无吸附现象发生。 Г=0 * 由于极薄的表面与本体难以分割，所以表面过剩难以测定(界面相一般只有几个分子的厚度)。 简易的实验方法，证明表面过剩的存在: 向含有某种溶质的溶液中加入表面活性剂，通人大量空气使其发生泡沫，然后分析泡沫中溶质的浓度。结果发现，泡沫的浓度大大高于原溶液的浓度 [这一现象后来发展为提取稀有元素的泡沫浮选法(foam flotation)]。 表面吸附实验证明 * 浮选（flotation）：浮选是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，从矿石中分离有用矿物的技术方法，从而利用表面张力产生的浮力作用进行选矿。 利用界面张力进行选矿 * 作业题 1.证明：半径为r的球形微液滴的凝固温度比大体积液体的凝固温度下降 (式中 为单位体积的熔化熵) 2.推导：一个半径为r、比重为?1的固体颗粒漂浮于比重为?2的液体表面应该满足的条件。[已知:(?1 ?2)该液体对该固体的润湿角?(90?)，液体的表面张力?L、固体的表面张力?S、液固界面张力?SL] * 由?和?两相形成?-?界面过程如图1-14所示。 为此，外力所需作的正功分别为W?-?和W?-?。如果用??表示相的表面能，??表示?相的表面能， 则有： W?-?=2??，W?-?=2?? 设?相和?相均是截面积为1cm2，长2cm的长方体。在相和?相中点各作一垂直截面将其等分，分别新增2个面积为1cm2的相表面和2个面积为1cm2的?相表面。 然后，把 ? 和 ?结合成两个具有 ?-? 界面整体，这时所需作的负功为 -2W?-?。 因此，为形成2个 ?-? 界面 所作的净功 Ws 为： * 因此，形成一个?-?界面所作的净功Ws，在数值上等于?-?界面的界面能??－? ，即： 由于W?-?=2??，W?-?=2??，代入上式，则： 由此可见，形成?-?界面所作的功W?-?越大，则界面能就越小。这也就是说，两相间结合力越大，则界面能越小。 * 表面张力、润湿 1、表面与界面 2、表面张力与表面能 3、界面张力与润湿 4、弯曲液面产生的附加压力 5、Gibbs表面吸附方程 * 界 面： 泛指两相之间的交界面。 表 面： 特指液体（或固体）与气体之间的交界面。 严格意义上是指液体或固体与其蒸汽的界面。 1、表面与界面 * 2.1?表面张力： 是表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力，是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。 由于液体或固体的表面原子受内部的作用力较大，而朝着气体的方向受力较小，使液体表面层内质点受到不平衡力场的作用，导致表面绷紧或弯曲，这种受力不均产生了表面张力。 产生张力的表面层厚度不超过10-7cm，相当于几个原子(分子)液层厚度。 2 、表面张力与表面能 * 表面能：系统为产生新的单位面积表面时的自由能增量。 2.2表面能 由于表面原子受力不均，引起表面原子的势能比内部原子的势能高，使物体产生了表面能。因此，物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。 * 由于液体表面层内质点受到不平衡力场的作用，导致表面绷紧或弯曲，导致表面内产生了多余的表面能。设表面S在绷紧力F的作用下，拉长了dx距离，则外力所做的功为： 可得： 表面张力