晶体与界面化学.ppt

当表面积增加时， dAs＞０， 则 δW‘＞０， 即环境做正功； 当表面积减小时， dAs＜０， 则 δW‘＜０，即 -δW‘＞０ 即体系做正功。 设在液面上有一小块面积AB(如图)，沿AB的周界，AB以外的表面对AB面有表面张力的作用，力的方向与AB的周界垂直，与表面相切，使表面收缩。 如果表面是水平的，则表面张力γ也是水平的（如图a），当平衡时，沿周界的表面张力互相抵消，合力为零，此时液面下的液体所受到的压力与液面上相等，即 p′=p0 如果液面是弯曲的，则沿AB周界上的表面张力γ不是水平的，其方向如图b、c所示。平衡时，表面张力将产生一合力ps，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与p0不同。 当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体所受实际压力p′=p0+ps；当液面为凹形时，合力指向液体外部，液体的实际压力p′=p0－ps。这一合力ps，即为弯曲表面受到的附加压力。 附加压力的方向总是指向弯曲液面的曲率中心。 凹面液体受到向上的附加压力，液面下的液体受到的实际压力小于平面液体的压力，至使管内液柱上升一定高度，直到产生的静压力与向上的附加压力抵消为止 可见，毛细管半径r越小，液面上升得越高．如果管内液面呈凸形，则θ＞90o，cosθ＜０，h＜０，即管内液面下降。毛细管法测定液体的表面张力就是根据这个道理。 利用毛细管现象，可以测定液体的表面张力。 设在某温度T时，平面液体所受压力为p0，其蒸气压为pv；球形液滴所受压力为p′=p0+ps，蒸气压为pv′ 一、比表面 　　多相分散体系的分散程度通常用比表面as的大小来表示，其定义为 即比表面as是单位体积（或质量）的物质所具有的表面积，其数值随着物质分散程度的增加而显著增大。 分散程度与表面积 立方体边长 立方体数 表面积/m2 比表面积/m-1 10-2 (1cm) 1 6×10-4 6×102 10-3 (1mm) 103 6×10-3 6×103 10-6 (1μm) 1012 6 6×106 10-9 (1nm) 1021 6×103 6×109 高分散的多相系统，界面性质对整个系统性质的影响非常明显。 达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，表面分子所占的比例相当大，因而具有独特的表面效应，赋予纳米材料许多光、电、磁、催化活性等方面的特性，成为新材料和多相催化等领域的研究热点。 二、表面功 表面分子的受力情况 净吸力 在没有其他作用力存在时，所有液体都有缩小表面积的趋势。 　　在没有其它作用力存在时，在微观净吸力的作用下，表面分子有进入液体内部的倾向，表现为液体有缩小表面积的趋势。而要扩展液体的表面，即把一部分内部分子移到表面上来，则需要克服净吸力而消耗功（即环境对体系做功），所消耗的功全部或部分转变成表面分子的位能。 表面分子比内部分子具有更高的能量。 表 面 功 　　在一定的温度和压力下，对一定的液体而言，扩展表面所需消耗的功δW 应与增加的表面积dAs成正比。设比例系数为γ，则有 δW‘表示环境对体系做的功，称为表面功。 三、表面自由能 在等温等压下可逆地增加表面积所消耗的功，应等于体系表面吉布斯自由能的增加，此时有 dG 表示新增加的dAs 表面层分子比相同数量的内部分子多出的吉布斯函数，即表面过剩吉布斯自由能。 恒温恒压下： 多相分散体系总是自发地缩小界面积； 表面积越大，表面能越高，体系越不稳定。 dG＝γdAs又可改写作 γ的物理意义：恒温恒压下增加单位表面积所引起的体系吉布斯自由能的变化，即单位表面的分子比相同数量的内部分子多余的吉布斯自由能。称γ为比表面吉布斯自由能，简称为表面自由能，其单位为 J·m-2。 两个小液滴接触后会发生什麽变化？为什麽？ 为什麽乳状液静置后会自