物理化学简明教程印永嘉表面现象与分散系统.pptx

物理化学简明教程(印永嘉) 第八章 表面现象与分散系统第八章 表面现象与分散系统§8.1 表面吉布斯函数与表面张力表面吉布斯函数?表面张力?影响表面张力的因素巨大表面系统的表面吉布斯函数单组分密闭系统的基本公式为：dG = -SdT + Vdp +?Wr’ 在定温定压条件下，可逆地扩展表面所做的功： (dG)T,p = ?Wr’ = ?dA(表面功)(dG)T,p = ?dA表面吉布斯函数：单位：J?m-2液相蒸气相?的物理意义:①从定义式看，定温定压下，可逆增加单位表面积引起系统自由能的增量即为比表面能。从图上可看出液相内的分子所受作用力之合力为零;液表面分子所受作用力之合力不为零,合力指向液相内部。 若要扩大表面积，即将液相内部分子拉到表面上来，需克服向内的拉力而做功。做功后，表面功转化为表面分子的能量。所以表面分子比内部分子具有较高的能量。②单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额的吉布斯自由能。表面张力?单位：N?m-1物理意义：表面紧缩力。定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意单位长度上的紧缩力。表面为一曲面：例如：表面为一平面：肥皂水膜;影响表面张力的因素(1) 物质的种类及共存相的种类（性质）20℃H2O(l) C6H6(l) CCl4(l)?/N?m-1 0.0728 0.0289 0.0269?(H2O- C6H6) 0.0326?(H2O-CCl4) 0.045 (2) 温度影响：一般情况下，T 升高，因分子间引力减弱，?下降。 物质σ /N?m-1物质σ / N?m-1水0.0728四氯化碳0.0269硝基苯0.0418丙酮0.0237二硫化碳0.0335甲醇0.0226苯0.0289乙醇0.0223甲苯0.0284乙醚0.0169表8.1 20℃时一些液体的表面张力σ第一相第二相σ / N?m-1第一相第二相σ / N?m-1汞汞蒸气0.4716水水蒸气0.0728汞乙醇0.3643水异戊烷0.0496汞苯0.3620水苯0.0326汞水0.375水丁醇0.00176表8.2 20℃时汞或水与一些物相接触的界面张力σ巨大表面系统的表面吉布斯函数例 20℃，p?下，将1kg水分散成10-9m半径的小水滴需做功多少？已知? =0.0728 N?m-1, ? =1000 kg?m-3 解： Wr’ = ??A = ?(A2 – A1) ? ?A2 = ? ? n ? 4? r 2而1kg = n × ( 4/3? r3 ? ?) n = 2.4 ? 1023个 Wr’ =3?10-3? /r =218 kJ注意粉尘爆炸！而218 kJ的能量相当于1kg水升温50℃所需的能。对于1kg水(0.0485m2)，表面能约为3.5?10-3J。对于整个系统的自由能来说，可忽略不计。由此可见，表面能只用在巨大表面系统。§8.2 纯液体的表面现象1. 弯曲液面的附加压力2. 曲率对蒸气压的影响3. 液体的润湿与铺展4. 毛细管现象1. 弯曲液面的附加压力---与固体比较，如钢片表面张力的方向 平面凹液面凸液面?p=0?p指向球心?p指向球心附加压力的大小?p′=p+Δp此过程中液体净得功为p′dV – pdV= ΔpdV此功用于克服σ而增大液滴表面积dA，因此实验ΔpdV = σdAp′dVp拉普拉斯(Laplace) 公式拉普拉斯(Laplace) 公式: ?p=2?/r式中r：曲率半径。 r越大，?p越小；平面时r??，?p=0注意：1.不管是凸液面，还是凹液面，附加压力的方向总是指向球心，即球内的压力一定大于球外的压力；2. 液膜（肥皂泡）?p=4?/r 2. 曲率对蒸气压的影响rprp(液相)p (气相) 蒸气压 p’(液相) pr=p+2? /r(气相) 蒸气压 pr’( )T ：将1mol平面液体分散成半径为r的小液滴 ΔGm=? r – ? = Vm (l)(pr – p) =Vm (l) (2? /r) (1)气液平衡时：? (g) = ? (l)液滴 ?r=??＋RT ln(pr’ /p?) ， 平面液体 ? =??＋RT ln(p’/p?) ? r – ? = RT ln (pr’ /p’) (2) (1)=(2) RT ln (pr’ /p’) =Vm (l) (2? /r) = (M/ρ) (2? /r) 开尔文（Kelvin）公式 一定温度下，对一定液体，?、M、?、R、T均为常数。由上式可见，液滴半径越小，其饱和蒸气压pr比平面液体蒸气压p大得越多。若小液滴的半径小到10?7cm时，pr几乎是p的