四川理工学院第十章界面现象改课件.ppt

* §10-4 固-液界面 固体表面力场不对称，故存在润湿和吸附现象。 1. 润湿角及杨氏方程 1805年，Young提出，当把液体滴在固体表面时，平衡时，可从力的角度导出一个方程： 接触角：气液固三相点处，气液界面的切线与固液界面的夹角 ——杨氏方程（or润湿方程） * 润湿：固体表面上原来的气体被液体取代。 接触过程的 △G＜0。Gibbs函数降低越多，越易润湿。 1. 润湿现象 固 液 液 固 气 （1）沾湿（adhesional wetting） （改变单位面积） 自动进行 粘湿功 * （2）浸湿（immersional wetting） （3）铺展（spreading wetting） 气 固 固 液 液 气 自动进行 浸湿功 当小液滴的表面积与铺展后的表面积相比可忽略不计时， S ≥ 0 自动铺展 铺展系数： 固 气 固 液 液 * 沾湿 →浸湿→铺展，过程进行程度依次加难 （4）三种润湿的比较 三种润湿中的? l 可测，但? s、 ? sl不可测量。 对单位面积的润湿过程： * 第十章 界面现象 * 自然界中物质的存在状态： 气 液 固 界面现象 气—液界面 液—液界面 固—液界面 固—气界面 固—固界面 界面：所有两相的接触面 * 界面相示意图 界面并不是两相接触的几何面，它有一定的厚度，一般约几个分子厚，故有时又将界面称为“界面相”。 界面的结构和性质与相邻两侧的体相都不相同。 例：水滴分散成微小水滴 分为1018个 直径：10nm 表面积：314.16 m2 直径：1cm 表面积：3.1416 cm2 表面积是原来的106倍 一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。 * 小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积，因此由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。 人们把粒径在1～1000nm的粒子组成的分散系统称为胶体(见第十二章)，由于其具有极高的分散度和很大的比表面积，会产生特有的界面现象，所以经常把胶体与界面现象一起来研究，称为胶体表面化学。 物质的分散度可用比表面积as来表示，其定义为 as = As/m 单位为m2?kg-1。 * 我们身边的胶体界面现象 雨滴 露珠 曙光晚霞 碧海蓝天 在界面现象这一章中，将应用物理化学的基本原理，对界面的特殊性质及现象进行讨论和分析。 * §10.1　界面张力 1. 液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数 ? 的由来： 表面分子受力不对称 所以液体表面有自动收缩的倾向，扩展表面要作功。 * 恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变 （3）表面吉布斯函数： ：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数， 称为表面吉布斯函数。 单位：J·m-2。 三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为： N·m-1 即： * 当系统作表面功时，G 还是面积A的函数，若系统内只有一个相界面，且两相T、p相同 ， 2. 热力学公式 对一般多组分体系： 恒T、p、 ?、恒组分 下积分，有： 全微分得： 可知自发降低表面自由能有两种途径——降低表面积 降低表面张力 dT ,pG s 0 * 3. 表面张力及其影响因素： （3） 温度的影响：温度升高，界面张力下降。 极限情况：T→Tc时， ? →0。 （1）与物质的本性有关——分子间相互作用力越大，? 越大。 例：气－液界面：? (金属键) ? (离子键) ? (极性键) ? (非极性键) （2） 与接触相的性质有关。 （4）压力的影响。 P↑ a．表面分子受力不对称的程度 ?↓ b．气体分子可被表面吸附，改变?, ↓ c．气体分子溶于液相 ? ↓ * §10.2 弯曲液面的附加压力及其后果?? 1. 弯曲液面的附加压力——Laplace方程 pl pg 一般情况下，液体表面是水平的，水平液面下液体所受压力即为外界压力。 图中为球形液滴的某一球缺，凸液面上方为气相，压力pg ；下方为液相，压力pl ,底面与球形液