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第一章界面现象

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(1)表面吉布斯自由能和表面张力

(2)弯曲表面下的附加压力和蒸气压

(3)液体界面的性质

(4)不溶性表面膜

(5)液-固界面现象

(6)表面活性剂及其作用

(7)固体表面的吸附

本章内容

2

第一节表面吉布斯自由能和表面张力

水滴为什么是圆

形而不是方形?

3

它们为什么可以漂在水面上?

4

水在毛细管中为

什么会上升?

P₈

空气

水

5

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，这种界面通常称为表面。

严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之

间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。

常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。

表面和界面(surfaceandinterface)

6

表面和界面(surfaceandinterface)

1.气-液界面

空气

气一液

界面

CuSO4

溶液

7

表面和界面(surfaceandinterface)

8

表面和界面(surfaceandinterface)

H₂O

Hg

液-液

界面

9

玻璃板

10

表面和界面(surfaceandinterface)

液一固界面H₂O

4.液-固界面

Hg、

表面和界面(surfaceandinterface)

5.固-固界面

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界面现象(interfacePhenomena)—在相界面上所发生的一切物理化学现象。

表面现象(surfacePhenomena)——通常将气-液、气-固界面现象称为表面现象。

表面化学(界面化学)——以多相体系为对象，研究界面上特殊的物理化学性质和由此而产生的一系列现象及其应用的科学。

表面现象、界面现象和表面化学

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·表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。

·体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；

·界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，

另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵消。

·对于单组分体系，特性源于同一物质在不同相中的密度不同；

·对于多组分体系，特性源于界面层的组成与任一相的组成均不相同。

界面现象的本质

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表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小

(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。

界面层分子与体相分子所处状态不同

界面现象的本质

蒸气

2=-?

液体

F≠0

f=0

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-

比表面通常用来表示物质分散的程度：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位

体积固体所具有的表面积。即：

式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法(多点及单点物理吸附法)和色谱法(连续流动吸附色谱法)。

比表面(specificsurfacearea)

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分散度——把物质分散成细小微粒的程度称。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。

分散度与比表面

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立方体边长

1/m

粒子数

总表面积A./m²

体积表面

Ay/m-¹

10-2

10-³

10~4

10-5

10-6

10-?

10-8

10-9

10

10⁶

10°

10¹2

1015

1021

6×10-

6×10-36×10-26×10-16×1006×10¹6×1026×103

6×102

6×103

6×104

6×105

6×106

6×107

6×108

6×109

10

101

1cm³立方体分散为小立方体时体积表面的变化

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当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。

可见达到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。

分散度与比表面

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如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，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，可逆使表面积增

加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：

8W=ydA

表面功(surfacework)

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表面自由能(surfacefreeenergy)

考虑了表面功，

增加dA

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