界面现象物理化学课件.pptx

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第1页，课件共47页，创作于2023年2月;

日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关：

汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。

水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈凹形。;

与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。;

高的表面能必将引起特殊的表面性质。

人脑的总表面积比猿脑大10倍；

-绿叶具有大的质量表面，提高了光合作用的量子效

率；

·固体催化剂的催化作用，在于其高活性的表面；

·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。

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§8.1表面吉布斯函数

1.液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数

物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以

气-液表面分子与内部分子受力情况为例，如左下图。;

为什么小液滴总是呈球形一因为球形表面积最小，

肥皂泡要用力吹才能变大一扩大表面积需要对系统作功。

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若用钢丝制成一框架，如上图。一边为可以自由活动的金属丝，将此金属丝固定后，使框架沾上一层肥皂膜，若放松金属丝，肥皂膜会自动收缩以减小表面积。

要使膜维持不变需在金属丝上加一力F,其大小与金属丝长度i我正比，比例系数σ。因膜有两个表面，故有：

F=2σl即(8-5)

σ一表面张力，沿着液体表面，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力，单位N·m-1

第7件共47页;

(b)

表面张力存在

O;

所以

σ等于系统增加单位面积时，吉布斯函数的增加，所以，σ也称为比表面吉布斯函数。单位J·m-2

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SaT+Vap+ΣdgdU=TdS-pdv+2pdB

TdS+Vdp+ddA=-SdTpd;

当体系作表面功时，G还是面积A,的函数

∵G=f(T,p,np,nc,np.

∴dG=-SdT+Vdp+σdA

du=TaS-pdV+σd4

dH=TdS+Vdp+σdA十

dA=+SdT-pdV+σdA

-)-);

ac-saz+vap+odat二dB

设在等温等压下内部分子移到表面，使系统表面积自一可忽略的面积增加到As,表面吉布斯函数自G?s增加到Gs

G?=σAs

dG=dG?=d(σAs)=σdAs+Asdo;

dG=dG?=σdAs+Asdo

1、σ一定时：σdAs0时为自发。即σ一定的体系，表面积减小的方向为自发方向；如小液滴的自发合并长大。

2、As一定时：A,dσ0时为自发。即As一定的体系，表面张力减小的方向为自发方向；如吸附现象。

3、σ、As皆可变时：σdAs+Asdo0时发

如润湿现象

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讨论2:定T定p、组成恒定的分散过程热力学

Gibbs函数变：σ恒定时积分

△G=σ·△As

△As增加时，△G增大，∴为非自发。

分散过程的熵变：

σ随T的变化率为负，当△As增加时，△S增大。

分散过程的焓变：

△As增加，△H亦增大，为吸热过程;

3.影响表面张力的因素

表面张力与物质的本性有关，分子之间的作用力越大则表面张力也越大.

σ(金属)σ(离子)σ(极性)σ(非极性)

■与接触相的性质有关

■温度增加，分子之间的作用力减弱，所以大多数物质的表面张力也都将减小

■与溶液的组成有关;

§8-2液体的表面现象

1、弯曲液面的附加压力

弯曲液面的内外压力差.△P=P?-Pg

·P,与P?分别代表液体一侧和气体一侧所承受的压力.;

弯曲液面附加压力的大小与液体表面张力及液面曲率半径之间的关系符合(此处特指球面：)

拉普拉斯方程

r:弯曲液面的曲率半径

附加压力与曲率半径成反比，其方向指向曲率中心当r一定时，△P与σ成正比

形液面：r0,△P0,P?Pg,指向液体;

2、毛细现象

毛细管插入液体中，管内外液面形成高度差的

现象一毛细现象

当玻璃管插入汞中;

三.弯曲液面上的蒸气压一开尔文方程

实验表明，微小液滴的饱和蒸气压高于平面液体的饱和蒸气压，这说明，蒸气压不但与温度，压力与物质本性有关，还与液滴的大小，即其曲率半径有关。

P?,P:平液面与弯曲液面的饱和蒸汽压；

M,p液体的摩尔质量与液体的密度

σ:表面张力；r弯曲液面的曲率半径

凸形液面：r0,PP?

凹形液面：r0,PP?

P(凸形液面)P(平面)P(凹形液面)

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