《物理化学》课程教学资源（PPT课件）第七章 表面化学 Surface Chemistry

第七章表面化学 Surface Chemistry

第七章 表面化学 Surface Chemistry

本章内容 第一节表面吉布斯自由能和表面张力 第二节曲面的附加压力和蒸气压 第三节润湿和铺展 第四节溶液的表面吸附 第五节不溶性表面膜 第六节表面活性剂 第七节气体在固体表面上的吸附 第八节固体在溶液中的吸附

本章内容 第一节 表面吉布斯自由能和表面张力 第二节 曲面的附加压力和蒸气压 第三节 润湿和铺展 第四节 溶液的表面吸附 第五节 不溶性表面膜 第六节 表面活性剂 第七节 气体在固体表面上的吸附 第八节 固体在溶液中的吸附

引 界面( interface)表面( surface) 密切接触的两相之间的过度区(约几个分子的厚度)称为 界面,如果其中一相为气体,这种界面通常称为表面 ■界面现象 在界面发生的许多现象,如毛细现象、润湿作用、液 体过热、蒸气过饱和、吸附作用等 比表面 表示多相分散体系的分散程度,定义为:单位体积 (也有用单位质量的)的物质所具有的表面积

引言 ◼ 界面(interface) 表面(surface) 密切接触的两相之间的过度区(约几个分子的厚度)称为 界面，如果其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 ◼ 界面现象 在界面发生的许多现象，如毛细现象、润湿作用、液 体过热、蒸气过饱和、吸附作用等。 ◼ 比表面 表示多相分散体系的分散程度，定义为：单位体积 （也有用单位质量的）的物质所具有的表面积

第一节表面吉布斯自由能和表面张力 表面功与表面吉布斯自由能 表面功: 在温度、压力和组成恒定时,可逆地使表面积增加dA 所需要对体系做的功5W=σdA 比表面吉布斯自由能: 在温度、压力和组成恒定时,可逆地增加单位表面积 时体系吉布斯自由能的增量。σ=(3G/3A)r,P ■广义地说,σ是在指定相应变数不变的条件下,每增 加单位表面积时,体系的U、H、F、G的增量。 有表面功时的热力学基本公式

第一节 表面吉布斯自由能和表面张力 一、表面功与表面吉布斯自由能 ◼ 表面功： 在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA 所需要对体系做的功 -δW’= σ dA ◼ 比表面吉布斯自由能： 在温度、压力和组成恒定时，可逆地增加单位表面积 时体系吉布斯自由能的增量。 σ=（ЗG/ЗA）T，P ◼ 广义地说， σ是在指定相应变数不变的条件下，每增 加单位表面积时，体系的U、H、F、G的增量。 ◼ 有表面功时的热力学基本公式

有表面功时的热力学基本公式 du=Tas-Pav + 2uydng +odA a=T+VP+∑mn+oA dF=-Sdr-Pdv+ZudnE +odA B dG=-SdT+vdP +Eua dn,+odA aU aH OF aG OA S,y OA s, P, MB T, V, n OA.PMB

•有表面功时的热力学基本公式

表面张力( surface tension 沿着与表面相切的方向,垂直作用于单位长度相界面 上的表面收缩力

二、表面张力(surface tension) ◼ 沿着与表面相切的方向，垂直作用于单位长度相界面 上的表面收缩力

表面张力的推导 d g T, P 忑W dGT. P=o da 忑W'=dA 忑W'=FdⅩ FdX=odA=02|dⅩ 0=F/21 物理意义:对液体来说,比表面吉布斯自由能可看作 是垂直作用于单位长度液面上的力即表面张力,其单 位是Nm1 种液态物质的比表面吉布斯自由能与表面张力数值 完全相同,量纲也一致,但物理意义和单位不同 表面张力为强度性质

◼ 表面张力的推导 d G T，P = -δW’ d G T，P = σ dA -δW’ = σ dA -δW’ = F d X F d X= σ dA= σ2 l d X σ= F/ 2 l ◼ 物理意义：对液体来说，比表面吉布斯自由能可看作 是垂直作用于单位长度液面上的力即表面张力，其单 位是N m-1 ◼ 一种液态物质的比表面吉布斯自由能与表面张力数值 完全相同，量纲也一致，但物理意义和单位不同。 ◼ 表面张力为强度性质

第二节曲面的附加压力和蒸气压 、曲面的附加压力 由于表面张力的作用,在弯曲表面下的液体或气体与 在平面下情况不同 0 0 f fA·Bf A B f b f 二二二二 P+Ps P-Ps

第二节 曲面的附加压力和蒸气压 一、曲面的附加压力 ◼ 由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体或气体与 在平面下情况不同

ong-Laplace公式△P=0(1/r1+1/r2)

◼ Yong -Laplace 公式 △ P= σ （1/r1 +1/r 2 ）

杨一拉普拉斯公式是研究弯曲表面上附加压力的基本公式; 由此可知(1)液滴愈小,则所受附加压力愈大;(2)若液 滴是凹形,则R为负值,附加压力为负值,即凹液面下液体所 受到的压力比平面下要小。 自由液滴或气泡通常都呈球形形状不规则的液滴,在凸面处 附加压力指向液滴的内部,而凹面的部位则指向相反的方向, 这种不平衡的力,必将迫使液滴呈现球形。 毛细现象 把毛细管插入水中,在凹液面下液体所受到的压力小于平面 上液体所受的压力,水面上升。把毛细管插入汞中时,管内汞 面呈凸形,同理可以解释管内汞面下降的现象

◼ 杨－拉普拉斯公式是研究弯曲表面上附加压力的基本公式 ； 由此可知（1）液滴愈小，则所受附加压力愈大； （2）若液 滴是凹形，则R为负值，附加压力为负值，即凹液面下液体所 受到的压力比平面下要小。 ◼ 自由液滴或气泡通常都呈球形 形状不规则的液滴，在凸面处 附加压力指向液滴的内部，而凹面的部位则指向相反的方向， 这种不平衡的力，必将迫使液滴呈现球形。 ◼ 毛细现象 把毛细管插入水中，在凹液面下液体所受到的压力小于平面 上液体所受的压力，水面上升。把毛细管插入汞中时，管内汞 面呈凸形，同理可以解释管内汞面下降的现象