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基本概念
• 界面——两相的接触面。 3种相态：g, l, s。 有5种界面：g-l, g-s, l-l, l-s, s-s。
• 表面——与气体接触的界面。 g-l, g-s。 • 界面 有一定的厚度，不是几何面。 • 界面的结构和性质有特殊性。与相邻两侧的体相不同。如液滴蒸发. • 分散度 表示——比表面积。分散的程度, 表面积, 表面效应。
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。
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7.1 界面张力 气相
(1) 表面功
↙↓↘
↙↓↘
←↖↙↑↓↘↗→
液相
• 液膜面积与功 增大液膜面积 dAS, 需抵抗力F，作非体积功——
表面功。可逆条件下，忽略摩擦力，可逆表面功
• 应2用02物1/3/理11 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。 11
分散度与比表面
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。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。
例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3 ，逐渐分 割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。
分散程度越高，比表面越大，表面能也越高
气相 液相
图7.1.1 液体表面与内部分子受力情况
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• 表面张力σ
缩小表面积 →力 维持膜大小 不变，加相反的外力F，与 l 成 正比, 比例系数σ→
表面膜
F=2 σ l →
lσ
F
σ= F/(2l)
单位： N·m-1 2——液膜有两个面。
dx 图7.1.2 表面功示意图
σ ——表面张力→引起液体表面收缩的单位长度上的力； 方向 垂直于单位长度的边界、与表面相切并指向液体方向。
小20视21/3频/11 4
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•注意: 表面张力, 单位面积的表面功, 单位面积 的表面Gibbs函数, 不同物理量有相同的数值和 量纲。∵1 J =1 N·m1 J·m-2 =1 N·m-1 其它 界面有界面张力。
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• 恒温恒压、各相中物质的量不变时，可有 dGT,p,nB= σ dAS
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热力学公式
由多相多组分热力学公式，如
dGSdTV dp idin
i
并未考虑相界面面积AS，对高度分散系统, 应有AS变量，有一个相界面，
热力学公式为
d G S d T V d p ds A idi n
i
d U T d Sp d V d A s idi n
i
d H T d S V d p d A s idi n
• 比表面积aS：物质的表面积AS与其质量m之比。 aS= AS/m
单位: m2·kg-1
如水 球形液滴 直径
比表面积
1 cm
610-4 m2·g-1
将其分散→ 10 nm(1018个) 600 m2·g-1
活性炭 实验测得 ～500 m2·g-1，高达2000 m2·g-1
• 物质的分散度很高时，其界面性质很突出，有特殊性。
这些现象表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力， 称表面张力（surface tension）或界面张力（interfacial tension）。
表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单 位长度线段上的表面收缩力。
2021/3/1层分子受力 表面层分子与
体相内分子所处的力场不同。主要 受到指向液体内部的拉力，使表面 层液体分子有 向液体内迁移、力 图缩小表面积的趋势。液滴→球形。 若扩大表面积，对系统作功。
第7章 表面化学
• 界面——两相的接触面。 • 物质的分散度很高时, 其界面性质很突出, 有特殊性。 • 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。
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在自然界中，表面现象保罗万象：
曙光晚霞
碧海蓝天
2021/3/11 雨滴
露珠
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小视频3
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表面现象
物理化学意义上的相 界面是一个有几个分子 直径厚度的薄层，是两 相之间的过渡区。
根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为
气—液界面 气—固界面 液—液界面 液—固界面 固—固界面
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1.气-液界面
空气
CuSO 4 溶液
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气-液 界面
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2.气-固界面
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气-固界面
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3.液-液界面
H 2O
Hg
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液-液 界面
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4.液-固界面
Hg
液-固界面
H 2O
玻璃板
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5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
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目录
7.1 界面张力 7.2 弯曲界面的附加压力及其后果 7.3 固体表面与吸附作用 7.4 液-固界面 7.5 溶液表面
W= σdAS
σ = W/dAS σ ——使液体增加单位表面积时, 环境所需作的可逆功 →表面功。
单位 J·m-2
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(2) 表面Gibbs函数
• 恒温恒压 Wr=G, Wr= dGT,p= σ dAS
G AS
T ,p
σ=系统增加单位面积时所增加的G (比)表面Gibbs函数, J·m-2
i
d A S d T p d V d A s idi n
式中
i
A G S T ,p ,n B )( A U S S ,V ,n B )( A H S S ,p ,n B )( A A S T ,V ,n B )(
• 意义：第1等式→σ =恒温恒压、各相中物质的量不变，增加单位
界面202面1/3/积11 时，所增加的Gibbs函数。其余式意义类似。
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(3) 表面张力
用肥皂液在一个系有 线圈的金属环上形成一 个液膜，由于线圈周围 都是相同的液体，受力 均衡，线圈可以在液膜 上自由移动位置。
若将线圈内液膜刺破，线 圈两边受力不再平衡，立即绷 紧成圆形。 小视频7
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该条件下，由于相界面面积的变化，而引起系统的Gibbs函 数变。也称界面吉布斯函数变， dGS。 • 积分上式， AS：0→AS， σ不变 GS= σAS • 根据吉布斯函数判据：dGT,p,nB<0 自发过程，即恒温恒压下， 系统总界面G 减小的过程为自发过程。如多个小液滴聚集→大 液滴。 • 总界面吉布斯函数减少是很多界面现象产生的热力学原因。