在定温、定压下
过程自发
这是产生表面现象的热力学原因。 水滴形成球形表面积最小
表面张力、表面能
即σ
垂直作用在物质表面边界单位长度上的力——表面张力 增加单位表面积所需付出的功——比表面功 增加单位表面积时，系统吉布斯自由能的增加——表面能
表面张力和比表面能是从不同角度分析同一事实得到的结果，不严格区分
r↘, ρ↘, h↗ θ＜90o，h＞0； θ＞90o ，h＜0；r→∞，h →0
3. 液-固界面——润湿作用
什么是润湿过程？
滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固－气界面， 产生了新的液－固界面。这一过程称之为润湿过程。
沾湿是指液体与固体接触后，其接触面由原来 液－气和固－气表面变为固－液界面的过程。
注意： 1) r 的符号：
凸液面，R＞0，ps＞0， R指向液相(固相)内部 凹液面，R＜0，ps＜0， R 指向气相 平液面，R→∞,ps→0，
2）气泡的附加压强：
肥皂泡两个l-g界面，r1≈r2 ps=ps,1+ ps,2= 4σ/r
自由液滴或气泡通常为何都呈球形 ？
1。假若液滴具有不规则的形状，则在表面上 的不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的 附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力， 必将迫使液滴呈现球形
其大小与表面的弯曲程度、表面张力的大小相关
V 4 R 3 As 4R2
pp0 ps
p
3
p dp dAs 8RdR dV4R2dR
δW'psdV δW'dAs
球面
★
ps
2
R
Young-Laplace公式
R
ps
p0
适用范围：
1)适用毛细管直径＜0.5mm情形 2)适用于R为定值的小液滴或液体中小气泡。
★
b) 分析以上四种润湿情况的接触角大小
1. 完全润湿：θ=0°
2. 润湿：θ＜90°
3. 润湿不好：90°＜θ＜180° 4. 完全不润湿：θ=180°
润湿（Wetting)液体在固体表面的粘性情况★
液滴在固体表面上的不同θ 角
c) 产生润湿、不润湿的原因
当液体以一定的状态沾附在固体表面时，我们认为它呈平衡状态。
表面化学与胶体化 学
第一节 表面化学
碧海蓝天
落日彩霞
雾锁重山
荷叶露珠
1.几个概念
表面化学：研究物质相界面上发生的现象的规律。
1)界面和表面
界面（interface）：密切接触的两相间的过渡区，约10-9—10 -8 m， 有几个分子层厚。
五类界面：气(g)-液(l) ，气(g)- 固(s)， 液(l)- 固(s) ，液(l1)-液(l2) ，固(s1)- 固(s2)
2。相同体积的物质，球形的表面积最小， 则表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状就 最稳定
3.毛细现象★
毛细管插入液相中，毛细管内液体上升或下降的现象。
想一想：为什么会产生毛细管现象？
原因：附加压强 ps=p静压时，在液面处达力平衡
ps= 2σ/R= ρgh
h =2σ/ρgR
cosθ=r/R h = 2σcosθ/rρg
影响表面张力的因素
■ 与物质本性有关
分子间的作用力越大，σ越大： σ金属键＞σ离子键＞σ极性键＞σ非极性键,
■ 与温度有关
一般：温度升高,σ↓；温度升高到临界温度Tc时，σ→0
■ 与接触相的性质有关
接触相相同， σ固体 ＞ σ液体
■ 与压强有关
一般：压强升高,σ↓；
■ 其它：组成，分散度 ,运动情况等
某些液体、固体的表面张力和液／液界面张力
2、弯曲液面上的附加压力
1）液面的曲率
2）弯曲液面的附加压强
p0
p0
p0
A
B
A
ps B
A
B
p = p0
平面
ps p = p0 + ps
凸面
A
B
p = p0 - ps
凹面
附加压强ps：
由表面张力的合力产生，指向“球心”的压强
附加压强ps：★
由表面张力的合力产生，指向“球心”的压强
σs-g = σs-l + σl-gCOSθ
（合力为零）
cos sg－sl lg
∴θ 的大小由三个σ 决定。
浸湿功
在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸 入液体中，s-g、l-g界面转变为s-l界面的过程Gibbs自由 能的变化值为：
称为浸湿功，它是液体在固体表面上取代 气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体 表面收缩而产生的浸湿能力，故又称为沾附张力。
表面（surface）： 若其中的一相为气相（习惯）,或在真空中。如l-g，s-g。
气-液界面
空气
CuSO 4 溶液
气-液 界面
气-固界面
气-固界面
液-液界面
H 2O
Hg
液-液 界面
液-固界面
Hg
液-固界面
H 2O
玻璃板
固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
2) 比表面
量纲）：面积·质量-1
A、V、m ——分别为物质的总表面积、体积和质量
A0：体现了物质的分散度。
1cm3 立方体分散为小立方体时表面积的变化 表分颗 面散粒 积度小 大高
3) 界面现象（表面现象）
在相的界面上发生的行为 。
如：
露珠为球形 微小液滴易蒸发 水在玻璃毛细管中会自动上升，而汞面下降 活性炭脱色 硅胶吸水、塑料防水 牛奶、豆浆制成乳状液而稳定存在 肥皂、洗衣服和洗衣液起泡去污 水过冷不结冰、液体过热而不沸腾 溶液过饱和而不结晶。
浸湿是指固体浸入液体中的过程。
固
→
固
液
液
铺展过程实质上是以固－液界面代替固－气表面 的同时，液体表面也同时扩展并铺满固体表面。
润湿程度的量度——接触角（contact angle) a) 接触角：过液、固、气 三相的交点作液面的切线， 切线与液﹣固界面的夹角（包含液体）。
图 接触角与各界面张力的关系
σ是垂直作用于表面上单位长度的力
表面张力作用的结果使液体表面缩小
表面张力的方向
对于平液面是沿着液面并与液面平行; 对于弯曲液面则与液面相切。
(a)平液面表面张力示意图
(b)球形液面表面张力示意图
热力学基本方程
恒T、p条件下：
σ等于在定温、定压条件下，增加单位表面积时系 统 G的增 加，因此σ称为比表面自由能（表面自由能）。
4)表面张力和表面能
表 面 层 粒 子 受 力 分 析
表面层粒子受力不均匀，受到一个指向液体内部的拉力。
导致：液体表面有自动收缩为球形的趋势； 界面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势。
可逆条件下：
比例系数σ为表面张力。 即：增大单位表面积所需要做的功。
换个角度讨论
表面功：
外力的作用——机械功