化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小（近于液化热） 大（近于反应热）
无或很差
较强
可逆
不可逆
易达到
不易达到
10
（7） 接触角（润湿角）
s
M
P
l
O
O
N
sl
接触角：气液固三相点处，气液界面的切线与固液界面的夹角
经过液体内部
润湿：固体表面上的气体被液体取代的过程。 接触过程的 △G＜0。Gibbs函数降低越多，越易润湿。
解： 液体B在另一不互溶液体A上能否发生铺展，则
SB A－ B AB 0自动铺展 A
（1）SH2O Hg－ H2O H2O-Hg Hg =（486.5-72.75-375）mN m1 38.75mN m1＞0
水在汞的表面上能发生铺展
（2） SHg H2O－ Hg H2O-Hg
一般情况下，表面活性物质的 - c 曲线
kc m 1 kc
1. 表面现象在自然界普遍存在，但有些自然现象与表面现象 并不密切相关，例如
(A) 气体在固体上的吸附 (B) 微小固体在溶剂中溶解 (C) 微小液滴自动呈球形 (D) 不同浓度的蔗糖水溶液混合
答案：D
2. 液体的附加压力和表面张力的联系与区别在于 (A) 产生的原因和方向相同而大小不同 (B) 作用点相同而方向和大小不同 (C) 作用点相同而产生的原因不同 (D) 产生的原因相同而方向不同 答案：D
——液体密度
g——重力加速度
cos r
rl
rl
r
cos
当接触角θ<90o时，液体在毛细管中上升，凹液面； 当接触角θ>90o时，液体在毛细管中下降，凸液面。
3. 开尔文（Kelvin）公式
曲率半径为r的液滴
RT ln pr p
2
M2 ＝
Vm
r
r
p，pr——平液面及曲率半径为r的液滴的饱和蒸气压
---------降低表面积 如：小液滴聚集成大液滴 -------- 降低表面张力 如：多孔固体表面吸附气体
（4）弯曲液面的附加压力 Δp = p内－p外 p内----凹液面一侧压力，p外----凸液面一侧压力。
p总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。
•
pg
••
•
气
•
p
• •
pl
(a)
pg
一、概念
（1） 液体的表面张力
F
2l
：即表面张力，看作是引起表面收缩的单位长度上的力，
单位：N·m-1。
（2）表面功
Wr
d As
：使系统增加单位表面所需的可逆功 ，称为表面功。
单位：J·m-2。
（3）表面吉布斯函数
G
As T,p
：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。
分析：利用
dGTs ,p dAs Asd
分散前后质量不变，体积不变
0.4865
(As2-As1)
6.114J
0.4865
【10.3】计算373.15K时，下列情况下弯曲液面承受的附加压
力。已知373.15K时水的表面张力为58.91×10-3N ⋅ m-1。
（1）水中存在的半径为0.1um的小气泡 （2）空气中存在的半径为0.1um的小液滴 （3）空气中存在的半径为0.1um的小气泡
【10.9】
分析：根据朗缪尔吸附等温式
Va
Vma
bp 1 bp
所以 （2）
Va
Vma
bp 1 bp
【10.15】
486.5
72.75
分析：根据铺展系数关系式
铺展系数： S
Gs
s－ sl
l S ≥ 0 自动铺展
液体B在另一不互溶液体A上能否发生铺展，则
SB A－ B AB 0自动铺展 A
第十章 界面现象
基本要求
• 理解表面张力及表面吉布斯函数的概念。 • 理解接触角、润湿、附加压力的概念及其与表面张力的关系。 • 掌握拉普拉斯方程及开尔文公式的应用。 • 理解亚稳状态与新相生成的关系。 • 理解物理吸附与化学吸附的含义和区别。 • 掌握朗缪尔单分子层吸附理论及朗缪尔吸附等温式。 • 掌握杨氏方程及润湿公式。 • 了解溶液表面的吸附及表面活性物质的作用与应用。 • 掌握吉布斯吸附等温式的含义和应用。
答案：D
11. 表面活性剂是针对某种特定的液体或溶液而言的，表
面活性剂的实质性作用是
(A) 乳化作用
(B) 增溶作用
(C) 降低表面张力 (D) 增加表面张力
答案：C
12. 使用表面活性物质时应当特别注意的问题是 (A) 两性型和非离子型表面活性剂不能混用 (B) 阳离子型和阴离子型表面活性剂不能混用 (C) 阳离子型和非离子型表面活性剂不能混用 (D) 阴离子型表面活性剂不能在酸性环境中使用 答案：B。若混用可能产生沉淀或降低其表面活性剂的作用。
• 气 p • •
液•
pl (b)
附加压力方向示意图
•
•
气•
•
•
• •
p=• 0
液 pl
(c)
（5） 亚稳状态
新相生成过程中产生的热力学不完全稳定状态 -------亚稳状态
四种不稳定状态（亚稳态）： 过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液
（6）在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同 的现象称为吸附。
9. 一定条件下液体在毛细管中上升的高度与毛细管的半径 (A) 无关 (B) 成正比 (C) 成反比 (D)不确定
答案：C
10. 对物理吸附的描述中，哪一条是不正确的？ (A) 吸附速度较快 (B) 吸附层可以是单分子层或多分子层 (C) 吸附热较小 (D) 吸附力来源于化学键力，吸附一般不具选择性
Pa
2.356
103
kPa
【10.4】 在293.15K时，将直径为0.1mm的玻璃毛细管插入 乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能阻止液面上升？若不 加任何压力，平衡后毛细管内液面的高度为多少？已知该温度 下乙醇的表面张力为 22.3×10 -3 N·m -1， 密度 为789.4 kg·m -3 ，重力加速度为 9.8m ·s -2。设乙醇能很好地润湿玻璃。
分析： 利用拉普拉斯方程
p 2
r
解： （1）和（2）两种情况下均只存在一个气-液界面， 其附加压力相同。根据拉普拉斯方程
p
2
r
2 58.91103 0.1106
Pa
1.178
103
kPa
（3）空气中存在的气泡，有两个气-液界面，其附加压力 为
p
4
r
4
58.91103 0.1106
M，——液体的摩尔质量及密度
液滴越小，r 越小，pr 越大
16
毛细管中曲率半径为r的凹液面
RT ln pr ＝- 2 Vm
p
r
凹液面的曲率半径越小，pr 越小
以水为例： pr(凸液面) >pr(平液面) >pr(毛细管中凹液面)，
且曲率半径r 越小，偏离程度越大。
固体表面
1. 朗缪尔吸附等温式
bp
H2O
=（72.75-486.5-375）mN m1 788.75mN m1 0
汞在水的表面上不能发生铺展
被吸附的物质—— 有吸附能力的物质——
吸附量：当吸附平衡时，单位重量吸附剂吸附的吸附质
即： na n
m
或： V a V
m
单位：molkg-1 单位： m3kg-1
V: 被吸附的气体在0 oC，101.325kPa下的体积
物理吸附与化学吸附：
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
物理吸附
19
1. 杨氏方程
M
固-液界面
P
l
s
O
O
润湿达平衡时，在O点处必有：
N
sl
s sl l cos
2. 润湿方程：
Ga
s
sl
l
l(cos 1) ≥ 0，θ≤180º
Gi
s
sl
l cos
≥ 0，θ ≤ 90º
Gs
s
sl
l
l(cos 1) ≥0，θ＝0º或不存在
铺展系数： S
Gs
s－ sl
l S ≥ 0 自动铺展
3. 对于理想的水平液面，其值为零的表面物理量是
(A) 表面功
(B) 表面吉布斯函数
(C) 表面张力 (D) 附加压力
答案：D
4. 表面张力是物质的表面性质，其值与很多因素有关，但 是它与下列因素无关
(A) 温度 (B) 压力 (C) 组成 (D) 表面积 答案：D
5. 若多孔性物质能被水润湿，则当水蒸气含量较大时，可首 先在该多孔性物质的孔隙中凝结，这是因为
分析： 利用拉普拉斯方程及毛细现象公式
p 2
r液
2 cos
h
r管 g
0o，cos =1 = r管
r液
r液 = r管
解： 0o，cos =1 = r管
r液
r液 = r管
p
2
r液
=
2 22.310-3 0.05 10-3
Pa=892Pa
h 2 cos = 2 r管 g r管 g
（8）溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中浓 度不同的现象 —— 溶液表面的吸咐
表面层浓度高于本体浓度—正吸附 表面层浓度低于本体浓度--负吸附
表面过剩或表面吸附量 ：
n Γ=
As
单位为molm-2
—单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与同量溶剂在溶液 本体中所含溶质物质的量的差值