20 C , 72.88103 N m1 80 C , 62.61103 N m1
压力的影响
定T下， p↗，气体ρ↗，吸附及溶解↗ ， γ↘ 界面介质
一定温度下，同一物质： γ(s-g) >> γ(l-g) 。 溶入溶质时，界面张力随溶质浓度的变化不定
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§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 三、影响界面张力的因素
能量量纲
Fdx
γ dAS γ 2ldx
单位面积之能量
物理意义：沿着与表面相切方向，垂直作用在表面任
意单位长度线段上的紧缩力。
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
二、表面吉布斯函数
定温定压、可逆条件下：
d GT ,p
δ
W
'
r
d
AS
F≠0
F=0
G AS T , p,n — — 表 面 吉 布 斯 函 数
γ随分子间作用力的增强而增大。一般有： γ(金属键)> γ(离子键)> γ(极性键) > γ(非极性键) 如： γ(液态金属)> γ(熔融盐)> γ(水) > γ(有机溶剂)
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§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
三、影响界面张力的因素
温度的影响
定p下，一般 T↗，液体ρ↘，分子间力↘，γ↘
如H2O
2016编辑
第七章
界面现象 （Interfacial Phenomenon）
学时：6 主讲: 王女 课程中心：物理化学B
第七章 界面现象 界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的
2
多尺度特殊浸润性材料
PU c-PVA c-PVA
PU
Macromol. Rapid Commun.,2008, 29, 485; Soft Matter, 2012, 8, 5996; Acs Applied
学习 要求
及
重点
➢理解弯曲液面附加压力的概念，掌握Laplace 方程；
➢掌握Kelvin方程，会分析几种亚稳状态；
➢了解润湿现象，掌握杨氏方程；
➢理解固体及溶液吸附概念及区别，掌握 Langmuri和Gibbs吸附等温式；
➢了解表面活性剂结构特征及定向排列作用；
7
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
水(液)
2.5
水(液/汽)
90
水(液/苯)
293
Hg (液)
293
Hg (液/水)
293
NaCl (固)
293
MgO (固)
293
Cu(液)
293
Fe (固)
293
Fe (液)
293
W (固)
72.75 72.88 35.0 485 415
90 1200 1268 2150 1880 2900
293 293 293 293 293 1173 298 1203 1673 1808 2000
面积及界面张力均改变时：
dG dG (界 面) d( AS ) dAS AS d
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§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 四、 界面现象热力学
讨论： dG dG (界 面 ) d( AS ) dAS ASd
γ一定时： γ dAS<0 时为自发。 如小液滴的自发合并长大；
As一定时：Asdγ <0 时为自发。 如吸附现象；
物理意义：定温定压、定组成下，增加dAS表面积所 引起系统G的增量。 单位：J ·m-2 = N ·m-1
或积分： dG G体G表 G体
AS 0
d
AS
G表 AS
G表 AS
单位表面积上的分子比同量内部分子过剩的Gibbs能
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§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 三、影响界面张力的因素 物质本质—分子间作用力的影响
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§7-1 表面张力和表面吉布斯函数
四、 界面现象热力学 以Gibbs函数为判据，对多组分且组成可变、含一
个确定相界面的封闭系：
G G(T , p, n1, n2 nk , AS ) 使：G G(体相) G(界面)
dG SdT Vdp
B( )dnB( ) dAS
B
定温定压恒组成时：dG(体相)=0 dG dAS
Materials & Interfaces, 2012, 4, 3207; J. Mater. Chem. A, 2016, 3, 4365; J. Mater. Chem.
A, 2016, 4, 12014; NPG Asia Materials, 2016, in Press.
3
第七章 界面现象 界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的 ➢ 界面(表面)现象随处可见
单 位 ：m 1
应用：日化、造纸、涂料、催化、採油、冶金、 生物医药、环境治理等。
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第七章 界面现象
目录 §7-1 表面张力和表面吉布斯函数 §7-2 弯曲液面的附加压力 §7-3 分散度对物质性质的影响与亚稳状态 §7-4 润湿现象 §7-5 吸附现象
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第七章 界面现象
➢理解表面张力和表面吉布斯能概念，以及其 影响因素，理解界面变化自发方向的判断；
多 孔 硅 胶
活性碳膜
金滴-水滴-皂泡 4
第七章 界面现象
界面无处不在，没有界面的世界是无法想象的
表面（界面）的
能量。系统分散度愈大过剩能量愈大。
分散度-比表面：单位质量(或体积)物质的表面积。
aS AS m 单 位 ：m 2 kg1; 或 aS AS V 多孔硅胶 a S 300 ~ 700 m 2 g 1 活性炭 a S 1000 ~ 2000 m 2 g 1
γ 、 AS皆可变时： γ dAS+ ASd γ <0时为自发。
如润湿现象；
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§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 四、 界面现象热力学
讨论：定T 定p、组成恒定的分散过程热力学 Gibbs函数变：d G d AS
常压下一些液体、固体的表面张力和液-液界面张力
物质
γ /10-3N·m-1
T/K
物质
γ /10-3N·m-1
T/K
He (液) N2 (液) 丙酮(液) 正辛酮(液) 正己烷(液) 正辛烷(液) 乙醇(液) 苯(液) 正辛烷(液/水) 正己烷(液/水)
0.308 6.6 23.7 27.5 18.4 21.8 22.75 28.88 50.8 51.5
➢理解表面张力和表面吉布斯函数概念 知 识 ➢了解影响表面(界面)张力的因素 点 ➢理解界面变化热力学
F≠0 F=0
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§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 一、表面(界面)张力
§7-1 表面张力和表面吉布斯函数 一、表面(界面)张力
l
m
dx
F
F 2l
单位： N ·m-1
表面功 δWr'
δWr '