1、2022-1-24111第十章第十章 界面现象界面现象2022-1-24122自然界中物质的存在状态：自然界中物质的存在状态：气气液液 固固界面现象界面现象气气液界面液界面液液液界面液界面固固液界面液界面固固气界面气界面固固固界面固界面界面：所有两相的接触面界面：所有两相的接触面2022-1-24133界面相示意图界面相示意图 界面并不是两相接触的几何界面并不是两相接触的几何面，它有一定的厚度，一般约几面，它有一定的厚度，一般约几个分子厚，故有时又将界面称为个分子厚，故有时又将界面称为“界面相界面相”。 界面的结构和性质与相邻两界面的结构和性质与相邻两侧的体相都不相同。侧的体相都不相同。 例：
2、水滴分散成微小水滴例：水滴分散成微小水滴分为分为1018个个 直径：直径：10nm表面积：表面积：314.16 m2 直径：直径：1cm表面积：表面积：3.1416 cm2表面积是原来的表面积是原来的106倍倍 一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。2022-1-24144 小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积，因此小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积，因此由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。 人们把粒径在人们把粒径在1 11000nm1000nm的粒子组成的分散系统称的粒子组成的
3、分散系统称为胶体为胶体( (见第十二章见第十二章) )，由于其具有极高的分散度和很大，由于其具有极高的分散度和很大的比表面积，会产生特有的界面现象，所以经常把胶体的比表面积，会产生特有的界面现象，所以经常把胶体与界面现象一起来研究，称为胶体表面化学。与界面现象一起来研究，称为胶体表面化学。 物质的分散度可用比表面积物质的分散度可用比表面积as来表示，其定义为来表示，其定义为 as = As/m 单位为单位为m2 kg-1。2022-1-24155我们身边的胶体界面现象我们身边的胶体界面现象雨滴雨滴露珠露珠曙光晚霞曙光晚霞碧海蓝天碧海蓝天 在界面现象这一章中，将应用物理化学的基本原理，对界面的特
4、殊在界面现象这一章中，将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。性质及现象进行讨论和分析。2022-1-2416610.1界面张力界面张力 1. 液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数 的由来：的由来：表面分子受力不对称表面分子受力不对称所以液体表面有自动收缩的倾向，扩展表面要作功。所以液体表面有自动收缩的倾向，扩展表面要作功。2022-1-24177 若使膜维持不变，需在金属丝上加一力若使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小，其大小与金属丝长度与金属丝长度 l 成正比，比例系数成正比，比例系数 。因膜有两个表。因膜有两个表面，故
5、有：面，故有： ：引起表面收缩的单位长度上的力，：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：单位：Nm-1。（1） 液体的表面张力液体的表面张力即：即：/2/2FlFl 2 2FlFl 实验：实验：l2022-1-24188 ：使系统增加单位表面所需的可逆功使系统增加单位表面所需的可逆功 ，称为表面功。，称为表面功。 单位：单位：Jm-2。 （IUPAC以此来定义表面张力）以此来定义表面张力） 当用外力当用外力F 使使皂膜面积增大皂膜面积增大dA时，时，需克服表面张力作可需克服表面张力作可逆表面功。逆表面功。（2）表面功）表面功d2 ddd2 ddWFxl xAWFxl xA 即：即：r rs sd
6、 dW WA A 2022-1-24199 恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变（3）表面吉布斯函数：）表面吉布斯函数： ：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数函数。 单位：单位：Jm-2。 三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为：均可化为： Nm-1r,sr,sddddT pT pWGAWGA 即：即：s sT ,p,NT ,p,NG GA A 2022-1-2411010 当系统作表面功时，当系统作表面功时，G 还是面积还是面
7、积A的函数，的函数，若系统若系统内只有一个相界面，且两相内只有一个相界面，且两相T、p相同相同 ，2. 热力学公式热力学公式),(CBnnpTfG 对一般多组分体系：对一般多组分体系：( , ,)( , ,)sBCsBCGf T p AnnGf T p Ann B ( )B ( )sB ( )B ( )sB BddddddddddGSTVpnAGSTVpnA 例例1sBBBAddnpdVSdTdA)(sBBBAddnVdpTdSdH)(sBBBAddnpdVTdSdU)(这式是这式是更具普遍意义的热力学基本方程更具普遍意义的热力学基本方程, 可适用于可适用于组成可变和高度分散的系统组成可变和高
8、度分散的系统2022-1-2411111B ( )B ( )B ( )B ( )B ( )B ( )B ( )B ( )ssssssssT ,p,nS, V ,nS,p,nT ,p,nS, V ,nS,p,nT , V ,nT , V ,nGUHAGUHAAAAAAAAA 恒恒T、p、 、恒组分恒组分 下积分，有：下积分，有：s ss sG GA A 全微分得：全微分得：s s, ,s ss sd dd dd dT Tp pG GA AA A 可知自发降低表面自由焓有两种途径可知自发降低表面自由焓有两种途径降低表面积降低表面积 降低表面张力降低表面张力dT ,pG s (离子键离子键) (极性
9、键极性键) (非极性键非极性键)（2） 与接触相的性质有关。与接触相的性质有关。T 气相中分子密度气相中分子密度 液相中分子距离液相中分子距离 （有例外）（有例外） 其中：其中： 0与与n为经验常数。为经验常数。 0 01 1n nc cT /TT /T2022-1-2411313（4）压力的影响。）压力的影响。 Pa表面分子受力不对称的程度表面分子受力不对称的程度 b气体分子可被表面吸附，改变气体分子可被表面吸附，改变 , c气体分子溶于液相气体分子溶于液相 1atm H2O = 72.8 mN/m10atm H2O = 71.8 mN/m一般：一般：p10atm, 1mN/m，例，例:Homework 2
