13章_表面物理化学1

物理化学电子教案—第十三章

第十三章

界面现象

13.1 表面张力及表面Gibbs自由能 13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压 13.3 溶液的表面吸附 13.4 液-液界面的性质 13.5 膜 13.6 液-固界面-润湿作用 13.7 表面活性剂及其作用

13.8 固体表面的吸附 13.8 气-固相表面催化效应

表面现象

水滴为什么是圆 形而不是方形

表面现象

为什么可以水面 上漂

表面现象

ps

水在玻璃毛细管 中为什么会上升水

表面化学与其他学科的联系生命科学(生物膜及膜模拟化学)

表 面 化 学

能源科学(三次采油、煤的液化、化学电源)材料科学(超细材料、材料的表面改型) 信息科学(LB膜，微电子器件)

界面化学的发展和现状 1805 T . Young 提出界面张力概念 1806 P.S. Laplase 表面张力与曲率半径关系 1878 Gibbs 表面吸附方程 1916 Langmuir 固体吸附等温方程式

表面与界面化学虽是物理化学的传统研究领域，但 由于电子能谱、扫描隧道显微镜等新的实验技术的 出现，使得表面、界面效应及粒子尺寸效应的知识 呈指数上升式的积累，提出了在分子水平上进行基 础研究的要求。 当前涉及这一领域的研究已成为催化、电化学、胶 体化学的前沿课题，并与生命科学、材料科学、环 境科学、膜技术及医药学密切相关，是这些相关学 科要研究和解决的核心课题之一。

13.1 表面张力及表面Gibbs自由能

表面张力 表面热力学中的基本公式 界面张力与温度的关系 溶液表面张力与溶液浓度的关系

表面和界面(surface and interface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，

若其中一相为气相，这种界面通常称为表面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间

的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。

表面和界面(surface and interface)常见的界面有： 1.气-液界面

表面和界面(surface and interface)2.气-固界面

表面和界面(surface and interface)3.液-液界面

表面和界面(surface and interface)4.液-固界面

表面和界面(surface and interface)5.固-固界面

界面现象的本质表面层分子与体相内部分子相比，它们所处环境不同。

体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的， 各个方向的力彼此抵销； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质 分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质 分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面 层会显示出一些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不 同相中的

密度不同；对于多组分体系，则特性来自于 界面层的组成与任一相的组成均不相同。

界面现象的本质最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。

液体内部分子所受的力可以彼此 抵销但表面分子受到体相分子的拉力 大，受到气相分子的拉力小(因 为气相密度低),所以表面分子 受到被拉入体相的作用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表 面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、 毛细现象、过饱和状态等。

比表面(specific surface area)比表面通常用来表示物质分散程度，有两种常用 的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表 面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。 即：

Am As / m

或

AV As / V

式中，m和V分别为固体的质量和体积，As为其 表面积。

目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。

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。

边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况：

边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9 1nm

立方体数 1 103 109 1015 1021

比表面Av/(m2/m3) 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109 比表面增长了一千万倍

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。

表面张力(surface tension)在两相(特别是气-液)界面上，处处存 在着一种张力，它垂直于表面边界， 指向液体方向并与表面相切。 把作用于单位边界线上的这种力称为 表面张力，用g 表示，单位是N· -1。 m 将一含有一个活动边框的金属线框 架放在肥皂液中，然后取出悬挂， 活动边在下面。由于金属框上的肥 皂膜的表面张力作用，可滑动的边 会被向上拉，直至顶部。

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