表界面现象

物理化学试卷 答案

一、选择题 ( 共68题 121分 ) 1. 2 分 (6601)

6601

[答] (A) 表面张力???随温度之增高而下降，由 ?p = 2??/R 知，右端冷却时 其附加压力增加而左端不变，故向左移动。

2. 2 分 (6602) 6602

[答] (B) 温度上升，表面张力下降。

3. 2 分 (6603)

6603

[答] (C)

4. 2 分 (6604)

6604

[答] (A)

界面现象习题集

1、为什么自由液滴必成球形？

答：纯液体表面上的分子比内部分子具有更高的能量，而能量降级为一自发过程，所以它必然导致表面面积为最小状态。

2、为什么有云未必有雨？如何使云变成雨

答：空气的上升运动，造成气温下降，形成过饱和水气；加上吸湿性较强的凝结核的作用，水气凝结成云，来自云中的云滴，冰晶体积太小，不能克服空气的阻力和上升气流的顶托，从而悬浮在空中。当云继续上升冷却，或者云外不断有水气输入云中，使云滴不断地增大，以致於上升气流再也顶不住时候，才能从云中降落下来，形成雨。

3、分子间力与什么有关，其与表面张力的关系何在？

答：分子间力与温度、电荷分布、偶极矩、分子相对质量、外加电场有关 表面张力实质为每增加单位表面积所增加的自由焓 1）表面张力的物理意义需用分子间作用力解释：

在液体表面，表面分子的两侧受力不等。气相分子对它的引力远远小于液相。必然受到向下的拉力。所以，要将液体内部的分子拉至表面，必须克服分子间力对其做功。 该功主要用来增加其表面能。即： ? d w ' ? ? dA Γ为增加单位表面积所做的功。 对纯液体而言，热力学诸函数关系为： dG?Vdp?sdT??dA d

第九章 界面现象

第九章 界面现象

一、本章小结

1. 表面张力、表面功及表面吉布斯函数

表面张力γ：引起液体或固体表面收缩的单位长度上的力，单位为N·m?1。 表面功：δWr'/dAs，使系统增加单位表面所需的可逆功，单位为J·m?2。

表面吉布斯函数：(?G/?As)T,p,nB(?)，恒温恒压下系统增加单位表面时所增加的吉布斯函数，单位为J·m?2。

表面吉布斯函数的广义定义：

?U?H?A?G)S,V,nB(?)?()S,p,nB(?)?()T,V,nB(?)?()T,p,nB(?) ?As?As?As?As??(???Wr'dAs?dGT,pdAs

表面张力是从力的角度描述系统表面的某强度性质，而表面功及表面吉布斯函数则是从能量角度和热力学角度描述系统表面的某一性质。三者虽为不同的物理量，但它们的数值及量纲等同的，均可化为N·m?1。

在一定温度、压力下，若系统有多个界面，其总界面吉布斯函数：

Gs???iAsii

2. 弯曲液面的附加压力、拉普拉斯方程

附加压力：Δp=p内?p外 拉普拉斯方程：?p?2? r规定弯曲液面凹面一侧压力位p内，凸面一侧压力位p外；γ为表面张力；r为弯曲液面的曲率半径，△p一律取正值；附加压力方向总

第十章 界面现象

10.3 298.15K时，乙醚-水、乙醚-汞及水-汞的界面张力分别为0.0107N·m-1、0.379 N·m-1及0.375 N·m-1，若在乙醚与汞的界面上滴一滴水，试求其润湿角。

乙醚 σ乙醚-水 σ汞-乙醚 汞 θ σ汞-水 10.3题

解：此润湿过程如图所示，因此可按杨氏方程计算接触角。

?汞-乙醚??汞 -水??乙醚-水cos? cos???汞-乙醚??汞 -水0.379?0.375??0.3738

?乙醚-水0.0107??68.05?

10.5 已知CaCO3在773.15K时的密度为3900kg·m-3，表面张力为1210×10-3N·m-1，分解压力为101.325Pa。若将CaCO3研磨成半径为30nm(1nm=10-9m)的粉末，求其在773.15K时的分解压力。

解：一定温度下CaCO3的分解压力是指CaCO3分解产物CO2的平衡压力。此分解压力与反应物CaCO3的分散度即颗粒半径之间关系可用开尔文公式表示，即

pr2?M2?1.21?100.09?10?3ln??pRT?r8.314?773.

物化第十章 界面现象习题

一、名词解释 1. 表面活性剂 2. 接触角 3. 表面张力 4. 临界胶束浓度 5. 吸附

6. 溶液的表面吸附 二、简答题

1 兰格缪尔吸附理论的基本假设是什么？在推导BET公式时，所作的基本假设是什么？二者的使用范围如何？

2. 进行蒸馏实验时，通常在蒸馏瓶中加入少量碎瓷片或沸石类的物质以防止暴沸，试分析其原因。 3. 为什么表面活性剂能大大地降低水的表面张力？

4. 表面活性物质的增溶作用是什么？增溶作用与一般溶解有什么区别？ 5. 气-固、液-固、液-液界面分别以什么方式降低表面自由能？ 6. 简述人工降雨的科学道理。

7. 加热液体时为什么会出现过热现象？怎样避免暴沸？请解释原因。 8 为什么空气中会出现水蒸气过饱和的现象？人工降雨的道理何在？ 9. 在亲水固体表面，经过表面活性剂（如防水剂）处理后，为什么可以改变其表面性质，使其具有憎水性？ 三、判断题

1. 比表面吉布斯自由能与表面张力符号相同，数值相等,所以两者的物理意义相同。 2. 在液体中形成的小气泡，气泡的半径越小，泡内饱和蒸汽压越小。 3. 若增加浓度能使表面张力增大时，则溶质在表面层发生正吸附。 4.只有表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，

1.定义与概念

表界面是由一个相到另一个相的过渡区域。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 表面功：温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加d??所需要对体系作的功，称为表面功。

单位质量的吸附剂具有的表面积为比表面积（单位：m2/g)；吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示。

接触角：在三相交界处自固—液界面经过液体内部到气—液界面的夹角叫接触角，以θ表示。 表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度叫临界胶束浓度（CMC）。

亲疏平衡值（HLB）：HLB的大小表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小，HLB 值越大，表示该表面活性剂的亲水性越强，HLB越低，则亲油性或疏水性越强。其中石蜡 HLB＝0， 油酸钾 HLB＝20；十二烷基硫酸酯钠 HLB＝40。故阴离子表面活性剂HLB在1~40之间，非离子表面活性剂的HLB在1~20之间。

非离子型表面活性剂乳状液随着温度升高，从原来O/W（水包油）型转变为W/O（油包水）型的温度，称为相转型温度（PIT），也叫做亲水—亲油平衡温度（HLB温度）。测定方法：由于O/W型比 W/O型的电导率高，在转相时电导率发生突变，那么此时的温度即为PIT。

少量活性剂的加入可使水的表面张力迅速下降，但到

第六章相平衡

一、选择题

1. N2的临界温度是124 K,如果想要液化N2就必须： (A)在恒温下增加压力 (B)在恒温下降低压力 (C)在恒压下升高温度 （D)在恒压下降低温度

2. CuSO4与水可生成CuSO4?H2O,CuSO4?3H2O,CuSO4?5H2O三种水合物，则在一定温度下与水蒸气平衡的含水盐最多为：B

(A)3种 (B)2种 (C)1种 (D)不可能有共存的含水盐 3. 将固体 NH4HCO3(s) 放入真空容器中，恒温到 400 K，NH4HCO3 按下式分解并达到平衡:NH4HCO3(s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g) 体系的组分数 C 和自由度数 f 为：C (A)C= 2， f= 1 (B)C= 2， f= 2 (C)C= 1， f= 0 (D)C= 3， f= 2 4. 在一个密封的容器中装满了温度为373.15 K的水，一点空隙也不留，这时水的蒸气压：（ D ）

(A)等于零 (B

复习内容： 一 液体表面

1研究液体结构的基本假设。

（1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；(2)液体中没有晶态区域和能容纳其他原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力决定。 2

间隙多面体，径向分布函数。

液体结构的刚性球自由密堆可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点。液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b) 八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体

四面体间隙占了主要地位，所以四面体间隙配位是液体结构的另一特征，四面体配位中的各相邻原子的间距就成为液体结构的最近邻原子间距。

随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。 3

液体原子结构的主要特征。

（1）液体结构中近

复习内容： 一 液体表面

1研究液体结构的基本假设。

（1）组成液体的原子（或分子）分布均匀、连贯、无规则；(2)液体中没有晶态区域和能容纳其他原子或分子的孔洞；（3）液体的结构主要由原子间形成的排斥力决定。 2

间隙多面体，径向分布函数。

液体结构的刚性球自由密堆可以用间隙多面体来表示，其中原子处在多面体间隙的顶点。液体自由密堆结构的5种理想间隙：(a)四面体间隙；(b) 八面体间隙；(c)三棱柱的侧表面被覆盖3个半八面体间隙；(d)阿基米德反棱柱被覆盖2个半八面体间隙；(e)正方十二面体

四面体间隙占了主要地位，所以四面体间隙配位是液体结构的另一特征，四面体配位中的各相邻原子的间距就成为液体结构的最近邻原子间距。

随着温度升高（低于材料熔点Tm），原子间距增加，原子震动幅度提高，但仍然保持有序结构。这时的原子数量的变化不再是一系列离散的线，所以再用原子数量（N(r)）来表示不同径向距离（r）处原子的分布就显得不太合适，而通常采用的方法是用在不同径向距离（r）处原子出现的密度来表示。用密度分布函数ρ(r)来代替离散的数量值N(r)时，分布函数的峰值就代表了在距离中心原子r处原子出现的概率。 3

液体原子结构的主要特征。

（1）液体结构中近

第08期表界面化学在材料研究中的应用1

综述专论

表界面化学在材料研究中的应用

刘佳 程山

（中北大学 化工与环境学院 030051）

摘要：表界面化学一直是人们研究的重要方向，本文综述了表界面化学知识在无机材料及复合材料中的应用，尤其近些年又一突破性的进展—在军工方面中的应用，总结了一些研究材料表界面的现代分析方法。研究表界面化学知识不仅对人们的生产、生活具有重要的意义，而且还对军工研究具有重要指导意义。

关键词：表界面化学 无机材料 复合材料中图法分类号：TQ562

文献标识码：A

文章编号：T1672-8114(2013)08-001-03

1 引言

表界面科学是当代国际上最活跃的学科之一。它涉及物理化学、数学、生物学、半导体科学、材料科学等许多基础学科和应用学科，而逐渐形成多学科交叉的发展极为迅速的一个科学领域。尽管表界面科学是多学科交叉的科学，但涉及日常生活、工业生产、生命科学等许多方面，具有很强的实用性。近些年来，随着现代表面测试和研究手段不断发展及创新，使人们有可能从更深层次观察多种体系的表面和界面现象，对表面及界面发生的化学过程和物理过程都可获得直观的信息。因此，研究工作也得到很大的发展。由于表面科学的基础理论研