表面物理化学思维导图

一、选择题

1. 下列说法中不正确的是：( C ) (A) 生成的新鲜液面都有表面张力 (B) 平面液体没有附加压力 (C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心 (D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心 2. 水在临界温度时的表面Gibbs自由能： （ C ）

(A) (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 无法确定

-3 -3

3. 一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1×10m，另一端为 3×10m，水的表

-1

面张力为 0.072 N·m。如用

第十三章 表面物理化学

[本章要点]

1.明确表面张力和表面吉布斯自由能的概念，了解表面张力与温度的关系。

2.明确弯曲表面附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，会使用杨——拉普拉斯公式。

3.掌握吉布斯吸附等温式的表示形式及各项的物理意义，并能做简单计算。

4.了解表面活性剂及分类和集中重要用途。

5.了解润湿和铺展，了解气固吸附的本质及吸附等温式的主要要求。

6.了解化学吸附和物理吸附的区别，以及化学吸附与多相催化反应的关系。

截面科学是化学，物理，生物，材料和信息等学科之间相互交叉和渗透的一门重要边缘科学，是当前三大科学技术（生命科学、材料科学和信息科学）前沿领域的桥梁，是在原子或分子尺度上探讨两相界面是激昂发生的化学过程，以及化学过程前驱的一些物理过程。

研究对象：气-液，气—固，液—液，液—固和固—固等宏观截面和一些微观界面。

研究表面层上的行为或研究多相的高分散系统的性质时，必

须考虑物质的分散度。

比表面（A0)：表示多相系统的分散尺度。 A0 def Asm 或 A0=

ASV

As:物质的总表面积，m物质的质量，则比表面表示单位质量物质的表面积。其单位是m·g

2

-1

V:物质的体

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

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

物理化学试卷

试题 1

对比表面吉布斯自由能正确的叙述是: 在温度.压力和组成恒定时, (A) 可逆地使表面增加单位表面积时,对体系所做的可逆非膨胀功

(B) 单位面积的表面层分子可逆地从表面转移到体相内部,环境对体系所做的功 (C) 每增加单位面积,体系内能的增加值 (D) 每增加单位面积,体系焓的增加值

(E) 每增加单位面积体系吉布斯自由能的增加值

试题 2

下列叙述对表面张力与比表面自由能这两个概念的认识正确的是； (A) 物理意义不同 (B) 量纲和单位不同 (C) 物理意义及量纲都不同 (D) 量纲相同单位不同 (E) 物理意义不同,单位相同

试题 3

定温下,用实验方法直接测定两相界面张力时,下面哪两相界面是不能 直接测定的:

(A) 固-气 (B) 固-固 (C) 液-气 (D) 液-液 (E) 固-液

试题 4

小心地把一根缝衣针放在水面上，则针有可能“浮”在水面上，下列哪 种情况最易成功：

(A) 细长的针放在肥皂水水面上

界面与胶体化学习题课

（一） 界面与胶体化学主要公式

1． 表面张力（表面自由能）

?G??()T,P,nB（单位 N/m,J/m2）

?A2． 弯曲表面下的附加压力（Young-Laplace）

2?Ps????gh

R（R为曲率半径，??为弯曲表面两边的物质密度差）

4?（肥皂泡Ps?）

R毛细管中h?2?2??cos?，（R毛细管半径，?接触角） ?R????gR????g3． 弯曲表面下的蒸气压（Kelvin）

RTlnP22??M11?(?) (小液滴，大液滴，土壤中的P1?R2R1毛细管吸附水，不同粒度物质的溶解度)

4． 吸附等温式Langmuir，BET等（注意使用条件）：

ad??5． 吉布斯表面吸附等温式：??? （讨论正、负吸附） RTdao

6． 接触角：0

?>90o固体不为液体润湿。

7． 胶体中沉降平衡时粒子随高度分布公式：

RTlnN24???r3(?粒子??介质)?g?N0(X2?X1) N138． Rayleigh散射公式：散射光强度与入射光波长的四次方成

反比例。

胶团构造：（AgI） [(AgI)m·nI-,(n-x)K+]x-·xK+

胶核，胶粒，胶团，双电层，电泳，电渗，流动电势，沉降

第七章 表面现象习题

1. 在293K时，把半径为10-3 m的水滴分散成半径为10-6 m小水滴，问比表面增加了多少

倍？表面吉布斯能增加了多少？完成该变化时，环境至少需做功多少？已知293K时水的表面张力为0.07288 N/m. 解：

(1)as?A球V球＝4?r433as,2?as,1as,1?10?62?33r?r?310310?3?103?3

44?33?639?[?(10)]/[?(10)]?10个V233?62?32?32?3?4(2)分散后液滴数n?9V1?A＝A2?A1?10?4?(10)?4?(10)?4??10m?G???A?0.07288?4??10(3)W???G??9.158?10?4?9.158?10JJ

2. 将10-6 m3油分散到盛有水的烧杯内，形成半径为10-6 m的粒子的乳状液。设油水间界面张力为62×10 N/m，求分散过程所需的功为多少？所增加的表面自由能为多少？如果加入微量的表面活性剂之后，再进行分散，这是油水界面张力下降到42×10-3 N/m。问此分散过程所需的功比原来过程减少多少？ 解：

(1)A2?V1V2A单个乳状油滴＝1043(2)?G??W＝-0.186J(3)加入表面活性剂后，所需

1. 什么是表面自憎现象？

某种低能液体在高能表面铺展形成单分子铺展层后，多余低能液体在固体表面不能铺展而形成液滴的现象叫做表面自憎现象。 2．什么是毛细凝结？

在亲液毛细体系中，液体在毛细管中能够形成凹液面，毛细体系中液体的饱和蒸汽压远小于正常饱和蒸汽压，使饱和蒸汽压在该体系中易于凝结的现象。

3．表面现象有着广泛的应用

吸附:如用活性炭脱除有机物；用硅胶或活性氧化铝脱除水蒸汽；用分子筛分离氮气和氧气；泡沫浮选等。

催化作用:在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。如石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。

表面膜:如微电子集成电路块中有重要应用的LB膜；在生物学和医学研究中有重要意义的BL膜和人工膜；能延缓湖泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。

新相生成：晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、过热、过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成。 泡沫乳状液：如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。

润润现象：喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润湿及利用润湿作用 进行浮选等。洗涤工业。 4. 影响表面张力的因素

分子间相互作用力的影响：对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子

间形成化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。两种液体间的界面张力，界于

一、选择题

1. 下列说法中不正确的是：( C ) (A) 生成的新鲜液面都有表面张力 (B) 平面液体没有附加压力 (C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心 (D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心 2.

水在临界温度时的表面Gibbs自由能： （ C ） (A) (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 无法确定 3.

一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1×10-3 m，另一端为 3×1

第十三章 表面物理化学

教学目的与要求:

使学生了解和掌握表面化学热力学，表面化学的有关概念，气-液界面，气-固界面，液-液界面和固-液界面（如固气吸附以及吸附规律）的特点和性质以及这些性质的特殊应用，表面活性剂的性质及作用等内容。

重点与难点:

表面化学热力学，表面化学的有关概念，气液界面，气固界面（如固气吸附以及吸附规律），液—液界面和固—液界面的特点和性质以及这些性质的特殊应用，表面活性剂的性质及作用等内容。

界面： 密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称为界面，有五类界面，其中一相是气体时也可称为表面。

处于表面的分子和处于体相的分子的差异使界面表现出一些独特的性质，在前边的体系的讨论中，由于界面的物质的量和体相比较，微乎其微，所以表面性质的差异对整个体系性质的影响也微不足道，可以不予考虑。但在下面将要研究的体系中, 当分散程度增大时，表面性质对体系将起一定的作用，有必要进行专门的讨论。

界面科学是化学物理生物材料和信息等学科之间相互交叉和渗透的一门重要的边缘科学，是当前三大科学技术（生命科学，材料科学和信息科学）前沿领域的桥梁。界面化学是在原子或分子尺度上探讨两相界面上发生的化学过程以及化学前驱的一些物理过程。

分散程度