物理化学十表面现象.doc

本文由DINGLI2496383贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第十章 表面现象 日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关，例如： 1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。 2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈凹形。 3. 固体表面会自动吸附其它物质。 4. 微小液滴更易于蒸发。 表面现象：发生在相界面上的物理化学现象 产生表面现象的主要原因：就是处于表面层中物质的分 子与系 统内部物质的分子在力场上存在差异；或从能量的角度来 看，也 可以解释成为处于表面层的分子比内部分子具有较高的能 量。 比表面：就是指每单位体积的物质所具有的表面积，用 比表面Αs来表示 A 即： As= V §10.1表面张力 一、液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数 物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以气-液表 面分子与内部分子受力情况为例， 液体内部的任一分子，皆处于同 类分子的包围之中，平均来看，该 分子与周围分子间的吸引力是球形 对称的，各个方向上的力彼此抵消， 其合力为零。然而表面层的分子处 于不对称的环境中。 液体内部分子对它的吸引力，远远大于液面上蒸气分子对于它 的吸引力。使表面层分子受到指向液体内部的合力。 因而液体表 面的分子总是趋向移往液体内部，力图缩小表面积。 §10.1表面张力 在宏观上表面张力表现 : （a） (b) 图10－2表面张力的作用 图10－3表面功示意图 §10.1表面张力 为了准确地讨论表面张力的物理意义，人们又理想化设计了一个 模型， 比表面功 δWr = γ dA γ可理解为：使液体增加单位表面时环境所需作的可逆 功，称比表面功。 单位：J m-2 δWr γ= 仅仅是用来增加系统的表面积 : δW = f dx r dA δWr = dG 的物理意义：等温等压下增加单位表面积所引起的系统吉布 斯函数的变化。 γ 有两种意义 :既是表面张力又是比表面吉布斯函数 γ G γ = A T , P , N §10.1表面张力 二、界面的热力学方程 dU = TdS pdV + δWr + Σ B dnB dH = TdS + Vdp + δWr + Σ B dnB dA = SdT pdV + δWr + Σ B dnB dG = SdT + Vdp + δWr + Σ B dnB δ W r = γ dA U γ = A S ,V , N H A G γ = = = A S , p , N A T ,V , N A T , p , N §10.1 表面张力 三、影响表面张力的因素： （1）表面张力与物质的本性有关 表面张力是分子之间相互作用的结果，不同的物质其分子间的作用 力不同，表面张力也不相同。 （2）与接触相的性质有关： 一种物质与另外一种物质接触时，表面层（界面层）分子所受的力 场则不相同，因而表面张力会出现明显的差异。 （3）温度的影响 升高温度，一般液体的表面张力都降低。这是因为升高温度时，液 体分子间距离增大，引力减小，而与之共存的蒸气密度加大，对 液体表面分子的作用力增强，致使表面分子所受到的指向液体内 部的拉力减小，表面分子的吉布斯函数减小。 另外，压力分散度及运动情况对 也有一定的影响。 §10-2 润湿现象与接触角 一、润湿的分类 润湿是固体表面上的气体被液体取代的过程。 润湿现象就是指液体与固体接触时发生的一种界面现象，当液体 和固体接触时，由于液体表面性质和固体自身表面性质以及液— 固界面性质的不同，液体对固体的润湿情况也不同。 按照润湿程度的深浅或润湿性能的优劣来把润湿分为三大类。 （1）沾湿（ahhensional wetting） 所谓沾湿是指当固体表面与液体相接触气—固 界面和气—液界面在恒温恒压可逆条件下，将 液体沾附在固体的接触面上。如图10-4所示。 在沾湿过程中，假定其各个界面都为单位面积。 该过程的吉布斯函数的变化值。假定其值为W a 。 Ga = γ s l (γ s g + γ l g ) = Wa 图10-4 沾湿过程 §10-2 润湿现象与接触角 则此过程中， Wa 即称为沾湿功。 对于一个自发过程来讲， Wa 0 。 Wa 外 W a 所做的最大功。 是液固沾湿时，系统对 值愈大，液体愈容易润湿固体。 （2）浸湿（immersional wetting