第一章液體的表面第1頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月前言表面現(xiàn)象有著廣泛的應(yīng)用。主要有：1、吸附如用活性炭脫除有機(jī)物；用硅膠或活性氧化鋁脫除水蒸汽；用分子篩分離氮?dú)夂脱鯕猓慌菽∵x等。2、催化作用在多相催化中使用固體催化劑以加速反應(yīng)。如石油工業(yè)的催化裂化和催化加氫、膠束催化等。3、表面膜如微電子集成電路塊中有重要應(yīng)用的LB膜；在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中有重要意義的LB膜和人工膜；能延緩湖泊水庫(kù)水分蒸發(fā)的天然糖蛋白膜等。4、新相生成晶核生成或晶體生長(zhǎng)是典型的新相生成，過(guò)冷、過(guò)熱、過(guò)飽和等亞穩(wěn)現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因也是由于新相生成。表（界）面化學(xué)是一門(mén)既古老又年輕的科學(xué)，它是研究界面的物理化學(xué)規(guī)律及體相與表相的相互影響關(guān)系的一門(mén)學(xué)科。第2頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、泡沫乳狀液如油品乳化、破乳；泡沫滅火等。6、潤(rùn)濕作用如噴灑農(nóng)藥、感光乳液配制、電鍍工件的潤(rùn)濕及利用潤(rùn)濕作用進(jìn)行浮選等。7、洗滌如各種洗滌劑、洗發(fā)香波等。此外，在超細(xì)粉末和納米材料的制備和粉末團(tuán)聚的研究方面，表面現(xiàn)象都有重要的應(yīng)用。由上可見(jiàn)，表面化學(xué)所研究的是包括從宏觀到微觀的相界面。無(wú)論是在科學(xué)研究中或是工業(yè)應(yīng)用上，表面現(xiàn)象均有著極其廣泛的應(yīng)用。第3頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)概念分散度和比表面我們以比表面積（specificsurfacearea)來(lái)描述體系的分散程度。

比表面：?jiǎn)挝惑w積（或質(zhì)量）物質(zhì)所具有的表面積。

第4頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將邊長(zhǎng)為1cm的立方體加以切割立方體邊長(zhǎng)（cm)分割而得立方體數(shù)總表面積（cm2)比表面（cm-1)11661×10-1103606×1011×10-21066006×1021×10-310960006×1031×10-410126m26×1041×10-5101560m26×1051×10-61018600m26×1061×10-710216000m26×107可見(jiàn)超細(xì)微粒具有巨大的比表面積，因而具有許多獨(dú)特的表面效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。第5頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表面張力表面層粒子受力不均勻，產(chǎn)生內(nèi)壓力。表面有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，產(chǎn)生表面收縮力。表面層粒子受力分析表面張力：表面張力是指在液面上（對(duì)彎曲液面是在液面的切面上）垂直作用于單位長(zhǎng)度上的使表面積收縮的力。單位為N.m-1（牛頓.米-1）或mN.m-1（毫牛頓.米-1）第一章液體的表面第6頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn):f無(wú)摩擦、可自由活動(dòng)肥皂膜ldx若用鋼絲制成一框架，如上圖。一邊為可以自由活動(dòng)的金屬絲，將此金屬絲固定后，使框架沾上一層肥皂膜，若放松金屬絲，肥皂膜會(huì)自動(dòng)收縮以減小表面積。要使膜維持不變，需在金屬絲上加一力f，其大小與金屬絲長(zhǎng)度l成正比，比例系數(shù)

。因膜有兩個(gè)表面，故有：

為比例系數(shù)，稱(chēng)為表面張力系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為表面張力。第7頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表面吉布斯函數(shù)從皂膜實(shí)驗(yàn)中可以看出，液膜在外力f的作用下移動(dòng)了dx距離，做功為：根據(jù)熱力學(xué)基本關(guān)系，對(duì)于純物質(zhì)有：第8頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在恒溫，恒壓下，可逆非體積功，功等于系統(tǒng)的吉布斯函變：所以：

等于系統(tǒng)增加單位面積時(shí)，吉布斯函數(shù)的增加，所以，

也稱(chēng)為表面吉布斯函數(shù)。單位J·m-2

表面張力、單位面積的表面功、單位面積的表面吉布斯函數(shù)三者的數(shù)值、量綱等同，但它們有不同的物理意義，是從不同角度說(shuō)明同一問(wèn)題。第9頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由熱力學(xué)原理，dGT,P＜0為自發(fā)過(guò)程，所以這種分散度很大，吉布斯自由能很高的體系往往會(huì)發(fā)生dGT,P＜0的自動(dòng)過(guò)程。∵dGT,P,n=

dA∴要使dGT,P,n＜0有兩條途徑：①

減?。汉竺鎸⒅v述的吸附過(guò)程。②dA減?。好娣?、奶粉長(zhǎng)時(shí)間放置會(huì)自動(dòng)結(jié)塊，水滴呈球形等。第10頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

金屬鍵＞

離子鍵＞

極性鍵＞

非極性鍵,與壓強(qiáng)有關(guān)與溫度有關(guān)一般：溫度升高,

↓；溫度升高到臨界溫度Tc時(shí)，

→0一般：壓強(qiáng)升高,

↓；影響表面張力的因素與物質(zhì)本性有關(guān)分子間的作用力越大，

越大：第11頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.熱力學(xué)公式對(duì)一般多組分體系，未考慮相界面面積時(shí)：第12頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)體系作表面功時(shí)，G還是面積A的函數(shù)第13頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、彎曲液面下的附加壓強(qiáng)1.液面的曲率2.彎曲液面的附加壓強(qiáng)附加壓強(qiáng)ps：ps由表面張力的合力產(chǎn)生，指向“球心”的壓強(qiáng)ABpsp0p=p0+ps凸面ABpsp0p=p0-ps凹面ABABp0平面p=p0彎曲表面的特性第15頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月R為曲率半徑。①凸液面，附加壓力指向液體內(nèi)部，R越小，附加壓強(qiáng)越大。②平液面，R趨向于無(wú)窮大，附加壓強(qiáng)為零。③凹液面，附加壓力指向空氣，如水中的汽泡，R越小，附加壓強(qiáng)越大。第16頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣蝕現(xiàn)象氣塞現(xiàn)象第17頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月毛細(xì)現(xiàn)象：毛細(xì)管插入液相中，毛細(xì)管內(nèi)液體上升或下降的現(xiàn)象。原因：附加壓強(qiáng)ps=p靜壓時(shí)，在液面處達(dá)力平衡p大氣hp大氣pSrrmrm：毛細(xì)管半徑r：凹液面曲率半徑

第18頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鋤地現(xiàn)象玻璃板夾水難分開(kāi)第19頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Kelvin公式液滴或凸液面，曲率半徑越小，蒸氣壓越大凹液面，曲率半徑為負(fù)，蒸氣壓小于平液面的蒸氣壓，曲率半徑越小，蒸氣壓越低。平液面，pr=p0例如過(guò)熱液體過(guò)飽和蒸汽第20頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表面張力的測(cè)定方法環(huán)法環(huán)法是用天平的一臂或扭力絲設(shè)備將一鉑制成的圓環(huán)平置在液面上，然后測(cè)定使環(huán)脫離表面所需要的力F，F(xiàn)＝ω總-ω環(huán)，ω總為環(huán)脫離液面時(shí)的最大拉力，ω環(huán)為環(huán)的重量。F與表面張力的關(guān)系為其中R為環(huán)的平均半徑，f為校正因子。第21頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月毛細(xì)管上升法如圖，將一潔凈的半徑為r的均勻毛細(xì)管插入能潤(rùn)濕該毛細(xì)管的液體中，則由于表面張力所引起的附加壓力，將使液柱上升，達(dá)平衡時(shí)，附加壓力與液柱所形成的壓力大小相等，方向相反：

第22頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中h為達(dá)平衡時(shí)液柱高度，g為重力加速度，Δρ＝ρ液－ρ氣（ρ為密度）。

第23頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

若考慮到對(duì)彎液面的修正，常用公式為：

毛細(xì)管上升法理論完整，方法簡(jiǎn)單，有足夠的測(cè)量精度。應(yīng)用此法時(shí)除了要有足夠的恒溫精度和有足夠精度的測(cè)高儀外，還須注意選擇內(nèi)徑均勻的毛細(xì)管。第24頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

如圖3-77是最大壓力氣泡法測(cè)定表面張力的裝置。待測(cè)液體置于支管試管中，使毛細(xì)管端面與液面相切，液面隨時(shí)毛細(xì)管上升。打開(kāi)滴液漏斗緩慢抽氣。此時(shí)，由于毛細(xì)管液面所受壓力大于支管試管液圖3-77最大氣泡法表面張力測(cè)定裝置1-滴液漏斗，2-支管試管，3-毛細(xì)管，4-恒溫槽，5-壓差計(jì)最大壓力氣泡法第25頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

面所受壓力，毛細(xì)管液面不斷下降，將從毛細(xì)管緩慢析出氣泡。如圖3-78所示。在氣泡形成的過(guò)程中，由于表面張力的作用，凹液面產(chǎn)生一個(gè)指向液面外的附加壓力△P，因此有以下關(guān)系：圖3-78氣泡形成過(guò)程

附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑r成反比。第26頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吊片法與脫環(huán)法相比，吊片法的原理基本相同。但此法具有全平衡的特點(diǎn)，不需要密度數(shù)據(jù)且不需作任何校正，也不必將片拉離液面，而是只要將片與液面接觸即可。吊片法的基本原理是：吊片不動(dòng)，液面上升，待液面剛好與吊片接觸時(shí)，拉力f等于平衡時(shí)沿吊片周邊作用的液體表面張力。第27頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其中，l、d、w分別為吊片的寬和厚度和重量，2（l+d）表示吊片底周長(zhǎng)，可由已知表面張力的液體得到。若要取得較好的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)使吊片潤(rùn)濕且接觸角為零（可將吊片打毛），測(cè)油的表面張力時(shí)，可將吊片在煤氣焰