第九章表面現(xiàn)象第九章表面現(xiàn)象1第九章表面現(xiàn)象第九章表面現(xiàn)象29.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.2彎曲液面下的附加壓力和彎曲液面上的蒸氣壓9.3溶液的表面吸附9.4表面活性物質(zhì)9.5液-固界面的潤濕作用第九章表面現(xiàn)象9.6固體表面對氣體的吸附9.7固體在溶液中的吸附9.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.2彎曲液面下的3界面：兩相的接觸面第九章表面現(xiàn)象液氣固氣-液界面液-液界面氣-固界面液-固界面液-液界面與氣體接觸的界面也稱表面即，氣液表面和氣固表面界面：兩相的接觸面第九章表面現(xiàn)象液氣固氣-液界面液-液界4第九章表面現(xiàn)象氣-液界面第九章表面現(xiàn)象氣-液界面5第九章表面現(xiàn)象氣-固界面第九章表面現(xiàn)象氣-固界面6第九章表面現(xiàn)象液-液界面第九章表面現(xiàn)象液-液界面7第九章表面現(xiàn)象液-固界面第九章表面現(xiàn)象液-固界面8第九章表面現(xiàn)象液-液界面第九章表面現(xiàn)象液-液界面9關(guān)于界面：（1）界面并不是兩相接觸的幾何面，它有一定的厚度，厚度為納米級，大約是單分子層或幾個分子層。（2）界面兩側(cè)的兩相中物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)是不同的，但在相界面處，物質(zhì)的性質(zhì)又和兩相內(nèi)部物質(zhì)的性質(zhì)都不相同。界面是系統(tǒng)中特殊的部分。第九章表面現(xiàn)象關(guān)于界面：（1）界面并不是兩相接觸的幾何面，它有一定的厚度，109.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.1.1比表面比表面：表示物質(zhì)分散程度的物理量。單位體積或單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積，單位是m-1或m2·kg-1。用符號S0表示第九章表面現(xiàn)象式中A是體積為V(m3)或質(zhì)量為m(kg)的物質(zhì)所具有的總表面積。或

9.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.1.1比表面比11系統(tǒng)的分散程度很高時，表面現(xiàn)象不能忽略例：大水滴分散成微小水滴第九章表面現(xiàn)象分成1021個半徑1cm半徑1nm總表面積1.26×10-3m21.26×104m2比表面積3×10-1m2·kg-13×106m2·kg-1

系統(tǒng)的分散程度很高時，表面現(xiàn)象不能忽略例：大水滴分散成微小水129.1.2比表面吉布斯自由能任何兩相界面上的分子所處的環(huán)境與本體內(nèi)部的分子不同，相界面的分子所處力場不對稱。第九章表面現(xiàn)象處在液體表面上的分子所受的合力不等于零，其合力垂直于液面而指向液體內(nèi)部。9.1.2比表面吉布斯自由能任何兩相界面上的分子所處的環(huán)13由于液體表面分子的受力不均，在沒有其它作用力存在時，所有的液體都有縮小表面積的自發(fā)趨勢。

第九章表面現(xiàn)象相反，若要擴展液體的表面，即把一部分分子從內(nèi)部移到表面上來，就必須克服液體內(nèi)部分子之間的吸引力而對系統(tǒng)做功，此功稱為表面功。由于液體表面分子的受力不均，在沒有其它作用力14在溫度、壓力和組成恒定時，可逆地擴展液體表面積，環(huán)境對系統(tǒng)所做的表面功δW′應(yīng)與增加的表面積dA成正比。若以表示比例系數(shù)，則式中σ為比例系數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)T，P及組成恒定的條件下，增加單位表面積時所必須對體系做的可逆非體積功。第九章表面現(xiàn)象在溫度、壓力和組成恒定時，可逆地擴展液體表面15在定溫定壓可逆條件下比表面吉布斯σ的物理意義:(1)在定溫定壓和組成恒定的條件下，增加單位表面積引起系統(tǒng)吉布斯自由能的增量。(2)當(dāng)以可逆方式增加新表面時，環(huán)境對系統(tǒng)所做的表面功轉(zhuǎn)化為表面層分子的吉布斯自由能。第九章表面現(xiàn)象因此單位J·m－2

在定溫定壓可逆條件下比表面吉布斯σ的物理意義:第九章表面16實驗:金屬絲移動dx的距離擴展皂膜，皂膜有上下兩個面，因此表面張力:在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意單位長度切線上的表面緊縮力，單位是N·m－1。第九章表面現(xiàn)象9.1.3表面張力實驗:金屬絲移動dx的距離擴展皂膜，皂膜有上下兩個面，因此表17比表面吉布斯自由能與表面張力：

第九章表面現(xiàn)象

數(shù)值上相同，量綱相同，但物理意義不同。它們是兩個不同的概念，都是客觀存在并相互聯(lián)系的，是從不同的角度來反映系統(tǒng)的表面特征。

(2)是強度性質(zhì)，數(shù)值與物質(zhì)的種類，共存另一相的性質(zhì)以及溫度、壓力等因素有關(guān)。壓力升高，表面張力下降，即溫度升高，表面張力下降，即比表面吉布斯自由能與表面張力：第九章表18注：(1)純液體的表面張力通常是指液體與其飽和了本身蒸氣的空氣接觸時測得的數(shù)據(jù)。第九章表面現(xiàn)象(2)如果共存的另一相為其他物質(zhì)時，則因為另一相中的其他物質(zhì)對液體表面層分子的作用力不同，所以表面張力也就可能有相當(dāng)大的變化。(3)作用在液—液或液—固界面上的張力稱為界面張力。注：第九章表面現(xiàn)象(2)如果共存的另一相為19（1）平面第九章表面現(xiàn)象9.2.1彎曲液面下的附加壓力9.2彎曲液面下的附加壓力和彎曲液面上的蒸氣壓表面張力的方向與液面相切，如果液面是水平的，則表面張力也是水平的。平衡時，沿環(huán)形面積AB周界的表面張力相互抵消，此時液體表面內(nèi)外的壓力相等，即p=p0AB9.2.1.1彎曲液面下的附加壓力（1）平面第九章表面現(xiàn)象9.2.1彎曲液面下的附加壓20（2）凸面或凹面第九章表面現(xiàn)象

對于彎曲液面，沿AB周界上的表面張力不是水平的，其方向垂直于周界且與液面相切。平衡時，表面張力將產(chǎn)生一合力，指向曲面曲率半徑的中心，此時液面內(nèi)外壓差，即附加壓力ABAB（2）凸面或凹面第九章表面現(xiàn)象對于21第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式（1）在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R′的球狀液滴與之平衡。外壓為p0，附加壓力為Δp，液滴所受總壓為p0＋Δp（2）對活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許，使液滴體積增加dV，相應(yīng)地其表面積增加dA。環(huán)境克服附加壓力所作的功與可逆增加表面積的吉布斯自由能增加相等。第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式（1）在毛細(xì)22第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式因此拉普拉斯公式

第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式因此拉普拉斯23第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式關(guān)于拉普拉斯公式：（1）附加壓力與液面曲率半徑有關(guān)。液滴愈小，所受到的附加壓力愈大。（2）當(dāng)彎曲液面為凸面時，r>0，Δp>0，即凸面下液體所受到的壓力比平面下要大；當(dāng)液面為凹面時，r<0，Δp<0，即凹面下液體所受到的壓力比平面下要小。如液面為平面，可以認(rèn)為r→∞，故Δp=0，這時液面下壓力等于外壓力。（3）Δp方向指向曲率半徑的中心。第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式關(guān)于拉普拉斯24第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）液滴為何呈球形或橢球形不規(guī)則形狀液滴的附加壓力

出現(xiàn)不規(guī)則的彎曲形狀的液滴，在液面不同部位，其彎曲方向和曲率都不同，由此產(chǎn)生的附加壓力也不同，在凸面處附加壓力指向液體內(nèi)部，而在凹面處則指向相反的方向，這種不平衡的力必將迫使液滴變形。

只有球面上各點的曲率都相同，各處的附加壓力一樣，液滴受力平衡，才會呈現(xiàn)穩(wěn)定的形狀。在沒有外力影響下，自由存在的液滴通常都呈球形。在重力等外力作用下，液滴則呈橢球形。第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）液滴為何呈球形或橢球形25第九章表面現(xiàn)象（2）毛細(xì)管現(xiàn)象（1）θ<90°，h>0，液體在毛細(xì)管中上升（2）θ>90°，h<0，液體在毛細(xì)管中下降（3）θ=0°，討論:第九章表面現(xiàn)象（2）毛細(xì)管現(xiàn)象（1）θ<90°，h>0，26第九章表面現(xiàn)象9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓重新達(dá)平衡平液面液體(T,p0)飽和蒸氣(T,p*)液體(T,pr)飽和蒸氣(T,pr*)彎曲液面對純液體對蒸氣因此第九章表面現(xiàn)象9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓重新達(dá)平衡27第九章表面現(xiàn)象開爾文公式9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓第九章表面現(xiàn)象開爾文公式9.2.2彎曲液面上的蒸氣28第九章表面現(xiàn)象討論：，9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓（1）對于凸液面，，即凸面液體的飽和蒸氣壓比平面液體高。（2）對于凹液面，，即凹面液體的飽和蒸氣壓比平面液體高。比較飽和蒸氣壓：小液滴半徑越小，其飽和蒸氣壓比平面液體蒸氣壓高得越多。小氣泡半徑越小，其飽和蒸氣壓比平液面液體蒸氣壓低得越多。第九章表面現(xiàn)象討論：，9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓（29第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）人工降雨

過飽和蒸氣:按照相平衡條件，應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣OC:通常液體的飽和蒸氣壓曲線O′C′:微小液滴的飽和蒸氣壓曲線應(yīng)用:在空中撒入粉末狀干冰或AgI顆粒作為凝結(jié)中心第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）人工降雨30第九章表面現(xiàn)象（2）過熱現(xiàn)象過熱液體:按照相平衡條件，應(yīng)當(dāng)沸騰而不沸騰的液體假設(shè)在100Kpa、373K距離液面0.02m的深度有半徑為10nm的小氣泡，其承受的壓力消除過熱現(xiàn)象:加入沸石第九章表面現(xiàn)象（2）過熱現(xiàn)象過熱液體:按照相平衡條件31第九章表面現(xiàn)象9.3溶液的表面吸附

9.3.1溶液表面張力與濃度的關(guān)系（1）σ隨溶質(zhì)c增加而升高，如曲線I。溶液表面張力與濃度的關(guān)系

水溶液的表面張力隨濃度變化的規(guī)律大致可分為三種類型（2）σ隨溶質(zhì)c增加而降低，開始σ降得較快，隨后逐漸緩慢，如圖曲線II。屬于這類溶質(zhì)的有無機鹽，不揮發(fā)性的無機酸、堿、以及蔗糖、甘露醇等多羥基有機物。（3）加入少量溶質(zhì)就可使溶液σ急劇下降，但降低到一定程度后變化趨于平緩，達(dá)到一定濃度后，表面張力趨于一極限值，如圖中曲線III。屬于這類溶質(zhì)的有短鏈的醇、醛、酮、酸和胺等有機物。屬于這類溶質(zhì)的有短鏈的醇、醛、酮、酸和胺等有機物。第九章表面現(xiàn)象9.3溶液的表面吸附9.3.1溶32第九章表面現(xiàn)象

能夠使水的表面張力升高的物質(zhì)。這些物質(zhì)的離子吸引水分子而趨向于把水分子拖入溶液內(nèi)部，造成水的表面張力增加。廣義上指能夠降低水的表面張力的物質(zhì)，但習(xí)慣上只把那些能明顯降低水的表面張力的具有兩親性質(zhì)的有機化合物叫做表面活性物質(zhì)，也稱為表面活性劑。這些物質(zhì)的憎水基部分企圖離開水而移向表面，造成水的表面張力下降。非表面活性物質(zhì):表面活性物質(zhì):第九章表面現(xiàn)象能夠使水的表面張力升高的物33第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式溶液的表面吸附:溶質(zhì)在溶液表面層的濃度和溶液本體的濃度不同的現(xiàn)象。

溶液表面張力的降低:（1）縮小表面積;（2）通過調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層中的數(shù)量。吉布斯吸附等溫式:表面吸附量或表面過剩:在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量比同量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的超出值，單位mol·m-2。第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式溶液的表面吸34第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式討論:（1）若，是正吸附，表面層中溶質(zhì)濃度高于本體溶液，即增加濃度使溶液的表面張力下降，屬表面活性物質(zhì)。（2）若，是負(fù)吸附，表面層中溶質(zhì)濃度低于本體溶液，即增加濃度使溶液的表面張力升高，屬表面惰性物質(zhì)。第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式討論:359.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)第九章表面現(xiàn)象表面活性劑在吸附層的定向排列和吸附量9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)第九章表面現(xiàn)象表面36第九章表面現(xiàn)象表面活性物質(zhì)的曲線朗格繆爾吸附等溫式9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)第九章表面現(xiàn)象表面活性物質(zhì)的37第九章表面現(xiàn)象9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)計算表面活性物質(zhì)橫截面積第九章表面現(xiàn)象9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)計算389.4表面活性物質(zhì)第九章表面現(xiàn)象9.4.1表面活性物質(zhì)的分類

離子型非離子型表面活性劑陰離子型陽離子型兩性離子型聚氧乙烯醚RO(CH2CH2O)nH聚氧乙烯酯RCOO(CH2CH2O)nH多元醇型RCOOCH2C(CH2OH)3

磺酸鹽羧酸鹽磷酸酯鹽硫酸酯鹽氨基酸型RN+CH2CH2COO-甜菜堿型RN+(CH3)2CH2COO-伯胺鹽RNHX-

季銨鹽RN+(CH3)3X-9.4表面活性物質(zhì)第九章表面現(xiàn)象9.4.1表面活399.4.2表面活性劑的HLB值第九章表面現(xiàn)象（2）HLB值越大，其親水性越強，HLB值越小,其親水性越弱，親油性越強。HLB值:即親水親油平衡值，由格里芬提出，表示表面活性劑的親水性和親油性的相對強弱（1）表面活性劑的HLB值是個相對值。石蠟完全沒有親水基，所以HLB=0；而完全是親水基的聚乙二醇HLB=20，所以非離子型表面活性劑的HLB介于0～20之間。9.4.2表面活性劑的HLB值第九章表面現(xiàn)象（2409.5液-固界面的潤濕作用第九章表面現(xiàn)象接觸角:在氣、液、固三相交界點O，對液滴表面作切線OB，OA與固液界面OB之間通過液體內(nèi)部的夾角θ。σs-gσl-gσs-l9.5液-固界面的潤濕作用第九章表面現(xiàn)象接觸角:σs41第九章表面現(xiàn)象（1）θ=0°，完全潤濕，液體在固體上完全鋪展成平面；（2）θ<90°稱為潤濕；（3）θ>90°稱為不潤濕。接觸角可以通過實驗測定楊氏方程接觸角的大小取決于固體、液體的表面張力及固－液之間界面張力的相對大小。當(dāng)三者在水平方向達(dá)平衡時

第九章表面現(xiàn)象（1）θ=0°，完全潤濕，液體在固體上完全42第九章表面現(xiàn)象楊氏（Young）方程

討論：

（2）如果，則0°<θ<90°，固體能被液體潤濕。（3）如果，則，θ<90°，固體不能被液體所潤濕。（1）如果，則，完全潤濕。第九章表面現(xiàn)象楊氏（Young）方程討論：（2）如43應(yīng)用：第九章表面現(xiàn)象在許多情況下，需要改善固體的潤濕性，使液體能自發(fā)地在固體表面充分鋪展。噴灑農(nóng)藥時要求農(nóng)藥對植物葉面潤濕性能良好，液滴在葉面上能夠充分自然鋪展，水分揮發(fā)后在葉面上留下均勻的一薄層藥劑，如果潤濕不好，葉面上藥劑仍自然聚成滴狀，這樣不僅容易滾落，而且水分揮發(fā)后，在葉面上留下藥劑斑點，對植物葉面造成藥害。將表面活性劑加入液體農(nóng)藥中制成乳狀液，一方面保證藥劑高度分散，同時改進(jìn)藥劑對葉面的潤濕性，乳化劑的親油基朝向葉面，在葉面上形成單分子膜，親水基朝向水中，這樣非極性的葉面變成親水性，使藥劑易于鋪展。應(yīng)用：第九章表面現(xiàn)象在許多情況下，需要改449.6固體表面對氣體的吸附第九章表面現(xiàn)象9.6.1吸附作用9.6.1.1氣—固吸附9.6固體表面對氣體的吸附第九章表面現(xiàn)象9.6.1459.7固體在溶液中的吸附第九章表面現(xiàn)象9.7.1固體在稀溶液中對溶質(zhì)分子的吸附9.7固體在溶液中的吸附第九章表面現(xiàn)象9.7.1469.4表面活性物質(zhì)第九章表面現(xiàn)象9.4表面活性物質(zhì)第九章表面現(xiàn)象47第九章表面現(xiàn)象第九章表面現(xiàn)象48第九章表面現(xiàn)象第九章表面現(xiàn)象499.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.2彎曲液面下的附加壓力和彎曲液面上的蒸氣壓9.3溶液的表面吸附9.4表面活性物質(zhì)9.5液-固界面的潤濕作用第九章表面現(xiàn)象9.6固體表面對氣體的吸附9.7固體在溶液中的吸附9.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.2彎曲液面下的50界面：兩相的接觸面第九章表面現(xiàn)象液氣固氣-液界面液-液界面氣-固界面液-固界面液-液界面與氣體接觸的界面也稱表面即，氣液表面和氣固表面界面：兩相的接觸面第九章表面現(xiàn)象液氣固氣-液界面液-液界51第九章表面現(xiàn)象氣-液界面第九章表面現(xiàn)象氣-液界面52第九章表面現(xiàn)象氣-固界面第九章表面現(xiàn)象氣-固界面53第九章表面現(xiàn)象液-液界面第九章表面現(xiàn)象液-液界面54第九章表面現(xiàn)象液-固界面第九章表面現(xiàn)象液-固界面55第九章表面現(xiàn)象液-液界面第九章表面現(xiàn)象液-液界面56關(guān)于界面：（1）界面并不是兩相接觸的幾何面，它有一定的厚度，厚度為納米級，大約是單分子層或幾個分子層。（2）界面兩側(cè)的兩相中物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)是不同的，但在相界面處，物質(zhì)的性質(zhì)又和兩相內(nèi)部物質(zhì)的性質(zhì)都不相同。界面是系統(tǒng)中特殊的部分。第九章表面現(xiàn)象關(guān)于界面：（1）界面并不是兩相接觸的幾何面，它有一定的厚度，579.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.1.1比表面比表面：表示物質(zhì)分散程度的物理量。單位體積或單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積，單位是m-1或m2·kg-1。用符號S0表示第九章表面現(xiàn)象式中A是體積為V(m3)或質(zhì)量為m(kg)的物質(zhì)所具有的總表面積?；?/p>

9.1比表面吉布斯自由能和表面張力9.1.1比表面比58系統(tǒng)的分散程度很高時，表面現(xiàn)象不能忽略例：大水滴分散成微小水滴第九章表面現(xiàn)象分成1021個半徑1cm半徑1nm總表面積1.26×10-3m21.26×104m2比表面積3×10-1m2·kg-13×106m2·kg-1

系統(tǒng)的分散程度很高時，表面現(xiàn)象不能忽略例：大水滴分散成微小水599.1.2比表面吉布斯自由能任何兩相界面上的分子所處的環(huán)境與本體內(nèi)部的分子不同，相界面的分子所處力場不對稱。第九章表面現(xiàn)象處在液體表面上的分子所受的合力不等于零，其合力垂直于液面而指向液體內(nèi)部。9.1.2比表面吉布斯自由能任何兩相界面上的分子所處的環(huán)60由于液體表面分子的受力不均，在沒有其它作用力存在時，所有的液體都有縮小表面積的自發(fā)趨勢。

第九章表面現(xiàn)象相反，若要擴展液體的表面，即把一部分分子從內(nèi)部移到表面上來，就必須克服液體內(nèi)部分子之間的吸引力而對系統(tǒng)做功，此功稱為表面功。由于液體表面分子的受力不均，在沒有其它作用力61在溫度、壓力和組成恒定時，可逆地擴展液體表面積，環(huán)境對系統(tǒng)所做的表面功δW′應(yīng)與增加的表面積dA成正比。若以表示比例系數(shù)，則式中σ為比例系數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)T，P及組成恒定的條件下，增加單位表面積時所必須對體系做的可逆非體積功。第九章表面現(xiàn)象在溫度、壓力和組成恒定時，可逆地擴展液體表面62在定溫定壓可逆條件下比表面吉布斯σ的物理意義:(1)在定溫定壓和組成恒定的條件下，增加單位表面積引起系統(tǒng)吉布斯自由能的增量。(2)當(dāng)以可逆方式增加新表面時，環(huán)境對系統(tǒng)所做的表面功轉(zhuǎn)化為表面層分子的吉布斯自由能。第九章表面現(xiàn)象因此單位J·m－2

在定溫定壓可逆條件下比表面吉布斯σ的物理意義:第九章表面63實驗:金屬絲移動dx的距離擴展皂膜，皂膜有上下兩個面，因此表面張力:在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意單位長度切線上的表面緊縮力，單位是N·m－1。第九章表面現(xiàn)象9.1.3表面張力實驗:金屬絲移動dx的距離擴展皂膜，皂膜有上下兩個面，因此表64比表面吉布斯自由能與表面張力：

第九章表面現(xiàn)象

數(shù)值上相同，量綱相同，但物理意義不同。它們是兩個不同的概念，都是客觀存在并相互聯(lián)系的，是從不同的角度來反映系統(tǒng)的表面特征。

(2)是強度性質(zhì)，數(shù)值與物質(zhì)的種類，共存另一相的性質(zhì)以及溫度、壓力等因素有關(guān)。壓力升高，表面張力下降，即溫度升高，表面張力下降，即比表面吉布斯自由能與表面張力：第九章表65注：(1)純液體的表面張力通常是指液體與其飽和了本身蒸氣的空氣接觸時測得的數(shù)據(jù)。第九章表面現(xiàn)象(2)如果共存的另一相為其他物質(zhì)時，則因為另一相中的其他物質(zhì)對液體表面層分子的作用力不同，所以表面張力也就可能有相當(dāng)大的變化。(3)作用在液—液或液—固界面上的張力稱為界面張力。注：第九章表面現(xiàn)象(2)如果共存的另一相為66（1）平面第九章表面現(xiàn)象9.2.1彎曲液面下的附加壓力9.2彎曲液面下的附加壓力和彎曲液面上的蒸氣壓表面張力的方向與液面相切，如果液面是水平的，則表面張力也是水平的。平衡時，沿環(huán)形面積AB周界的表面張力相互抵消，此時液體表面內(nèi)外的壓力相等，即p=p0AB9.2.1.1彎曲液面下的附加壓力（1）平面第九章表面現(xiàn)象9.2.1彎曲液面下的附加壓67（2）凸面或凹面第九章表面現(xiàn)象

對于彎曲液面，沿AB周界上的表面張力不是水平的，其方向垂直于周界且與液面相切。平衡時，表面張力將產(chǎn)生一合力，指向曲面曲率半徑的中心，此時液面內(nèi)外壓差，即附加壓力ABAB（2）凸面或凹面第九章表面現(xiàn)象對于68第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式（1）在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R′的球狀液滴與之平衡。外壓為p0，附加壓力為Δp，液滴所受總壓為p0＋Δp（2）對活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許，使液滴體積增加dV，相應(yīng)地其表面積增加dA。環(huán)境克服附加壓力所作的功與可逆增加表面積的吉布斯自由能增加相等。第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式（1）在毛細(xì)69第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式因此拉普拉斯公式

第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式因此拉普拉斯70第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式關(guān)于拉普拉斯公式：（1）附加壓力與液面曲率半徑有關(guān)。液滴愈小，所受到的附加壓力愈大。（2）當(dāng)彎曲液面為凸面時，r>0，Δp>0，即凸面下液體所受到的壓力比平面下要大；當(dāng)液面為凹面時，r<0，Δp<0，即凹面下液體所受到的壓力比平面下要小。如液面為平面，可以認(rèn)為r→∞，故Δp=0，這時液面下壓力等于外壓力。（3）Δp方向指向曲率半徑的中心。第九章表面現(xiàn)象9.2.1.2拉普拉斯公式關(guān)于拉普拉斯71第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）液滴為何呈球形或橢球形不規(guī)則形狀液滴的附加壓力

出現(xiàn)不規(guī)則的彎曲形狀的液滴，在液面不同部位，其彎曲方向和曲率都不同，由此產(chǎn)生的附加壓力也不同，在凸面處附加壓力指向液體內(nèi)部，而在凹面處則指向相反的方向，這種不平衡的力必將迫使液滴變形。

只有球面上各點的曲率都相同，各處的附加壓力一樣，液滴受力平衡，才會呈現(xiàn)穩(wěn)定的形狀。在沒有外力影響下，自由存在的液滴通常都呈球形。在重力等外力作用下，液滴則呈橢球形。第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）液滴為何呈球形或橢球形72第九章表面現(xiàn)象（2）毛細(xì)管現(xiàn)象（1）θ<90°，h>0，液體在毛細(xì)管中上升（2）θ>90°，h<0，液體在毛細(xì)管中下降（3）θ=0°，討論:第九章表面現(xiàn)象（2）毛細(xì)管現(xiàn)象（1）θ<90°，h>0，73第九章表面現(xiàn)象9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓重新達(dá)平衡平液面液體(T,p0)飽和蒸氣(T,p*)液體(T,pr)飽和蒸氣(T,pr*)彎曲液面對純液體對蒸氣因此第九章表面現(xiàn)象9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓重新達(dá)平衡74第九章表面現(xiàn)象開爾文公式9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓第九章表面現(xiàn)象開爾文公式9.2.2彎曲液面上的蒸氣75第九章表面現(xiàn)象討論：，9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓（1）對于凸液面，，即凸面液體的飽和蒸氣壓比平面液體高。（2）對于凹液面，，即凹面液體的飽和蒸氣壓比平面液體高。比較飽和蒸氣壓：小液滴半徑越小，其飽和蒸氣壓比平面液體蒸氣壓高得越多。小氣泡半徑越小，其飽和蒸氣壓比平液面液體蒸氣壓低得越多。第九章表面現(xiàn)象討論：，9.2.2彎曲液面上的蒸氣壓（76第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）人工降雨

過飽和蒸氣:按照相平衡條件，應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣OC:通常液體的飽和蒸氣壓曲線O′C′:微小液滴的飽和蒸氣壓曲線應(yīng)用:在空中撒入粉末狀干冰或AgI顆粒作為凝結(jié)中心第九章表面現(xiàn)象解釋常見現(xiàn)象:（1）人工降雨77第九章表面現(xiàn)象（2）過熱現(xiàn)象過熱液體:按照相平衡條件，應(yīng)當(dāng)沸騰而不沸騰的液體假設(shè)在100Kpa、373K距離液面0.02m的深度有半徑為10nm的小氣泡，其承受的壓力消除過熱現(xiàn)象:加入沸石第九章表面現(xiàn)象（2）過熱現(xiàn)象過熱液體:按照相平衡條件78第九章表面現(xiàn)象9.3溶液的表面吸附

9.3.1溶液表面張力與濃度的關(guān)系（1）σ隨溶質(zhì)c增加而升高，如曲線I。溶液表面張力與濃度的關(guān)系

水溶液的表面張力隨濃度變化的規(guī)律大致可分為三種類型（2）σ隨溶質(zhì)c增加而降低，開始σ降得較快，隨后逐漸緩慢，如圖曲線II。屬于這類溶質(zhì)的有無機鹽，不揮發(fā)性的無機酸、堿、以及蔗糖、甘露醇等多羥基有機物。（3）加入少量溶質(zhì)就可使溶液σ急劇下降，但降低到一定程度后變化趨于平緩，達(dá)到一定濃度后，表面張力趨于一極限值，如圖中曲線III。屬于這類溶質(zhì)的有短鏈的醇、醛、酮、酸和胺等有機物。屬于這類溶質(zhì)的有短鏈的醇、醛、酮、酸和胺等有機物。第九章表面現(xiàn)象9.3溶液的表面吸附9.3.1溶79第九章表面現(xiàn)象

能夠使水的表面張力升高的物質(zhì)。這些物質(zhì)的離子吸引水分子而趨向于把水分子拖入溶液內(nèi)部，造成水的表面張力增加。廣義上指能夠降低水的表面張力的物質(zhì)，但習(xí)慣上只把那些能明顯降低水的表面張力的具有兩親性質(zhì)的有機化合物叫做表面活性物質(zhì)，也稱為表面活性劑。這些物質(zhì)的憎水基部分企圖離開水而移向表面，造成水的表面張力下降。非表面活性物質(zhì):表面活性物質(zhì):第九章表面現(xiàn)象能夠使水的表面張力升高的物80第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式溶液的表面吸附:溶質(zhì)在溶液表面層的濃度和溶液本體的濃度不同的現(xiàn)象。

溶液表面張力的降低:（1）縮小表面積;（2）通過調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層中的數(shù)量。吉布斯吸附等溫式:表面吸附量或表面過剩:在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量比同量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的超出值，單位mol·m-2。第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式溶液的表面吸81第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式討論:（1）若，是正吸附，表面層中溶質(zhì)濃度高于本體溶液，即增加濃度使溶液的表面張力下降，屬表面活性物質(zhì)。（2）若，是負(fù)吸附，表面層中溶質(zhì)濃度低于本體溶液，即增加濃度使溶液的表面張力升高，屬表面惰性物質(zhì)。第九章表面現(xiàn)象9.3.2吉布斯吸附等溫式討論:829.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)第九章表面現(xiàn)象表面活性劑在吸附層的定向排列和吸附量9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)第九章表面現(xiàn)象表面83第九章表面現(xiàn)象表面活性物質(zhì)的曲線朗格繆爾吸附等溫式9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)第九章表面現(xiàn)象表面活性物質(zhì)的84第九章表面現(xiàn)象9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)計算表面活性物質(zhì)橫截面積第九章表面現(xiàn)象9.3.3表面活性物質(zhì)的吸附層結(jié)構(gòu)計算859.4表面活性物質(zhì)第九章表面現(xiàn)象9.4.1表面活性物質(zhì)的分類

離子型非離子型表面活性劑陰離子型陽離子型兩性離子型聚氧乙烯醚RO(CH2CH2O)nH聚氧乙烯酯RCOO(CH2CH2O)nH多元醇型RCOOCH2C(CH2OH)3

磺酸鹽羧酸鹽磷酸酯