1、，表面物理化學(xué)，第13章，表面物理化學(xué)，13.1表面張力和吉布斯自由能，13.2曲面下的附加壓力和蒸汽壓，13.3溶液的表面吸附，13.4液-液界面的性質(zhì)，13.5膜，13.6液-固界面的潤濕，13.7表面活性劑及其作用，13.8固體表面的吸附，13.9氣-固相表面催化反應(yīng)，表面和界面。界面是指兩相接觸時(shí)，厚度為幾個(gè)分子的過渡區(qū)。如果一個(gè)相是氣體，這個(gè)界面通常被稱為表面。嚴(yán)格地說，表面應(yīng)該是液體和固體及其飽和蒸汽之間的界面，但習(xí)慣上稱液體或固體和空氣之間的界面為液體或固體的表面。常見的界面有：氣液界面、氣固界面、液液界面、液固界面和固固界面。1。氣液界面，2。氣固界面，3。液-液界面、4。液固

2、界面，5。固體-固體界面，界面現(xiàn)象的本質(zhì)。對(duì)于單組分體系，這一特性主要來源于同一物質(zhì)在不同相中的不同密度；對(duì)于多組分體系，其特點(diǎn)是界面層的組成不同于任何相的組成。與內(nèi)部分子相比，表層分子處于不同的環(huán)境中，體相中作用于內(nèi)部分子的力是對(duì)稱的，各個(gè)方向的力相互抵消；然而，界面層中的分子一方面受到本體相中相同物質(zhì)分子的影響，另一方面受到另一相中具有不同性質(zhì)的物質(zhì)分子的影響，并且它們的作用力可能不會(huì)相互抵消，因此界面層將顯示出一些獨(dú)特的性質(zhì)。最簡單的例子是由液體及其蒸汽組成的表面。作用在液體中的分子上的力可以相互抵消，但是表面分子被大分子拉得比氣體分子更強(qiáng)(因?yàn)闅庀嗟拿芏鹊?，所以表面分子被拉進(jìn)大分子相

3、。這個(gè)力使表面自動(dòng)收縮到最小，并使表面層顯示出一些獨(dú)特的性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和等。界面現(xiàn)象的本質(zhì)，從圖中可以看出，分子在液體表層上的合力不是零，而是指向液體內(nèi)部的拉力f。比表面積通常用來表示物質(zhì)的分散程度，有兩種常用的方法：一種是單位質(zhì)量固體的表面積；另一個(gè)是單位體積的固體表面積。也就是說，在公式中，m和v分別是固體的質(zhì)量和體積，以及其表面積。目前常用的表面積測(cè)量方法有BET法和色譜法。分散性和比表面積，物質(zhì)分散成微粒的程度稱為分散性。一定尺寸的材料分割得越小，分散性越高，比表面積越大。例如，當(dāng)邊長為1 cm的1 cm3立方體逐漸被分成小立方體時(shí)，其比表面積將呈幾何級(jí)數(shù)增

4、長。分散度越高，比表面積越大，表面能越高。可見，達(dá)到納米量級(jí)的超細(xì)顆粒具有巨大的比表面積，因此具有許多獨(dú)特的表面效應(yīng)，成為新材料和多相催化的研究熱點(diǎn)。13.1表面張力和吉布斯自由能，表面張力，表面熱力學(xué)的基本公式，界面張力和溫度的關(guān)系，溶液表面張力和溶液濃度的關(guān)系，以及表面張力。由于表面層分子上的不平衡力，水滴趨向于球形，荷葉上的水銀珠和水滴也收縮成球形。液體表面最基本的特征是它易于收縮。將一個(gè)帶有活動(dòng)框架的金屬絲框架放入肥皂溶液中，然后將其取出，用下面的活動(dòng)邊緣將其懸掛。由于金屬框架上肥皂膜的表面張力，滑動(dòng)邊緣將被拉至頂部。從液膜自動(dòng)收縮的實(shí)驗(yàn)中，我們可以更好地理解這一現(xiàn)象。如果重物懸掛在可

5、移動(dòng)框架上，使得由重物W2和框架質(zhì)量W1產(chǎn)生的重力F等于相反方向上的總表面張力，則金屬絲將不再滑動(dòng)。此時(shí)，l是滑動(dòng)邊緣的長度。因?yàn)檫@在兩相(尤其是氣-液)的界面上，到處都有張力，它垂直于表面的邊界，指向液體的方向，并與表面相切。作用在單位邊界線上的力稱為表面張力，用g或表示。表面張力的單位是：表面張力是每單位長度垂直作用在表面上的收縮力，其作用的結(jié)果是使液體表面收縮，其方向是沿著液體表面，對(duì)于平坦的液體表面平行于液體表面；對(duì)于彎曲的液體表面，它與液體表面相切。沿表面切線方向每單位長度垂直作用在界面上的表面收縮力。表面張力和表面張力也可以理解如下：當(dāng)溫度、壓力和組成不變時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的非體積

6、功被稱為表面功，以可逆地增加表面積。它可以表示為：其中比例系數(shù)在數(shù)值上等于當(dāng)單位表面積在恒定的溫度、壓力和組成條件下增加時(shí)，系統(tǒng)必須做的可逆非體積功。測(cè)量表面張力的方法有很多，如毛細(xì)管上升法、失重法、吊環(huán)法、最大壓力氣泡法、掛板法和流體靜力學(xué)法等。純物質(zhì)的表面張力和表面張力與分子的性質(zhì)有關(guān)。通常，安東諾夫發(fā)現(xiàn)兩種液體之間的界面張力是兩種液體相互飽和時(shí)的表面張力之差，也就是說，由于氫鍵，水具有較大的表面張力。(金屬鍵)(離子鍵)(極性共價(jià)鍵)(非極性共價(jià)鍵)，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則叫做安東諾夫法則，(1)分子間作用力的影響，表面熱力學(xué)的基本公式，根據(jù)多組分熱力學(xué)的基本公式，對(duì)于需要考慮表面層的體系，因?yàn)橛?/p>

7、一個(gè)以上的表面相，表面功除了體積功之外還應(yīng)該增加，那么基本公式是，因此， 表面功的基本熱力學(xué)公式如下：表面自由能，表面自由能的廣義定義，表面自由能的狹義定義，又稱表面吉布斯自由能，表面自由能的單位，表面張力，表面功和表面吉布斯自由能，力角：單位長度液體表面的張力。 單位液體表面積增加時(shí)外力所做的功。Nmm-2能量角：隨著單位液體表面積的增加，表面自由能增加。Jm-2，(2)溫度的影響，通常是溫度，是由于物質(zhì)的B(1)-B(g)，它減少了表面層分子向液體內(nèi)部的拉力。(3)在壓力、界面張力與溫度的關(guān)系的影響下，界面張力隨著溫度的升高而降低，當(dāng)達(dá)到臨界溫度Tc時(shí)，界面張力趨于零。這可以用熱力學(xué)公式來

8、解釋：因?yàn)椋每偽⒎值男再|(zhì)，我們可以得到：方程的左邊是正的，因?yàn)殪乜偸请S著表面積的增加而增加(吸熱過程)。因此，它隨溫度的升高而降低，界面張力與溫度的關(guān)系，Ramsay和Shields用t的經(jīng)驗(yàn)公式常用：Etvs (Jotfers)曾提出溫度與表面張力的關(guān)系，即溶液表面張力與溶液濃度的關(guān)系，以及非表面活性物質(zhì)與水的表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而變化。能明顯增加水表面張力的溶質(zhì)稱為非表面活性物質(zhì)。例如無機(jī)鹽和不揮發(fā)的酸和堿。這些物質(zhì)的離子具有很強(qiáng)的水合作用，并易于被水分子拖入水中。表面上的非表面活性物質(zhì)的濃度低于本體上的濃度。如果你想增加單位表面積，所做的功也必須包括克服靜電引力所消耗的功，所以表面張力增加。溶液的表面張力與溶液濃度的關(guān)系，表面活性物質(zhì)，加入后能明顯降低水的表面張力的溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。這種物質(zhì)通常含有親水極性基團(tuán)和疏水非極性碳鏈或碳環(huán)有機(jī)化合物。親