表面张力及表面Gibbs自由能.pptx
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1、2023/3/211表面和界面表面和界面 (surface and interface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。常见的界面有:气-液界面,气-固界面,液-液界面,液-固界面,固-固界面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面,但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。第1页/共28页2023/3/2121.气-液界面空气气-液界面第2页/共28页2023/3/2132.气-固界面气-固界面第3页/共28页2023/3/2143.液-液界面液-液界面第4页/共28页2023/3/215玻璃板液-固界面4.液-固界面第5
2、页/共28页2023/3/2165.固-固界面铁管Cr镀层固-固界面第6页/共28页2023/3/217界面现象的本质界面现象的本质 对于单组分系统,这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同;对于多组分系统,则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。表面层分子与内部分子相比所处的环境不同 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的,各个方向的力彼此抵销;但是处在界面层的分子,一方面受到体相内相同物质分子的作用,另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用,其作用力未必能相互抵销,因此,界面层会显示出一些独特的性质。第7页/共28页2023/3/218 最简单的例子是液体及其蒸
3、气组成的表面。液体内部分子所受的力可以彼此抵销,但表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小(因为气相密度低),所以表面分子受到被拉入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并使表面层显示出一些独特性质,如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。第8页/共28页2023/3/219界面现象的本质第9页/共28页2023/3/2110比表面比表面(specific surface area)比表面通常用来表示物质分散的程度,有两种常用的表示方法:一种是单位质量的固体所具有的表面积;另一种是单位体积固体所具有的表面积。即:式中,m 和 V 分别为固体的质量和体积,As为其
4、表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。第10页/共28页2023/3/2111分散度与比表面分散度与比表面 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小,则分散度越高,比表面也越大。例如,把边长为1 cm的立方体1 cm3,逐渐分割成小立方体时,比表面将以几何级数增长。分散程度越高,比表面越大,表面能也越高 可见达到nm级的超细微粒,具有巨大的比表面积,因而具有许多独特的表面效应,成为新材料和多相催化方面的研究热点。第11页/共28页2023/3/211213.1 表面张力及表面表面张力及表面Gibbs自由能自由能表面张力表面热力学的基本公式界面张力与温度的
5、关系溶液的表面张力与溶液浓度的关系第12页/共28页2023/3/2113表面张力(表面张力(surface tension)由于表面层分子的受力不均衡,液滴趋向于呈球形,水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中,然后取出悬挂,活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用,可滑动的边会被向上拉,直至顶部。从液膜自动收缩的实验,可以更好地认识这一现象 第13页/共28页2023/3/2114第14页/共28页2023/3/2115 如果在活动边框上挂一重物,使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F与总的表面张力大小相
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