物化7教案课件
70页1、第七章 界面现象,界面无处不在,没有界面的世界是无法想象的。 混沌未分天地乱,茫茫渺渺无人见。 自从盘古破鸿蒙,开辟从兹清浊辨。,界面现象随处可见 球型的液滴和气泡、它们碰撞后的自动聚集长大; 桌面上水滴与汞滴的不同、及在玻璃管中呈凹和凸液面; 液体的过热、过冷,溶液的过饱和; 活性炭的脱色、多孔硅胶的吸水干燥功能等。,表面现象的形成: 处于固体或液体表面的分子具有比其内部分子过剩的能量。系统分散度愈大过剩能量愈大。,分散度的度量比表面:单位质量(或体积)的物质的表面积。,第七章 界面现象,例: 一边长l1=1cm的立方体。V=1cm3、总表面积 AS,1=6l12=6cm2; 分割成l2=10-7cm的小立方体(1021个),V总=1cm3, AS,2 =6l2 21021cm2=6 107cm2; 比表面aS也增加一千万倍;表面能也增加一千万倍。 即是说:粉碎机对物料所做功转化为物料表面能。分散度 愈高,表面能愈高。,第七章 界面现象,高的表面能必将引起特殊的表面性质。 人脑的总表面积比猿脑大10倍; 绿叶具有大的质量表面,提高了光合作用的量子效率; 固体催化剂的催化作用,在于其高
2、活性的表面; 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。,第七章 界面现象,界面性质的应用: 轻工业(日化、造纸、涂料、橡胶); 催化化工; 纳米材料制备; 採油、选矿及冶金; 生物医药; 环境治理等。,第七章 界面现象,本章要求: 理解表面吉布斯函数和表面张力的概念、测量及影响因素,理解界面变化的自发方向的判断; 掌握弯曲液面附加压力的概念及相关计算,掌握开尔文方程,正确分析几种介稳状态; 理解固体及溶液吸附概念及区别,掌握朗格缪尔、吉布斯吸附等温式的含义及计算; 了解几种润湿现象,掌握杨氏方程及计算;,第七章 界面现象,习题:P191,10.3-5,10.9-10,10.13,10.20,第七章 界面现象,本章内容: 6-1 表面吉布斯函数和表面张力 6-2 弯曲液面的附加压力 6-3 分散度对物质性质的影响与介安状态 6-4 润湿现象 6-5 吸附现象,7-1 表面吉布斯函数和表面张力,一、(比)表面吉布斯函数 考查一个与蒸气平衡的纯液体,其内部及表面分子的受力情况:,由于有: g l,则表面分子受到指向液体内部的拉力
3、。 表面功:克服内部引力形成新表面所做的功。为非体积功。,对于定温定压、可逆过程:,物理意义:定温定压、定组成下,增加dAS表面积所引起系统Gibbs函数的增量。 单位:J m-2,单位表面积上的分子比同量内部分子过剩的Gibbs能。,(7-1-1),一、(比)表面吉布斯函数,二、表面张力(界面张力), 的单位:J m-2,例1,= N m-1,二、表面张力(界面张力),例2,物理意义:沿着与界面相切的方向,垂直作用在界面任意单位长度线段上的界面紧缩力。,注:(1) 液体内部的拉力; (2) 表面张力与比表面吉布斯能是同一物理量的不同表述。,表面功:,三、影响界面张力的因素, 随分子间作用力的增强而增大。一般有: (金属键) (离子键) (极性键) (非极性键) 如: (液态金属) (熔融盐) (水) (有机溶剂),1、物质本质分子间作用力:,三、影响界面张力的因素,2、温度: 定压升温,密度减小,分子间作用力减小, 减小。,例外:铸铁、钢、铜及其合金,某些硅酸盐、炉渣等。,3、压力: 定温加压时气体密度增加,同时气体更多地被液面吸附,且气体在液体中的溶解度也增大,则 将降低。 4、界
4、面介质及溶液的组成 一般 (l-g)、 (l1-l2)易测;而 (s-g)、 (s-l)难测,可依半经验公式计算。一定温度下有: (s-g) (l-g)。 溶剂中加入溶质时,界面张力随溶质浓度的变化不定(见表面活性物质)。,三、影响界面张力的因素,常压下一些液体、固体的表面张力和液-液界面张力,四、 界面现象热力学,以Gibbs函数为例,对多组分且组成可变、含一个确定相界面的封闭系:,定温定压恒组成时:dG(体相)=0,四、 界面现象热力学,1、 一定时: dAS0 时为自发。即一定的体系(T,p,nB亦确定),表面积减小的方向为自发方向;如小液滴的自发合并长大。 2、AS一定时:Asd 0 时为自发。即AS一定的体系 (T,p,nB亦确定),表面张力减小的方向为自发方向;如吸附现象。,讨论:,分散过程的熵变:,分散过程的焓变:,AS增加时 ,G 增大,为非自发。, 随T 的变化率为负, 当AS增加时 ,S 增大。,AS增加, G 、S皆增大,H亦增大,为吸热过程,Gibbs函数变: 恒定时积分,四、 界面现象热力学,7,讨论:定T 定p、组成恒定的分散过程热力学,7-2 弯曲液面的附
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