华东理工大学《物理化学》课件15.1 界面张力、界面吸附量.ppt

扩展篇扩展篇 扩扩展展篇篇将将前前面面几几篇篇总总结结的的知知识识,扩扩展展并并应应用用于于界界面面现现象象、、电电解解质质溶溶液液、、电电化化学学反反应应以以及及胶胶体体系系统统，，综综合合讨讨论论这这些些系系统统的的相相平平衡衡、、化化学学平平衡、传递速率和反应速率的规律衡、传递速率和反应速率的规律第第15章章 界面现象界面现象15.1 引言引言15.2 界面张力和界面过剩量界面张力和界面过剩量I. 界面热力学界面热力学15.3 热力学基本方程和平衡条件热力学基本方程和平衡条件15.4 拉普拉斯方程拉普拉斯方程15.5 开尔文方程开尔文方程15.6 吉布斯等温方程吉布斯等温方程15.7 润湿作用润湿作用II. 界面平衡特性界面平衡特性15.8气液界面和液液界面气液界面和液液界面15.9表面活性物质和表面膜表面活性物质和表面膜15.10 固体表面上的吸附作用固体表面上的吸附作用15.11气固吸附的实验方法、半经验方法和理气固吸附的实验方法、半经验方法和理论方法论方法III. 界面速率过程界面速率过程15.12 动态界面张力动态界面张力15.13 表面膜中的化学反应表面膜中的化学反应15.14 多相催化作用多相催化作用15.15 多相催化动力学多相催化动力学15.1 引言引言一、一、多相系统的相界面及其强度性质的变化多相系统的相界面及其强度性质的变化 五种界面：五种界面：五种界面：五种界面： 相界面的厚度为纳米级相界面的厚度为纳米级,相当于几个分子的直相当于几个分子的直径，强度性质由一相到另一相呈径，强度性质由一相到另一相呈连续连续变化变化。

二、界面现象二、界面现象w与界面有关的各种物理现象和化学现象：与界面有关的各种物理现象和化学现象：界面界面 张力、润湿、铺展、吸附、张力、润湿、铺展、吸附、…… w一些实例：一些实例：雨滴呈球形，水在毛细管中上升，雨滴呈球形，水在毛细管中上升， 雨前水泥地面潮湿，硅胶的干燥作用，洗雨前水泥地面潮湿，硅胶的干燥作用，洗 涤剂的去污作用，农药的使用，涤剂的去污作用，农药的使用，…… w界面现象的研究内容：界面现象的研究内容： 界面平衡：界面平衡： 界面速率：界面速率：界面现象的应用界面现象的应用界面现象的应用界面现象的应用吸附吸附 分离；如用活性炭脱除有机物等分离；如用活性炭脱除有机物等多相催化多相催化 在气相或液相中使用固体催化剂加速反应在气相或液相中使用固体催化剂加速反应表面膜表面膜 双层膜或囊泡，双层膜或囊泡，LB膜、单分子膜膜、单分子膜新相生成新相生成 晶核生成、晶体生长与亚稳现象晶核生成、晶体生长与亚稳现象泡沫和乳状液泡沫和乳状液 发泡与消泡发泡与消泡摩擦与润滑摩擦与润滑去垢去垢 洗涤剂的选用洗涤剂的选用选矿选矿 浮选浮选15.2 界面张力与界面过剩量界面张力与界面过剩量1. 1.界面张力界面张力界面张力界面张力界界面面层层中中的的张张力力 界界面面可可看看作作一一张张绷绷紧紧的的弹弹性性薄薄膜膜，，其其中中存存在在着着使使薄薄膜膜面面积积减减小小的的收收缩缩张张力力。

它它在在界界面面中中处处处处存存在在，，在在边边缘缘处处则则可可以以明明确确表表示 实例实例实例实例界面中的张力界面中的张力界面张力与界面功界面张力与界面功界界界界面面面面张张张张力力力力 界界面面中中单单位位长长度度的的收收缩缩张张力力(单单位位为为N·m-1或或J·m-2)；；它它沿沿界界面面的的切切线线方方向向作作用用于于边边缘缘上上，，并并垂垂直直于于边缘可逆界面功可逆界面功一些纯液体的表面张力一些纯液体的表面张力  / N m 120℃时一些界面张力的数据时一些界面张力的数据 2. 2.铺展压铺展压铺展压铺展压铺展压铺展压 3. 3.单位界面过剩量单位界面过剩量单位界面过剩量单位界面过剩量实际系统与吉布斯界面模型，实际系统与吉布斯界面模型，界面相为平面界面相为平面模型问题模型问题模型问题模型问题吉布斯界面相模型吉布斯界面相模型吉布斯界面相模型吉布斯界面相模型 1)将界面层抽象为无厚度因而无体积的几何面界面相将界面层抽象为无厚度因而无体积的几何面界面相（（ ），以符号），以符号  表示2)  相和相和 相的强度性质与实际系统中相的强度性质与实际系统中  相和相和  相的强相的强度性质完全相同。

度性质完全相同实际系统与吉布斯界面模型，实际系统与吉布斯界面模型，界面相为平面界面相为平面(3)界面过剩量和单位界面过剩量界面过剩量和单位界面过剩量 界面过剩量界面过剩量 单位单位mol·m-2单位界面过剩量单位界面过剩量 界面过剩量的物理图像界面过剩量的物理图像 实际系统与吉布斯模型中不同高度处溶剂与溶质的浓度实际系统与吉布斯模型中不同高度处溶剂与溶质的浓度（（4））吉吉布布斯斯单单位位界界面面过过剩剩量量 以以溶溶剂剂1为为参参照照，，定定义义溶质溶质i相对于溶剂相对于溶剂1的单位界面过剩量的单位界面过剩量 实际系统与吉布斯模型中不同高度处溶剂与溶质的浓度实际系统与吉布斯模型中不同高度处溶剂与溶质的浓度定义定义(1)定义定义(2) 吸附吸附 物质在界面层中被富集或被排开物质在界面层中被富集或被排开( (反富集反富集) )的的现象称为吸附现象称为吸附单位界面吸附量单位界面吸附量 即单位界面过剩量即单位界面过剩量 i可称为单位可称为单位界面吸附量界面吸附量，， 则称为溶质则称为溶质i的吉布斯单位界面吸的吉布斯单位界面吸附量正吸附作用正吸附作用 负吸附作用负吸附作用 3. 3.比表面比表面比表面比表面A As0s0 球形水滴分散时球形水滴分散时As和和As0的变化的变化 ℃℃Ⅰ. 界界 面面 热热 力力 学学1. 1.有界面相时的热力学基本方程有界面相时的热力学基本方程有界面相时的热力学基本方程有界面相时的热力学基本方程恒温恒压恒组成下恒温恒压恒组成下15.3 热力学基本方程和平衡条件热力学基本方程和平衡条件 比界面吉氏函数比界面吉氏函数界面相的吉氏函数界面相的吉氏函数界面相的吉氏函数界面相的吉氏函数界面相的热力学基本方程界面相的热力学基本方程界面相的热力学基本方程界面相的热力学基本方程界面相的吉布斯界面相的吉布斯界面相的吉布斯界面相的吉布斯- -杜海姆方程杜海姆方程杜海姆方程杜海姆方程界面张力界面张力界面张力界面张力界面张力界面张力界面张力界面张力 界面中单位长度的界面中单位长度的界面中单位长度的界面中单位长度的收缩张力；它沿界面的切线收缩张力；它沿界面的切线收缩张力；它沿界面的切线收缩张力；它沿界面的切线方向作用于边缘上，并垂直方向作用于边缘上，并垂直方向作用于边缘上，并垂直方向作用于边缘上，并垂直于边缘。

于边缘多相系统的热力学基本方程多相系统的热力学基本方程多相系统的热力学基本方程多相系统的热力学基本方程 对于由两个体相对于由两个体相 和和 以及一个界面相以及一个界面相  所组成的多相系统，可写出：所组成的多相系统，可写出： 2. 2.有界面相时的平衡判据与平衡条件有界面相时的平衡判据与平衡条件有界面相时的平衡判据与平衡条件有界面相时的平衡判据与平衡条件平界面平界面弯曲界面弯曲界面热平衡条件热平衡条件力平衡条件力平衡条件化学平衡条件化学平衡条件相平衡条件相平衡条件力平衡条件力平衡条件平衡判据平衡判据。