第一章液體的表面第1頁，課件共30頁，創作于2023年2月前言表面現象有著廣泛的應用。主要有：1、吸附如用活性炭脫除有機物；用硅膠或活性氧化鋁脫除水蒸汽；用分子篩分離氮氣和氧氣；泡沫浮選等。2、催化作用在多相催化中使用固體催化劑以加速反應。如石油工業的催化裂化和催化加氫、膠束催化等。3、表面膜如微電子集成電路塊中有重要應用的LB膜；在生物學和醫學研究中有重要意義的LB膜和人工膜；能延緩湖泊水庫水分蒸發的天然糖蛋白膜等。4、新相生成晶核生成或晶體生長是典型的新相生成，過冷、過熱、過飽和等亞穩現象產生的主要原因也是由于新相生成。表（界）面化學是一門既古老又年輕的科學，它是研究界面的物理化學規律及體相與表相的相互影響關系的一門學科。第2頁，課件共30頁，創作于2023年2月5、泡沫乳狀液如油品乳化、破乳；泡沫滅火等。6、潤濕作用如噴灑農藥、感光乳液配制、電鍍工件的潤濕及利用潤濕作用進行浮選等。7、洗滌如各種洗滌劑、洗發香波等。此外，在超細粉末和納米材料的制備和粉末團聚的研究方面，表面現象都有重要的應用。由上可見，表面化學所研究的是包括從宏觀到微觀的相界面。無論是在科學研究中或是工業應用上，表面現象均有著極其廣泛的應用。第3頁，課件共30頁，創作于2023年2月幾個概念分散度和比表面我們以比表面積（specificsurfacearea)來描述體系的分散程度。

比表面：單位體積（或質量）物質所具有的表面積。

第4頁，課件共30頁，創作于2023年2月將邊長為1cm的立方體加以切割立方體邊長（cm)分割而得立方體數總表面積（cm2)比表面（cm-1)11661×10-1103606×1011×10-21066006×1021×10-310960006×1031×10-410126m26×1041×10-5101560m26×1051×10-61018600m26×1061×10-710216000m26×107可見超細微粒具有巨大的比表面積，因而具有許多獨特的表面效應，成為新材料和多相催化方面的研究熱點。第5頁，課件共30頁，創作于2023年2月表面張力表面層粒子受力不均勻，產生內壓力。表面有自動縮小的趨勢，產生表面收縮力。表面層粒子受力分析表面張力：表面張力是指在液面上（對彎曲液面是在液面的切面上）垂直作用于單位長度上的使表面積收縮的力。單位為N.m-1（牛頓.米-1）或mN.m-1（毫牛頓.米-1）第一章液體的表面第6頁，課件共30頁，創作于2023年2月實驗:f無摩擦、可自由活動肥皂膜ldx若用鋼絲制成一框架，如上圖。一邊為可以自由活動的金屬絲，將此金屬絲固定后，使框架沾上一層肥皂膜，若放松金屬絲，肥皂膜會自動收縮以減小表面積。要使膜維持不變，需在金屬絲上加一力f，其大小與金屬絲長度l成正比，比例系數

。因膜有兩個表面，故有：

為比例系數，稱為表面張力系數，簡稱為表面張力。第7頁，課件共30頁，創作于2023年2月表面吉布斯函數從皂膜實驗中可以看出，液膜在外力f的作用下移動了dx距離，做功為：根據熱力學基本關系，對于純物質有：第8頁，課件共30頁，創作于2023年2月在恒溫，恒壓下，可逆非體積功，功等于系統的吉布斯函變：所以：

等于系統增加單位面積時，吉布斯函數的增加，所以，

也稱為表面吉布斯函數。單位J·m-2

表面張力、單位面積的表面功、單位面積的表面吉布斯函數三者的數值、量綱等同，但它們有不同的物理意義，是從不同角度說明同一問題。第9頁，課件共30頁，創作于2023年2月由熱力學原理，dGT,P＜0為自發過程，所以這種分散度很大，吉布斯自由能很高的體系往往會發生dGT,P＜0的自動過程。∵dGT,P,n=

dA∴要使dGT,P,n＜0有兩條途徑：①

減小：后面將講述的吸附過程。②dA減小：面粉、奶粉長時間放置會自動結塊，水滴呈球形等。第10頁，課件共30頁，創作于2023年2月

金屬鍵＞

離子鍵＞

極性鍵＞

非極性鍵,與壓強有關與溫度有關一般：溫度升高,

↓；溫度升高到臨界溫度Tc時，

→0一般：壓強升高,

↓；影響表面張力的因素與物質本性有關分子間的作用力越大，

越大：第11頁，課件共30頁，創作于2023年2月2.熱力學公式對一般多組分體系，未考慮相界面面積時：第12頁，課件共30頁，創作于2023年2月當體系作表面功時，G還是面積A的函數第13頁，課件共30頁，創作于2023年2月第14頁，課件共30頁，創作于2023年2月一、彎曲液面下的附加壓強1.液面的曲率2.彎曲液面的附加壓強附加壓強ps：ps由表面張力的合力產生，指向“球心”的壓強ABpsp0p=p0+ps凸面ABpsp0p=p0-ps凹面ABABp0平面p=p0彎曲表面的特性第15頁，課件共30頁，創作于2023年2月R為曲率半徑。①凸液面，附加壓力指向液體內部，R越小，附加壓強越大。②平液面，R趨向于無窮大，附加壓強為零。③凹液面，附加壓力指向空氣，如水中的汽泡，R越小，附加壓強越大。第16頁，課件共30頁，創作于2023年2月氣蝕現象氣塞現象第17頁，課件共30頁，創作于2023年2月毛細現象：毛細管插入液相中，毛細管內液體上升或下降的現象。原因：附加壓強ps=p靜壓時，在液面處達力平衡p大氣hp大氣pSrrmrm：毛細管半徑r：凹液面曲率半徑

第18頁，課件共30頁，創作于2023年2月鋤地現象玻璃板夾水難分開第19頁，課件共30頁，創作于2023年2月Kelvin公式液滴或凸液面，曲率半徑越小，蒸氣壓越大凹液面，曲率半徑為負，蒸氣壓小于平液面的蒸氣壓，曲率半徑越小，蒸氣壓越低。平液面，pr=p0例如過熱液體過飽和蒸汽第20頁，課件共30頁，創作于2023年2月表面張力的測定方法環法環法是用天平的一臂或扭力絲設備將一鉑制成的圓環平置在液面上，然后測定使環脫離表面所需要的力F，F＝ω總-ω環，ω總為環脫離液面時的最大拉力，ω環為環的重量。F與表面張力的關系為其中R為環的平均半徑，f為校正因子。第21頁，課件共30頁，創作于2023年2月毛細管上升法如圖，將一潔凈的半徑為r的均勻毛細管插入能潤濕該毛細管的液體中，則由于表面張力所引起的附加壓力，將使液柱上升，達平衡時，附加壓力與液柱所形成的壓力大小相等，方向相反：

第22頁，課件共30頁，創作于2023年2月式中h為達平衡時液柱高度，g為重力加速度，Δρ＝ρ液－ρ氣（ρ為密度）。

第23頁，課件共30頁，創作于2023年2月

若考慮到對彎液面的修正，常用公式為：

毛細管上升法理論完整，方法簡單，有足夠的測量精度。應用此法時除了要有足夠的恒溫精度和有足夠精度的測高儀外，還須注意選擇內徑均勻的毛細管。第24頁，課件共30頁，創作于2023年2月

如圖3-77是最大壓力氣泡法測定表面張力的裝置。待測液體置于支管試管中，使毛細管端面與液面相切，液面隨時毛細管上升。打開滴液漏斗緩慢抽氣。此時，由于毛細管液面所受壓力大于支管試管液圖3-77最大氣泡法表面張力測定裝置1-滴液漏斗，2-支管試管，3-毛細管，4-恒溫槽，5-壓差計最大壓力氣泡法第25頁，課件共30頁，創作于2023年2月

面所受壓力，毛細管液面不斷下降，將從毛細管緩慢析出氣泡。如圖3-78所示。在氣泡形成的過程中，由于表面張力的作用，凹液面產生一個指向液面外的附加壓力△P，因此有以下關系：圖3-78氣泡形成過程

附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑r成反比。第26頁，課件共30頁，創作于2023年2月吊片法與脫環法相比，吊片法的原理基本相同。但此法具有全平衡的特點，不需要密度數據且不需作任何校正，也不必將片拉離液面，而是只要將片與液面接觸即可。吊片法的基本原理是：吊片不動，液面上升，待液面剛好與吊片接觸時，拉力f等于平衡時沿吊片周邊作用的液體表面張力。第27頁，課件共30頁，創作于2023年2月其中，l、d、w分別為吊片的寬和厚度和重量，2（l+d）表示吊片底周長，可由已知表面張力的液體得到。若要取得較好的測量結果，應使吊片潤濕且接觸角為零（可將吊片打毛），測油的表面張力時，可將吊片在煤氣焰