北京化工大学：《物理化学》课程电子教案（PPT教学课件，工科化工专业）第十章 界面化学 Surface Chemistry

第十章 表面化学 本章基本要求 §10-0基本概念及术语 §10-1表面张力 §10-2润湿现象 §10-3弯曲液面的附加压力和毛细现象 §10-4亚稳状态和新相生成 §10-5固体表面上的吸附作用 §10-6等温吸附 §10-7溶液表面的吸附 *§10-8表面活性物质（自学） 理论与科研结合应用实例 科学家史话 参考书

第十章 表面化学 本章基本要求 §10-0基本概念及术语 §10-1表面张力 §10-2润湿现象 §10-3弯曲液面的附加压力和毛细现象 §10-4亚稳状态和新相生成 §10-5固体表面上的吸附作用 §10-6等温吸附 §10-7溶液表面的吸附 *§10-8表面活性物质(自学) 理论与科研结合应用实例 科学家史话 参考书

本章基本要求 理解表面张力及表面吉布斯函数的概念。 理解接触角、润湿、附加压力的概念及其与表面张力的关系。 理解拉普拉斯公式及开尔文公式的应用。 理解亚稳状态与新相生成的关系。 ·了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用与应用。 了解吉布斯吸附公式的含义和应用。 理解物理吸附与化学吸附的含义和区别。 了解兰格缪尔单分子层吸附理论，理解兰格缪尔吸附等温式

本章基本要求 • 理解表面张力及表面吉布斯函数的概念。 • 理解接触角、润湿、附加压力的概念及其与表面张力的关系。 • 理解拉普拉斯公式及开尔文公式的应用。 • 理解亚稳状态与新相生成的关系。 • 了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用与应用。 • 了解吉布斯吸附公式的含义和应用。 • 理解物理吸附与化学吸附的含义和区别。 • 了解兰格缪尔单分子层吸附理论，理解兰格缪尔吸附等温式

§10-0 基本概念及术语 1.表面现象 在相界面上发生的物理化学现象都称为表面现象，产生的原 因：物质表面分子与内部分子受力不同。 2.分散度 物质的分散度越高其表面积就越大，分散度一般用比表面积 表示。 比表面积(specific surface area):每单位体积或质量的物质 所具有的表面积，用A表示。 As=A/V 3.界面与表面 界面：任意两相的接触面。 表面：物质与真空、本身的饱和蒸气或含饱和蒸气的空气之间 的接触面。（有时两者混用。）

§10-0 基本概念及术语 1.表面现象 在相界面上发生的物理化学现象都称为表面现象，产生的原 因：物质表面分子与内部分子受力不同。 2.分散度 物质的分散度越高其表面积就越大，分散度一般用比表面积 表示。 比表面积（specific surface area）：每单位体积或质量的物质 所具有的表面积，用AS表示。 AS=A/V 3.界面与表面 界面：任意两相的接触面。 表面：物质与真空、本身的饱和蒸气或含饱和蒸气的空气之间 的接触面。（有时两者混用。）

§10-1 表面张力 surface tension 、表面张力、表面功及比表面吉布斯函数 1.表面张力(surface tension) 沿液体表面，垂直作用于边界单位长度上的紧缩力，用σ表示。 F A=21·△x △x W可’=F·△x=oA=σ·21Ax F=6·21 o=F/2·1

§10-1 表面张力 surface tension 一、表面张力、表面功及比表面吉布斯函数 1．表面张力（surface tension ） 沿液体表面,垂直作用于边界单位长度上的紧缩力，用表示。 x F l A=2·l · x W可 ’=F · x=  A=  ·2·l x F=  ·2·l =F/2 ·l

2.表面功 在恒温恒压下增加单位表面积所增加的功： o=dF/dl=8W'r/dA 3.比表面吉布斯函数(surface free energy) 在恒温恒压下增加单位表面积吉布斯函数的增量 o=dF/d1=(OG/OA)p 4.自发过程 在恒温恒压下：dG(表面)=odA+Adougdng+odA dH=-SdT+Vdp+Eupdng+odA dA=TdS-pdV+Eupdng+odA dG=-SdT+Vdp+Eupdng+odA

2．表面功 在恒温恒压下增加单位表面积所增加的功： =dF/dl=W’r/dA 3．比表面吉布斯函数（surface free energy ） 在恒温恒压下增加单位表面积吉布斯函数的增量 =dF/dl=(G/A)P 4．自发过程 在恒温恒压下： dG(表面)＝dA+Ad ＜0 5．表面功及组成变化的热力学基本方程式 dU= TdS-pdV+BdnB+dA dH= -SdT+Vdp+BdnB+dA dA= TdS-pdV+BdnB+dA dG= -SdT +Vdp+BdnB+dA

6.表面张力的方向 direction of surface tension 细线 皂液 金属环 (a) (b) 平液面：表面张力的方向总是平行于液面。 弯曲液面：表面张力的方向总是在弯曲液面上， 与液面相切

(a) 细线 皂液 金属环 平液面：表面张力的方向总是平行于液面。 弯曲液面：表面张力的方向总是在弯曲液面上， 与液面相切。 (b) 6.表面张力的方向 direction of surface tension

二、影响表面张力的因素： 1.表面张力与物质本身的性质有关： (分子之间相互作用力越大，表面张力越大) 2.表面张力与接触物质的性质有关； (纯水o=72.57×10-3N/m) (水-苯o=35.0×10-N/m) 3.表面张力与温度、压力、分子运动速度、分散度等有 关。(T升高，分子间力减小，表面张力降低，临界状态， 气液相界面消失，表面张力为零。)

二、影响表面张力的因素： 1．表面张力与物质本身的性质有关； (分子之间相互作用力越大，表面张力越大) 2．表面张力与接触物质的性质有关； (纯水=72.5710-3N/m ) (水-苯=35.010-3N/m ) 3．表面张力与温度、压力、分子运动速度 、分散度等有 关。(T升高，分子间力减小，表面张力降低，临界状态， 气液相界面消失，表面张力为零。)

§10-2 润湿现象 wetting phenomena 、定义 润湿： (wetting) 固体（或液体）表面上的气体被液体物质取代的过程。 即用S-1取代S-g面（或用1-1取代1-g面）

§10-2 润湿现象 wetting phenomena 一、定义 润湿： (wetting) 固体（或液体）表面上的气体被液体物质取代的过程。 即用S—l取代S—g面（或用l—l取代l—g面）

二、润湿分类 1.沾湿(adhesion):液体与固体接触。 液 g-l 液 s-1 固 s-g 固 AGa=os--(osg+-)=Wa(adhesion)

二、润湿分类 1.沾湿(adhesion ):液体与固体接触。 Ga= s-l -(s-g+ g-l )=Wa ’ (adhesion) 液 g-l 固 s-g 固 液 s-l

2.浸湿(immersion):固体浸入液体中。 固 s-g s-1 液 液 固 AG;=os--Os-g=W(immersion)

2.浸湿(immersion ):固体浸入液体中。 液 固 s-g 液 固 s-l Gi= s-l -s-g=Wi ’ (immersion)