高等教育出版社：《物理化学简明教程》教材配套教学课件（PPT电子教案，第四版）第八章 表面现象与分散系统

§8.1表面吉布斯函数与表面张力 表面吉布斯函数σ 表面张力σ 影响表面张力的因素 巨大表面系统的表面吉布斯函数 返回且录 退出 2 第八章表面现象与分散系统

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 2 §8.1 表面吉布斯函数与表面张力 表面吉布斯函数 表面张力 影响表面张力的因素 巨大表面系统的表面吉布斯函数

=--------------=----------=- 单组分密闭系统的基本公式为: dg=sdT+ vdp +oW 在定温定压条件下,可逆地扩展表面所做的功: (dGn=8W′=od4(表面功) (dg)Tp= oda 表面吉布斯函数: G aA T P 单位:Jm2 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 3 单组分密闭系统的基本公式为： dG = -SdT + Vdp +Wr  在定温定压条件下，可逆地扩展表面所做的功： (dG)T,p = Wr  = dA(表面功) 表面吉布斯函数： (dG)T,p = dA A T P G σ ,          单位：Jm-2

=--------------=----------=- o的物理意义: ①从定义式看,定温定压下,可逆增加单位表面积引起 系统自由能的增量即为比表面能 蒸气相 从图上可看出 液相内的分子所受作用力之合力 为零; 液表面分子所受作用力之合力不 液相 为零,合力指向液相内部。 若要扩大表面积,即将液相内部分子拉到表面上来 需克服向内的拉力而做功。做功后,表面功转化为表面分‖ ‖子的能量。所以表面分子比内部分子具有较高的能量 ②单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额的吉布 斯自由能。 G-G 内 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 4 的物理意义: 从图上可看出 液相内的分子所受作用力之合力 为零; 液表面分子所受作用力之合力不 为零,合力指向液相内部。 若要扩大表面积，即将液相内部分子拉到表面上来， 需克服向内的拉力而做功。做功后，表面功转化为表面分 子的能量。所以表面分子比内部分子具有较高的能量。 液相 蒸气相 ②单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额的吉布 斯自由能。 G -G σ A  表 内 ①从定义式看，定温定压下，可逆增加单位表面积引起 系统自由能的增量即为比表面能

=--------------=----------=- 表面张力 单位:Nm1 物理意义:表面紧缩力。 定义:在相表面的切面上,垂直作用于表面任意 单位长度上的紧缩力。 例如:见下图 表面张力的大小和方向 切线 就在这 圆锥面上 f=2lo t 肥皂膜(平面) 肥皂膜(平面) 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 5 表面张力 单位：Nm-1 物理意义：表面紧缩力。 定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意 单位长度上的紧缩力。 例如：见下图

=--------------=----------=- 影响表面张力的因素 1)物质的种类及共存相的种类(性质) 20C H,OO C6H6( CCL4) (Nm-1) 0.07280.02890.0269 O(H2O-CH)0.0326 O(H2OCCl4)0.045 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 6 影响表面张力的因素 (1) 物质的种类及共存相的种类（性质） 20℃ H2O(l) C6H6(l) CCl4(l) /(Nm-1) 0.0728 0.0289 0.0269 (H2O- C6H6) 0.0326 (H2O-CCl4) 0.045

=--------------=----------=- 表8.1209℃c时一些液体的表面张力a 物质 O/(N m-) 物质 o/(N m-D) 水 0.0728 四氯化碳 0.0269 硝基苯 0.0418 丙酮 0.0237 硫化碳 0.0335 甲醇 0.0226 苯 0.0289 乙醇 0.0223 甲苯 0.0284 乙醚 0.0169 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 7 表8.1 20℃时一些液体的表面张力σ 物质 σ /(Nm-1) 物质 σ / (Nm-1) 水 0.0728 四氯化碳 0.0269 硝基苯 0.0418 丙酮 0.0237 二硫化碳 0.0335 甲醇 0.0226 苯 0.0289 乙醇 0.0223 甲苯 0.0284 乙醚 0.0169

=--------------=----------=- 表8,220℃C时汞或水与一些物相接触的界面张力σ 第一相第二相|/(Nm-)第一相|第二相|a/(Nm-) 汞汞蒸气0.4716 水水蒸气00728 汞 乙醇 0.3643 水异戊烷0.046 汞 苯 0.3620 水 苯 0.0326 汞 水 0.375 水 丁醇 0.00176 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 8 表8.2 20℃时汞或水与一些物相接触的界面张力σ 第一相 第二相 σ/ (Nm-1) 第一相 第二相 σ / (Nm-1) 汞 汞蒸气 0.4716 水 水蒸气 0.0728 汞 乙醇 0.3643 水 异戊烷 0.0496 汞 苯 0.3620 水 苯 0.0326 汞 水 0.375 水 丁醇 0.00176

=--------------=----------=- (2)温度影响: 般情况下,T升高,因分子间引力减弱,σ下降。 如常压下的纯液体: S a aG araG aS aT aT(aA OA OT A P AD⊥T,p aA P P ,P i aS OT A OA T 温度不变时表面积增大时熵值必然增大,所以 00 <0,即T个 aT A 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 9 (2) 温度影响： 一般情况下，T 升高，因分子间引力减弱，下降。 如常压下的纯液体： T A, p         温度不变时表面积增大时熵值必然增大, 所以 A p A T p G T , ,                T p T A p G A , ,                A T p S ,           A p A T p S T , ,                   ，即T ，。 即 , 0 T A p         

=--------------=----------=- 表面热力学 热力学基本公式:dG=SdT+dp+ad (△G) ,p aS do Maxwel系式: 0A OT P A,p 积分:AS=「-a)d4 OT A, p 根据定义式:△H=△AG+TS=△U do △H=dA-T da aT A, p 10 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 10 表面热力学 A T p T A p S , ,                    , d A p S A T            热力学基本公式：dG = –SdT +Vdp +σdA (ΔG)T,p =∫σdA Maxwell关系式: 根据定义式: ΔH=ΔG +TΔS= ΔU 积分: , d d A p H A T A T               

巨大表面系统的表面吉布斯函数 例20℃,p下,将lkg水分散成10m半径的小水滴 需做功多少?已知a=00728Nm1,p=1000kgm 解:设1kg水能分散成n个小水滴 W′=aM=o(A2-A1)≈oA2 O×n×4兀r2 lkg=n×(3A) D n=24×1023个 W′=3×10-3/r=218kJ 第八章表面现象与分散系统返回月录退

第八章 表面现象与分散系统 返回目录 退出 11 巨大表面系统的表面吉布斯函数 例 20℃，p下，将1kg水分散成10 -9m半径的小水滴 需做功多少？已知 =0.0728 Nm-1 ,  =1000 kgm-3 解：设1kg水能分散成n个小水滴 Wr  = A = (A2 – A1) ≈ A2 =   n  4 r 2 1kg = n  (  r 3 )  n = 2.4  10 23个 Wr  =310 -3 /r =218 kJ