复旦大学：《环境物理化学》课程教学资源（课件讲稿）表面现象（表面积和表面吉布斯能、弯曲液面的性质、铺展与润湿、气体在固体表面上的吸附、溶液的表面吸附、溶胶的光学性质、胶体的稳定性）

环境物理化学电子 表面现象 什兴南制作

叶兴南 制作 环境物理化学电子课件 表面现象

表面现象 表面积和表面吉布斯能 表面积 表面吉布斯能和表面张力 表面的热力学关系式 影响表面吉布斯能的因素 人学面 2096

2019/6/15 表面积和表面吉布斯能  表面积  表面吉布斯能和表面张力  表面的热力学关系式  影响表面吉布斯能的因素 表面现象

表面和界面 界面: 即相界面,是指两相之间几个分子厚度的过渡区 常见的界面有:气-液界面,气-固界面,液液 界面,液-固界面,固—固界面 表面: 若两相中有一相为气体,这种相界面习惯称为表 面。包括气-液界面,气-固界面 人学面 2096

2019/6/15 表面和界面 界面： 即相界面，是指两相之间几个分子厚度的过渡区。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。 表面： 若两相中有一相为气体，这种相界面习惯称为表 面。包括气-液界面，气-固界面

表面和界面 空气 气-液界面 液液界面 汽油 固-液界面 NaC溶液 盐块 人学面 2096

2019/6/15 空气 气-液界面 汽油 NaCl溶液 盐块 液-液界面 固-液界面 表面和界面

表面积 分散度:把物质分散成细小微粒的程度 只有当分散程度较高时,物质表面性质的重要性才明显 通常用比表面来反映物质的分散程度 比表面有两种常用的表示方法: 1.单位质量的固体所具有的表面积,即: 2.单位体积的固体所具有的表面积,即: 2096

2019/6/15 表面积 分散度：把物质分散成细小微粒的程度 只有当分散程度较高时，物质表面性质的重要性才明显 通常用比表面来反映物质的分散程度 比表面有两种常用的表示方法： 1. 单位质量的固体所具有的表面积，即： 2. 单位体积的固体所具有的表面积，即： V A aV  m A am 

表面积 球形颗粒的表面积和体积 A=4兀r2 JI 球形颗粒的体积比表面 A3 将半径为00lm的水珠分散成多滴半径为1×103m的水珠 4 4 水滴数增加109倍 n4Th =n (2)2=10°×(10-3)2表面积增加1000倍 4: T 2096

2019/6/15 将半径为0.01m的水珠分散成多滴半径为110 -5m的水珠 球形颗粒的表面积和体积 2 A  4r 3 3 4 V  r V r A aV 3   水滴数增加10 2 3 1 3 9倍 3 4 3 4 n r  r 2 9 3 2 表面积增加1000倍 1 2 2 1 2 2 10 10 4 4 ( ) ( )       r r n r n r   球形颗粒的体积比表面 表面积

表面积 粒子变小 溶解度大大提高 比表面效应应用举例 表面分子数增加表面反应速率明显加快 表面积增大 表面吸附能力增强 应粒径从10-m降至灰黄霉素用量可减少一半 2.6um 普通Au变纳米金 有良好的催化能力 环境化学中纳米效应更加显著 人学面 2096

2019/6/15 表面积 比 表 面 效 应 粒子变小 溶解度大大提高 表面分子数增加 表面反应速率明显加快 表面积增大 表面吸附能力增强 应 用 举 例 粒径从10m降至 2.6m 灰黄霉素用量可减少一半 普通Au变纳米金 有良好的催化能力 环境化学中纳米效应更加显著

表面吉布斯能和表面张力 表面层分子与内部分子相比: 体相内部分子所受四周邻近相 同分子的作用力是对称的,各 个方向的力彼此抵销; 界面层的分子,一方面受到体 相内相同物质分子的作用,另 方面受到性质不同的另一相 中物质分子的作用,其作用力 未必能相互抵销 所以表面分子受到被拉入体相的作用力。 2096

2019/6/15 表面层分子与内部分子相比： 表面吉布斯能和表面张力 界面层的分子，一方面受到体 相内相同物质分子的作用，另 一方面受到性质不同的另一相 中物质分子的作用，其作用力 未必能相互抵销 体相内部分子所受四周邻近相 同分子的作用力是对称的，各 个方向的力彼此抵销； 所以表面分子受到被拉入体相的作用力

表面吉布斯能和表面张力 如果要把分子从内部移到界面,就必须克服体系内 部分子之间的作用力,即环境对体系做功 表面功:T,p,n恒定时,可逆使表面积增加dA所需要 对体系作的功。即8W=adA 当表面积变化较大时,W=△A σ为T,P及n恒定的条件下,可逆增加单位表面积 时环境对体系做的表面功。 环境做功后,表面积增加,即功转变为表面能 人学面 2096

2019/6/15 为T，P及n恒定的条件下，可逆增加单位表面积 时环境对体系做的表面功。 如果要把分子从内部移到界面，就必须克服体系内 部分子之间的作用力，即环境对体系做功。 表面功：T,p,n恒定时，可逆使表面积增加dA所需要 对体系作的功。即 -W’=  dA 表面吉布斯能和表面张力 当表面积变化较大时，- W’=  A 环境做功后，表面积增加，即功转变为表面能

表面吉布斯能和表面张力 SW=OdA d UTp, nodA dGT pn=-8W aG 64 T,P,n σ:Tp,n恒定条件下,可逆增加单位表面积时吉布 斯能的增量,定义为表面能。(Jm2) 当表面积变化较大时 △Grm=G△A 人学面 2096

2019/6/15 表面吉布斯能和表面张力 dGT,p,n= -W’ -W’=  dA A T p n G , ,           dGT,p,n=  dA ：T,p,n恒定条件下，可逆增加单位表面积时吉布 斯能的增量，定义为表面能。(Jm-2 ) GT,p,n=  A 当表面积变化较大时