物理化学(王海荣主编)第九章 界面现象.ppt
界面现象
第九章 界面现象讲解：日常生活和生产中，有很多现象和界面有关。
如：水在玻璃细管中会上升，这叫毛细现象；水可以在桌面上铺开，水银却成球状等。
通常把气液和气固界面成为表面。
第一节 表面张力和表面吉布斯函数一、表面现象及其本质 1.界面层的定义界面的5种类型：g-l,g-s,l-l,l-s,s-s. 其中g-l 和g-s 界面也叫表面。
界面分子和内部分子的区别：内部分子受力对称，界面分子受力不对称，不均匀。
液体自发使表面积缩小。
讲解：测定液体蒸气压，不能有空气存在，液体表面指纯液体与其纯蒸气之间的过渡层，只有几个分子厚。
日常生活中讲的液体表面，是指液体与空气之间的界面，其中空气被液体蒸气饱和。
2.系统的比表面（分散度）单位质量具有的表面积，或单位体积具有的表面积。
def defS S m V A AA A m V==质量表面积体积表面积例：一个边长为0.01米的立方体表面积是多少？把这个立方体分成10-9m 的小立方体，求其总面积。
解：边长为0.01米的立方体表面积 2-421=60.01=610m A ⨯⨯()321390.011010-=小立方体的个数为-92213226(10)10610m A =⨯⨯=⨯小立方体总面积物体被分散后的体积变化，请看358页表9.1。
二、表面张力、表面功、表面吉布斯函数 在等温等压条件下者3个概念是一回事。
讲解：吉布斯函数变就是等温等压条件下可逆过程得体积功。
:γ等温等压下可逆地增加单位表面积所需的功。
B,,S T p n G A γ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭ 表面张力就是表面功表面张力F:表面上，每米长度所受的收缩力，垂直于表面切线方向。
-2-2-1J m N m m N m⋅=⋅⋅=⋅单位： 表面功 表面张力2F l γ= 2Flγ= 影响表面张力的因素 （1）物质的本性()()s l γγ>一般相同聚集态时(γγγγ>>>金属键）（离子键）（极性共价键）（非极性共价键）讲解：可以看出键的极性越强，σ越大，因为非极性共价键组成的非极性分子之间只有色散力，极性分子间有色散力、取向力、诱导力。
物理化学09章电解与极化作用.ppt
(阳)E(阳,不可逆)E(阳,平) E(阳,不可逆)E(阳,平)(阳)
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2020/11/2
极化曲线（polarization curve）
超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称 为极化曲线，极化曲线的形状和变化规律反映了电化 学过程的动力学特征。
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2020/11/2
分解电压的测定
当外压增至2-3段， 氢气和氧气的压力等于大 气压力，呈气泡逸出，反 电动势达极大值 Eb,max。
再增加电压，使I 迅 速增加。将直线外延至I =0处，得E(分解)值，这 是使电解池不断工作所必 需外加的最小电压，称为 分解电压。
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2020/11/2
氢气在几种电极上的超电势
金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不 计。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。
氢气在几种电极上的超电 势如图所示。可见在石墨和汞 等材料上，超电势很大，而在 金属Pt，特别是镀了铂黑的铂电 极上，超电势很小，所以标准 氢电极中的铂电极要镀上铂黑。
2020/11/2
分解电压的测定
外加电压很小时，几乎 无电流通过，阴、阳极上无 H2气和氧气放出。
随着E的增大，电极表面 产生少量氢气和氧气，但压 力低于大气压，无法逸出。 所产生的氢气和氧气构成了 原电池，外加电压必须克服 这反电动势，继续增加电压， I 有少许增加，如图中1-2段。
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2020/11/2
物理化学 表面现象 PPT
常见界面
1.气-液界面
2.气-固界面
3.液-液界面
4.液-固界面
5.固-固界面
分散度与比表面
物质分散成细小微粒的程度称为分散度。物质分割得
越小，则分散度越高，比表面也越大。下表为边长1cm的
立方体(1cm3)逐渐分割成小立方体时的比表面增长情况
单位：mol g 1
吸附曲线
对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡 时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：
a f (T, P)
(1) T = 常数，a = f (p)，吸附等温线。 (2) P = 常数，a = f (T)，吸附等压线。 (3) a = 常数，p = f (T)，吸附等量线。
用对象不同，会导致吸附热和吸附常数的差异）。
cp V Vm ( ps p)[1 (c 1) p / ps ]
式中c是与吸附热有关的常数，Vm为铺满单分子层所需气体的体 积。p和V分别为吸附时的压力和体积，ps是实验温度下吸附质 的饱和蒸汽压。
大多数表面自由能较低的有机物可以在表面自由能较高的 水面上铺展。
弯曲液面下的附加压力
平面
凸液面
凹液面
Δp = 0
Δp 向下
Δp 向上
拉普拉斯(Laplace)方程
以凸液面为例，R为曲率半径，
垂直方向 F 2r cos
根据几何关系 cos r
R
p
F
r 2
Langmuir吸附等温式
Langmuir的两个重要假设： (1) 单分子层吸附； (2) 固体表面均匀，被吸附分子之间无相互作用； (3) 动态平衡。
物理化学第10章界面现象ppt课件
在1913—1942年期间，美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年，范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表 面积，它对系统性质的影响绝对不可忽略。
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物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面
积 As 与质量 m 的比：
as
As m
10.0.1 单位：m2·kg-1
对于以上水滴的例子，若近似认为其在室温下密度为 1g ·cm-3，则以上两种情况，比表面积 as 分别约为：6 cm2 ·g1 及600 m2 ·g-1 。
αB
4.2.7
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dU TdS pdV μB (α)dnB (α) 4.2.8
αB
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α) 4.2.9
αB
dA SdT pdV μB (α)dnB (α) 4.2.10
αB
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，现 今界面化学已独立成一门科学，有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性，界面上的各种物理化学作用，实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学，还应将其作为物理化学课程的一部分。
物化课件9.表面现象-液体表面
(2) 大约过热多少度, 才可以开始沸腾?
解: (1)
ln
Pr * P0*
2M RT
(1) r
ln Pr* 101325
2 5.89 102 8.314 373
18 10 3 958 .4
(
1 10 6
例1. 求一边长为 l 的立方体的比表面.
S0
A V
6l2 l3
6 l
例2. 在20℃时, 将10g水分散成半径为 10ˉ9 m的水滴, 试计算分散后的液滴数和比表面. 已知: 水的 = 998.3 kg·m-3
V0
m
10 10 3 998 .3
1.00 10 5 (m 3 )
V 4 r 3 4 3.14 (109 )3 4.19 1027 (m3 )
应用： ① 人工降雨的原理
若空气中无尘埃，则水蒸气对平面液体虽达过饱 和，但对要形成的微小水滴却尚未饱和，此时，小水 滴难于形成。当往高空中撒入一些凝结核心（如AgI 等）时，使凝聚水滴的曲率半径增大，降低凝结成水 滴所需要的饱和蒸气压，使未饱和的蒸气变成过饱和 的蒸气，使蒸气在凝结核心上凝结成水。
在临界胶束浓度左右表面活性剂溶液的许多物理化学性质都会发生突变如表面张力渗透压密度电导率去污作用等参看p255图915因此表面活性剂的cmc值可以通过测量其中的某种性质来确定性质发生突变时所对应的浓度即为临界胶束浓度由于性质间的差异用不同性质得到的cmc值也有差异因此一般提到的cmc值是一个浓度的范围由于在cmc值左右表面活性剂溶液的性质存在突变现象因此cmc值是表面活性剂的一个重要参数
3
3
南京工业大学物理化学――第九章表面现象PPT课件
2
§9.1 表面张力
在宏观上表面张力表现 :
（a）
(b)
图10－2表面张力的作用
图10－3表面功示意图
3
§9.1 表面张力
为了准确地讨论表面张力的物理意义，人们又理想化设计了一个
Gsl sg0
2）当 900 时，cos0
sg sl
液体润湿固体过程中能自动发生，液体有扩大固—液界面的趋势，
所以称为润湿过程。
3）当 00 时cos1 辅展系数 G ss gl sl g 0
液体将尽力覆盖更多气—固界面而发生辅展，因而称之为完全润
(a)
(b)
图10－7 液体－固体间的接触角
10
§10-2 润湿现象与接触角
当处于平衡状态时，三相点A处受到三个力的作用，达到平衡时应 存在如下关系：
sg
sl
lgcos
cos sg sl lg
1805年杨氏（T·Young）曾得到此式，故称其为杨氏方程。
1）当 900 时， cos0
即 sg sl
的角度来看，也可以解释成为处于表面层的分子比内部
分子具有较高的能量。
Αs来表示
即：
As=
A
V
1
§9.1 表面张力
一、液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数 物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以气-液表
面分子与内部分子受力情况为例，
液体内部的任一分子，皆处于同 类分子的包围之中，平均来看，该 分子与周围分子间的吸引力是球形 对称的，各个方向上的力彼此抵消， 其合力为零。然而表面层的分子处 于不对称的环境中。
物理化学电子教案第九章
•（1）
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•（2）
物理化学电子教案第九章
左氧化,负极 右还原,正极 净反应
或
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物理化学电子教案第九章
从化学反应设计电池(1)
•Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq)
•Zn(s) | ZnSO4 (aq)|| H2SO4 (aq)| H2(p) | Pt •验证：
•电池电动势的计算
•净反应:
•计算方法2：
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•两种方法结果相同
物理化学电子教案第九章
§9.7 电动势测定的应用
•求电解质溶液的平均活度因子 • 求难溶盐的活度积 • pH 的测定 • *电势-pH 图及其应用 •*细胞膜与膜电势 • *离子选择性电极和化学传感器简介
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•电池电动势的计算
•注意事项
•1.电极反应和电池反应都必须物量和电荷量平衡。
•2.电极电势都必须用还原电极电势，电动势等于 正极的还原电势减去负极的还原电势。
•3.要注明反应温度，不注明是指298 K。 •要注明电极的物态，气体要注明压力，溶液要注 明离子的活度。
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物理化学电子教案第九章
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•电位计
物理化学电子教案第九章
•标准电池
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•正
•负
•Weston标准电池结构简图 物理化学电子教案第九章
•Weston标准电池的反应 •负极 •正极 •净反应
•中含镉
•298.15K时
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物理化学电子教案第九章
•问 题
• 为什么在室温下，含Cd的质量分数在0.05～0.14 •之间，标准电池的电动势有定值？
章节知识点概括—界面现象与胶体化学
第九章界面现象与胶体化学
参考学时：10学时
学习目标：
1 掌握表面热力学性质，表面张力的概念及意义；
2 掌握弯曲表面的特性和Laplace公式，Kelvin公式及应用，合理解释一些表面现象；
3 理解润湿与铺展，润湿作用和接触角；
4掌握吸附作用的类型和吸附等温式
5 了解分散物系的分类；胶团结构，胶体物系的动力性质，光学性质和电学性质，双电层和ζ电位。
章节知识点：
§9.1 界面张力
1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数
2.热力学公式
3.界面张力及其影响因素
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果
1.弯曲液面的附加压力—Laplace方程
2.微小液滴的饱和蒸气压—Kelvin公式
3.亚稳态及新相的生成
§9.3 固体表面
1．物理吸附与化学吸附
2．等温吸附
3．Langmuir 单分子层吸附理论及吸附等温式
4．吸附热力学
§9.4 液-固界面
1.接触角与杨氏方程
2.润湿现象
3.固体自溶液中的吸附
§9.5 溶液表面
1.溶液表面的吸附现象
2.表面过剩与吉布斯吸附等温式
3.表面活性物质
§9.6 分散物系的分类及胶体的制备
1.分散物系的分类
2.胶体系统的制备及净化
3.胶团结构
§9.7 胶体系统的性质
1.胶体物系的动力性质
2.胶体物系的光学性质
3.胶体物系的电学性质，双电层和ζ电位
4.溶胶的稳定与聚沉。