物理化学(王海荣主编)第九章 界面现象资料
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2018/10/24
界面现象的本质
但是处在界面层的分 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， 因此，界面层会显示出一 些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在 不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于 界面层的组成与任一相的组成均不相同。
5.固-固界面
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2018/10/24
比表面（specific surface area）
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具 有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表 面积。即：
Am A / m
或
AV A / V
第九章 界面现象
9.1 界面张力及界面热力学 9.2 弯曲液面的附加压力和蒸汽压 9.3 界面上的润湿现象 9.4 溶液表面的吸附现象 9.5 固体表面的吸附现象 9.6 吸附在水处理中的应用
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2018/10/24
本章学习要求
1、理解比表面、表面吉布斯函数和表面张力，应用表
面热力学解释有关现象；
2、理解并解释弯曲液面的有关现象；
3、理解液体对固体表面的润湿作用；
4、掌握物理吸附和化学吸附及其区别；
5、掌握弗里德利希吸附经验式和兰格缪尔单分子层吸
附理论及其应用；了解B.E.T多分子层吸附理论；
6、理解溶液的表面吸附现象；了解表面活性剂及应用
。
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2018/10/24
表面张力（surface tension）
（ a）
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（ b）
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2018/10/24
表面张力
例如，将一含有 一个活动边框的金属 线框架放在肥皂液中， 然后取出悬挂，活动 边在下面。由于金属 框上的肥皂膜的表面 张力作用，可滑动的 边会被向上拉，直至 顶部。
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2018/10/24
9.1 界面张力和界面热力学
一 二 三 四
界面现象的本质 表面张力和表面功 表
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2018/10/24
界面现象的本质
两相界面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。 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；
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2018/10/24
表面张力（surface tension）
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一
种张力，它垂直于表面的边界，并与表面相切，
有使液体收缩的趋势。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面 张力，用g 表示，单位是 N· m-1。
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2018/10/24
表面和界面(surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间
的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为
液体或固体的表面。 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。
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立方体数 1 103 109 1015 1021
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比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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2018/10/24
分散度与比表面
可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m 的小立方体时，比表面增长了一千万倍。 可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相 催化方面的研究热点。 边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3） 1×10-2 1 6 ×102 1×10-3 103 6 ×103 1×10-5 109 6 ×105 1×10-7 1015 6 ×107 1×10-9 1021 6 ×109
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2018/10/24
表面和界面(surface and interface)
3.液-液界面
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2018/10/24
表面和界面(surface and interface)
4.液-固界面
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2018/10/24
表面和界面(surface and interface)
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2018/10/24
表面和界面(surface and interface)
常见的界面有： 1.气-液界面
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2018/10/24
表面和界面(surface and interface)
2.气-固界面
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式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表 面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和 色谱法。
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2018/10/24
分散度与比表面
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。 把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高， 比表面也越大。 例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割 成小立方体时，比表面增长情况列于下表： 边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
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2018/10/24
表面张力（surface tension）
如果在活动边框上挂一重物， 使重物质量W2与边框质量W1所产生 的重力F（F=（W1+W2）g）与总的 表面张力大小相等方向相反，则金 属丝不再滑动。 这时
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2018/10/24
界面现象的本质
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
物化第九章
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纯水的表面张力为γ1, 某溶质的表面张力为γ2, 且 γ2>γ1, 形成溶液后,溶质的表面浓度为CS, 本体浓 度C0,则( )
(a)CS>C0 √(b)CS<C0 (c)CS=C0 (d)CS=0
溶液表面层对溶质发生吸附, 当CB(表面浓度)>CB,0(本 体浓度), 则( )。
√(a)称为正吸附, 溶液表面张力降低
(b)称为正吸附, 溶液表面张力不变 (c)称为负吸附, 溶液表面张力增加 (d)称为负吸附, 溶液表面张力降低
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9.3 气-固界面
9.3.1 界 面 分 析 9.3.2 基 本 概 念 9.3.3 吸附的种类与计算 9.3.4 吸附热力学
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9.3.1 界面分析——与液表比较
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3.铺展
(1)定义：液固界面取代固体表面，同时液体表面
增大的过程；
始态：
末态：
(2)铺展吉布斯函数变ΔGs ①定义：单位面积铺展过程的吉布斯函数变化；
②计算：ΔGS＝γls +γl －γs＝－γl(cosθ－1) ③说明：自发铺展ΔGS＜0→→θ＝0°或θ不存在。 (3)铺展系数S ①定义：S＝－ΔGS＝γl(cosθ－1)；
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9.3.3 吸附分类及计算
一、吸附分类(按吸附质与吸附剂的作用本质分类)
1.物理吸附与化学吸附的区别
分类
物理吸附
化学吸附
吸附力
范德华力
化学键力
吸附层数
单层或多层
单层
吸附热 较小，近于液化热 较大，近于反应热
选择性
很差甚至没有
较强
可逆性
具有可逆性
物理化学补充资料《界面现象》
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2014-5-5
毛细凝聚现象
根据Kelvin公式，凹面上的 蒸汽压比平面上小，所以在小于 饱和蒸汽压时，凹面上已达饱和 而发生凝聚，这就是毛细凝聚现 象。在测量固体比表面时，采用 低压，因为发生毛细凝聚后会使 结果偏高。 继续增加压力，凝聚液体增 多，当达到图(b)中的b线处，液 面成平面，这时的吸附等温线如 CD线所示。
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2014-5-5
吸附量的表示
吸附量通常有两种表示方法： (1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。
q =V /m
单位：m ⋅ g
3
-1
体积要换算成标准状况(STP) (2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。
q = n/m
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单位：mol ⋅ g
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2014-5-5
吸附等温线的类型
(Ⅰ)在2.5nm以下微孔 吸附剂上的吸附等温 线属于这种类型。例 如78K时N2在活性炭上 的吸附及水和苯蒸汽 在分子筛上的吸附。
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2014-5-5
吸附等温线的类型
(Ⅱ)常称为S型等温线。 吸附剂孔径大小不 一，发生多分子层吸 附。在比压接近1时， 发生毛细管和孔凝现 象。
S = −ΔG = −(γ l-s + γ l-g − γ s-g )
σ
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2014-5-5
铺展系数(spreading coefficient)
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物理化学界面现象知识点
物理化学界面现象知识点物理化学是一门研究物质与能量转化关系的学科，其中关于界面现象的研究成为其重要组成部分。
界面现象指的是两种或两种以上物质的交界处，这些物质可以是固体、液体或气体。
本文将介绍物理化学界面现象的几个重要知识点。
一、表面张力表面张力是指液体分子表面上分子间相互吸引的力所产生的效应。
液体分子在表面形成一个较为稳定的薄层，使得液体表面呈现收缩的趋势。
表面张力的大小与液体的性质有关，与温度、溶质浓度等因素也有关系。
表面张力有许多重要应用，如测定液体的粘度、浮力现象和昆虫在水面行走等。
二、润湿性润湿性是指液体在与固体接触时的扩展性和均匀性。
润湿性好的液体可以在固体表面均匀地展开，与固体取得较大的接触面积。
润湿性的研究对于表面活性剂、涂层材料等的开发具有重要意义。
润湿性与液体与固体之间的相互作用力有关，主要分为两种类型：强烈吸附型润湿和胶状薄膜型润湿。
三、界面电荷界面电荷是指存在于两相接触处的电荷分布。
在液体与固体、液体与气体的接触处，由于电离、化学吸附等作用，使得界面处出现电荷分布不均匀的现象。
界面电荷的存在对于溶液的稳定性、沉降速度以及电化学反应的进行产生重要影响。
四、界面传质界面传质是指物质在两相接触处的传输过程。
传质可以是从一个相向另一个相的扩散，也可以是通过界面传递。
界面传质是许多重要现象的基础，如大气污染、化工过程中的传质现象等。
界面传质与各相之间的浓度差、物质的扩散系数等因素相关。
五、胶束和微乳液胶束和微乳液是由表面活性剂分子在溶液中自组装形成的具有特殊性质的结构。
胶束是由表面活性剂分子聚集形成的球状结构，具有封闭的疏水核心和亲水外壳。
微乳液是由表面活性剂分子聚集形成的亲水和疏水两相共存的稳定结构。
胶束和微乳液的形成与溶液中表面活性剂浓度、温度等因素密切相关，对于药剂的输送、催化剂的设计等方面具有重要意义。
综上所述，物理化学界面现象是物质与能量转化过程中的重要组成部分。
表面张力、润湿性、界面电荷、界面传质以及胶束和微乳液等知识点对于理解和应用界面现象有着重要作用。
界面现象-物理化学-课件-09
－表面张力，沿着液体表面,垂直作用于单位长度 线段上的紧缩力，单位N ·m-1
7
(a)
(b) 表面张力存在
8
另一方面，当用外力F，使金属丝非常缓慢地向下移动 dx ，皂膜面积增大dAs，则表面张力作可逆表面功：
δ' Wr' Fdx 2 l dx dAs
δWr' dAs
9
G δWr' F dAs 2l As面积的表 面吉布斯函数三者的数值 、量纲等同，但它们有不 同的物理意义，是从不同角度说明同一问题。
2. 热力学公式
对一般多组分体系，未考虑相界面面积时：
G f (T, p,nB , nC , nD )
11
dG SdT Vdp dAs μBdnB
B
讨论1
在T,P,n一定,则dG=dAs
设在等温等压下内部分子移到表面，使系统表面积自一可 忽略的面积增加到As，表面吉布斯函数自G0s增加到Gs
将上式积分：
s
Gs
s G0
dG
AS
0
dAS
G AS
dG dG s d ( AS ) dAS AS d
pe h r r
21
例1〕将正丁醇（摩尔质量 M＝0.074kg· -1）蒸气 mol 聚冷至 273K，发现其过饱和度约达到4时方能自行 凝结为液滴，若 273K时正丁醇的表面张力 σ＝ 0.0261N· -1，密度 ρ＝1×103kg· -3 ，试计算 m m （a）在此过饱和度下所凝结成液滴的半径 r ； （b）每一液滴中所含正丁醇的分子数。 解: （a）过饱和度即为 Pr P ，根据开尔文公式
物化9-界面现象
●例：20℃时，将0.001 kg的球形水滴分散成直径2 nm的小水滴。
1)求分散前后水滴的表面积和比表面积并进行比较；2)系统Gibbs函数增大多少？已知20℃时水的 为72.75×10-3J·m-2。
●解:[复习: 球的表面积A=4 r2，体积V= 4 r3/3，比表面积Asp =A/V总，1 nm=1×10-9m]●1)20℃时水的密度为1000 kg·m-3，故0.001 kg水滴的体积V=0.001 kg/1000 kg·m-3=1×10-6m3先计算大滴半径r：4 r3/3= 1×10-6，r= 0.62×10-2(m)表面积：A=4 r2=……=4.83×10-4(m2)比表面积：Asp=A/V=4.83×10-4/(1×10-6)=4.83×102(m-1)●将0.001 kg水滴分散成直径为2 nm的小水滴，个数为0.001 kg/[4 (1×10-9)3 /3]=……=2.39×1020个表面积：A=4 (1×10-9)2×2.39×1020=…=3.01×103(m2)比表面积：Asp=A/V=3.01×103/(1×10-6)=3.01×109(m-1)d G=d( A)= d A+A d总●1、当 一定，改变A时，d G= d A，因 >0，所以只有d A<0，才能有d G<0。
即恒温、恒压下，缩小表面积是系统G 的过程(自发过程)，使系统处于稳定状态。
如：●常见水面上的小气泡自动合并成大气泡；●熔融金属中也存在小气泡自动合并成大气泡的过程；●固体小晶粒自动合并成大晶粒●太空航天员喝球形果汁等，都是使表面积减小的过程●2、当A一定(分散度不变)时，d G=A d ，欲使d G<0，必然d<0，即表面张力减小的过程是自发过程。
物化界面现象知识点总结
物化界面现象知识点总结物化界面现象是指两种或两种以上不同物质（或不同物质的两种物理状态）之间相互接触、相互影响的表面现象。
这些现象在日常生活中无处不在，比如水珠在玻璃表面的现象、油和水的不相溶性现象、以及固体表面的粗糙程度对摩擦力的影响等等。
在工业生产、科学研究、生活实践等方面，物化界面现象都起到了重要的作用。
因此，了解和掌握物化界面现象的知识是十分重要的。
在这里，我将对物化界面现象的相关知识点进行总结，包括表面张力、接触角、浸润性、毛细现象、界面活性剂等内容。
一、表面张力表面张力是液体表面上的一种由分子间相互作用力引起的力。
在液体表面处，分子受到的作用力来自两个方向：一方面来自于液体表面上的临近分子，另一方面来自于表面下方的那些分子。
这两个方向上的作用力不平衡，因此液体分子呈现出对表面内部的收缩趋势，这种趋势可以看作是表面张力的体现。
表面张力的大小与液体的性质有关，通常用表面张力系数σ来描述。
它的大小与液体的特性、温度、压力等因素有关。
表面张力的表现形式主要有两种：一是使液体表面成为弹性膜的现象，比如肥皂泡；二是使液体内部呈现出平设置立体的现象，比如水银在玻璃板上的现象。
二、接触角接触角是指三个相互接触的介质在接触点上所形成的角。
常见的接触角有两种：一种是固体与液体之间的接触角，另一种是气体与固体之间的接触角。
固体与液体之间的接触角是由固液表面张力和液体表面张力所共同决定的，它决定着液体在固体表面上的浸润性。
当接触角小于90度时，称为润湿；当接触角大于90度时，称为不润湿。
接触角的大小与物质的性质、表面形貌、温度、压力等因素有关。
气体与固体之间的接触角也受到相似的因素的影响，它反映了气体对固体表面的浸润性。
当接触角小于90度时，称为亲水性；当接触角大于90度时，称为疏水性。
三、浸润性浸润性是物体固体表面和液体之间相互作用的结果。
当液滴接触到固体表面时，有两种可能的结果：一是液滴可以完全浸润固体表面，称为完全浸润；另一种是液滴无法完全浸入固体表面，称为不完全浸润。
物理化学课件09章_表面现象
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2020/7/7
例题
一滴体积V =10－6 m3的水滴，当被分散 为半径分别是r1=10－3 m，r2=10－4 m， r3=10－6 m，r4=10－8 m的小液滴时，分
散成的水滴总数、比表面和总表面积各 为多少？
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2020/7/7
表面张力
表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
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2020/7/7
9-1 表面张力
比表面（specific surface area）
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两
种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具
有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表
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2020/7/7
表面张力
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2020/7/7
表面功（surface work）
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如 果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就 必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所 需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
WdA
式中为比例系数，它在数值上等于当T，P及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体 系做的可逆非膨胀功。
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2020/7/7
表面自由能(surface free energy)
考虑了 表面功，热
dU TdS PdV dA BdnB
《物理化学第4版》第九章9-6 润湿现象 PPT课件
例 20℃时，水的表面张力为0.072Nm-1，水银 的表面张力为0.483Nm-1，水银-水的界面张力 为0.375Nm-1，试判断是水银在水表面铺展， 还是水在水银表面铺展？
解： S水/水银=σg/水银-σ水/水银-σg/水 =0.483-0.375-0.072 =0.036 Nm-1>0, 水在水银表面铺展。
20
§9 - 6 润湿现象
一、润湿 定义：固体表面上的气体(或液体)被液体(或 另一种液体)取代的现象。
需要润湿：机械润滑、洗涤、印染、焊 接、注水采油等.
不需要润湿：防雨布、防水涂料等。
1
按润湿程度不同分为三种类型: 附着润湿； 浸渍润湿； 铺展润湿。
2
1、附着润湿
σ g/s σ g/l
正过程（固液接触）： ΔGa=σ l/s-(σ l/g+σ g/s)
σ l/s
逆过程：
附着润湿示意图
-ΔGa=(σl/g+σg/s)-σ l/s = Wa
Wa 称为液体的附着功。
3
2、浸渍润湿
σ g/s
正过程(固液接触)： ΔGi=σ l/s-σ g/s
浸渍润湿示意图
逆过程：
-ΔGi=σ g/s-σ l/s= Wi σ l/s Wi 称为液体的浸渍功。
4
3、铺展润湿 液滴在固体(或液体)表面上完全铺开成为薄膜.
1．答： C
2.接触角是指：
2．答： A
（A）ｇ／ｌ界面经过液体至ｌ／ｓ界面间的夹角
（B）ｌ／ｇ界面经过气相至ｇ／ｓ界面间的夹角
（C）ｇ／ｓ界面经过固相至ｓ／ｌ界面间的夹角
（D）ｌ／ｇ界面经过气相和固相至ｓ／ｌ界面间的
夹角
17
3.高分散度固体表面吸附气体后，可使固体表
物理化学中的界面现象
物理化学中的界面现象物理化学作为研究物质和能量相互作用的学科，广泛关注物质的界面现象。
界面现象是指不同相（例如气相、液相、固相）之间的交界处所表现出的一系列特殊性质和现象。
本文将对物理化学中的界面现象进行探讨，包括界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
首先，我们来讨论界面张力。
界面张力是界面上单位长度所具有的能量。
液体的界面张力是由分子间吸引力和排斥力所引起的。
分子间吸引力导致液体分子之间靠近，而分子间排斥力使液体分子远离界面。
这种分子间的不均匀排布导致了界面张力的存在。
界面张力使得水滴在平面上形成球状，也使得液体能够在毛细管中上升。
接下来，我们将讨论胶溶体。
胶溶体是由固体分散在液体中形成的混合物。
在胶溶体中，固体颗粒通过与液体分子的相互作用形成一个三维网络结构。
这种网络结构赋予了胶溶体特殊的物理性质，如黏度的增加和凝胶的形成。
在生活中，我们可以看到许多胶溶体的运用，比如胶水、果冻和凝胶电池等。
最后，我们来探讨表面活性剂。
表面活性剂是一类具有亲水性头部和疏水性尾部的分子。
在液体表面，表面活性剂的头部与水分子相互作用，而尾部则与空气或其他非极性物质相互作用。
这种分子的不均匀性导致表面活性剂在液体表面形成一个稳定的单分子层，称为胶束。
表面活性剂的存在使液体的表面张力减小，也可以使油与水相溶。
这种特性使得表面活性剂广泛应用于洗涤剂、乳化剂和泡沫剂等领域。
总而言之，物理化学中的界面现象涵盖了界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
这些现象的研究不仅可以深化我们对物质相互作用的理解，也为许多实际应用提供了基础。
通过进一步研究和探索界面现象，我们可以更好地理解和应用物理化学的知识。
第九章界面现象
右图（a）和（b）分别为 平面液面的表面张力和平面液 面上外部压力及液面下液体受 力状况示意图。
从图（a）可以看出，在平面液面中选择一小面积AB（蓝颜色） ，沿AB的四周，作用于AB周线的上每一点内、外的表面张力其大 小相等，方向相反。
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果
第九章 界面现象
在讲界面现象之前，让我们先看看日常生活的有关现象：
荷叶上的水珠会自动成球形。荷玻叶
璃
上
上
毛细现象
物理化学 课件
第九章 界面现象
微小液滴易挥发（小颗粒晶体易溶解）
活性碳脱色 橘子皮为什么可除去冰箱中的臭味 金属粉末在空气中可自燃 。粉尘爆炸。 纳米材料为什么会呈现强烈的表面效应等等。
物理化学 课件
第九章 界面现象
例如，组分 i的浓度ci 在垂直于界面的方向上变化如图9.2(c)中 MON曲线所示，从c增加到c。
物理化学 课件
第九章 界面现象
综上所述，所谓界面是指两相接触的、约几个分子层 （约10—100Å）厚度的过渡区，在这个过渡区内，其物理性质
(包括化学性质)既不同于 相，也不同于 相。若其中一相为气体，
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.1 界面张力
另一证实表（界）面存在表（面）张力的例子见下图。 将金属丝弯成U形框架，另一根金属丝作为框 架的一边，可在U形框架上滑动。将这样一个 含有一活动边的金属框架放在肥皂液中，然 后取出悬挂，活动边在下面，由于金属框上 的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被 上拉，直至顶部。