整理表面张力.ppt
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——润湿现象 2.水在玻璃管中上升, 汞在玻璃管中下降 ——毛细现象 3.液体的过冷过热、蒸气的过饱和现象 ——亚稳状态 4.微小液滴更易蒸发,微小的晶体更易溶解 5.固体表面会自动吸附其它物质。
.,
8
3. 分散程度与比表面积
当物质被高度分散时，界面相与体相相比不可忽略， 界面的作用很明显。例如：
作用结果
导致液体表面具有自动缩小的趋势。 扩展表面要作功。
.,
15
1.表面功及表面吉布斯函数
以液—气组成的系统为例，若将体相中的分子可逆移到液 体表面以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统作功，这种 为扩大液体表面所作的功称为表面功。
表面功
δWr'
dAs
δWr' dAs
γ：（比）表面功。使系统增加单位表面所需的可逆功。
直径为 1cm 的球形液滴
分成 1018个
直径10nm的 球形小液滴
表面积： 3.1416×10-4 m2
总表面积 314.16m2
.,
9
(1)比表面积 as ：单位质量的物质所具有的表面积 .
as
As m
单位：m2·kg-1
一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。
活性炭比表面可达到 1000 ~ 2000 m2 ·g-1
界面现象
.,
66
界面不是几何平面！界面有一定的厚度，所以有时 又称界面为界面相 。
截面积 AS
体相 体 相 界面相S
体相
特征： 几个分子厚,1~10nm 结构与性质与两侧体相均不同
.,
7
2. 界面现象(表面现象)
1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸液面， 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹液面。
2008.8月17日中午，长沙市第七中学科学馆，一只巨大的肥皂泡
将60余名学生圈在一只五彩斑斓的肥皂泡中。这次的巨型泡泡使
用了近600斤肥皂水和一个长6米., 宽3米的道具。
13
.,
14
表面层分子受到指向液体内部的 合力(分子间净吸引力）。 液体内部的分子其所受合力为零。
产生的原因 物质表面层的分子所处的力场是不均衡的。
1.26 1017
m2
总面积 As2 2.391020 1.261017 3.01103 m2
as2
As2 m
3.01 103 0.001
3.01106 m2/kg
as1 0.483 m2/kg
比表面之比为：
3.01106 6.23106 0.483
（2）ΔG = γΔA = 72.75 × 10-3 ×(3.01×103 －0.483) ≈ 2.19× 102 J
第十章 界面现象
.,
11
.,
2
.,
3
.,
4
.,
Baidu Nhomakorabea
5
§10.0 前言
1.界面与表面 (1)界面：两相之间的接触面。
(2)表面：两相中若有一相是气相，则形成的界面为表面。 气相通常是真空、空气或物质本身的饱和蒸气。
自然界中物质的存在状态：
气—液界面 气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
4.83 104 0.001
0.483m2/kg
r'
将0.001kg水滴分散成直径为2nm即半径1×10-9 m的小水滴，
其个数为：
0.001kg
4 3
3 2
0.001kg
4 (1109 m)3 1000kg m3
3
2.391020 个
.,
19
每个小水滴的面积为
4
2 2
4
(1109 )2
=1000kg·m-3,
= 72.75× 10-3N·m-1
解：（1）0.001kg的球形水滴
Vm
0.001kg 1000kg m
3
=1×10-6 m3
设其半径为r1,
V 4 3
3
r 1=0.62×10-2 m
.,
18
As1
4
2 1
4
(0.62102 )2
4.83104 m2
as1
As m
平方米，268台机器设备遭毁损，54人丧生，1821人受伤。
事后查明原因，是亚麻粉尘爆炸。
2010年02月25日河北秦皇岛粉尘爆炸事故 致19人死49
.,
21
解释：为什么小液滴会成 球形？
在无重力下，此现象更为明显，例太空舱中水球
太空舱中会出现篮球般的大水球，每位飞行员轮流传递， 各咬一口后，篮球会逐渐收缩为排球﹑足球﹑垒球的大小， 但总是呈现球形
(2)在处理高分散度物质时，若不考虑其界面的特殊性，将会 导致错误的结论。
.,
10
§10.1 界面张力
一. 液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数
.,
11 11
.,
12
2007年11月23日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又被
称为泡泡人Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。
J·m-2，
.,
16
恒温，恒压时，
dGT,P δWr' dAs
G As
T , p
：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。
单位：J·m-2。
.,
17
在20℃时，将0.001kg的球形水滴分散成直径为2nm的小水滴。
（1）求分散前后水滴的表面积和比表面并进行比较；
（2）系统吉布斯函数增大多少？已知20℃时，水的密度
dx
如图在金属框上形成肥皂膜，若施
加作用力F可逆地使金属丝左移dl，
F
则液面增加dAs＝2Ldx，对系统做功。
.,
20
世界上第一次有记载的粉尘爆炸发生在1785 年意大利的一个面粉厂,
1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生猛烈爆炸，爆炸首先发生 在地下约12米深的除尘室，安装在里面的十余吨重的机器被巨大的 气浪冲上地面；与其相关地面建筑如电动换气室、变电所等全部 摧毁。爆炸顺着几百米的地下通道扩展，凡是所能触及的一切瞬间 都遭到残酷的破坏；连成一片的36000平方米厂房，被炸毁9500
W ' G A 74.24103 5104 3.71105 J
(环境做功为正)
.,
23
Qr
TS
T
G T
p
T
As
T
As , p
T
As , p
0.14 103
N m1 K1
Qr 283 (5104 ) (0.14103 ) 1.981105 J
.,
24
2. 液体的表面张力
.,
22
例2．水的比表面自由能与摄氏温度t℃ 的关系式为：
γ(× 10-3N·m-1)= 75.64 - 0.14t/℃，若水的表面改变时，总体积
不变，试求10℃、p
5 cm2，必需做
多少功？从外界吸收多少热？
解：t = 10℃，
(75.64 0.1410) 103 74.24103 N m1
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3. 分散程度与比表面积
当物质被高度分散时，界面相与体相相比不可忽略， 界面的作用很明显。例如：
作用结果
导致液体表面具有自动缩小的趋势。 扩展表面要作功。
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1.表面功及表面吉布斯函数
以液—气组成的系统为例，若将体相中的分子可逆移到液 体表面以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统作功，这种 为扩大液体表面所作的功称为表面功。
表面功
δWr'
dAs
δWr' dAs
γ：（比）表面功。使系统增加单位表面所需的可逆功。
直径为 1cm 的球形液滴
分成 1018个
直径10nm的 球形小液滴
表面积： 3.1416×10-4 m2
总表面积 314.16m2
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(1)比表面积 as ：单位质量的物质所具有的表面积 .
as
As m
单位：m2·kg-1
一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。
活性炭比表面可达到 1000 ~ 2000 m2 ·g-1
界面现象
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界面不是几何平面！界面有一定的厚度，所以有时 又称界面为界面相 。
截面积 AS
体相 体 相 界面相S
体相
特征： 几个分子厚,1~10nm 结构与性质与两侧体相均不同
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2. 界面现象(表面现象)
1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸液面， 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹液面。
2008.8月17日中午，长沙市第七中学科学馆，一只巨大的肥皂泡
将60余名学生圈在一只五彩斑斓的肥皂泡中。这次的巨型泡泡使
用了近600斤肥皂水和一个长6米., 宽3米的道具。
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表面层分子受到指向液体内部的 合力(分子间净吸引力）。 液体内部的分子其所受合力为零。
产生的原因 物质表面层的分子所处的力场是不均衡的。
1.26 1017
m2
总面积 As2 2.391020 1.261017 3.01103 m2
as2
As2 m
3.01 103 0.001
3.01106 m2/kg
as1 0.483 m2/kg
比表面之比为：
3.01106 6.23106 0.483
（2）ΔG = γΔA = 72.75 × 10-3 ×(3.01×103 －0.483) ≈ 2.19× 102 J
第十章 界面现象
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Baidu Nhomakorabea
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§10.0 前言
1.界面与表面 (1)界面：两相之间的接触面。
(2)表面：两相中若有一相是气相，则形成的界面为表面。 气相通常是真空、空气或物质本身的饱和蒸气。
自然界中物质的存在状态：
气—液界面 气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
4.83 104 0.001
0.483m2/kg
r'
将0.001kg水滴分散成直径为2nm即半径1×10-9 m的小水滴，
其个数为：
0.001kg
4 3
3 2
0.001kg
4 (1109 m)3 1000kg m3
3
2.391020 个
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每个小水滴的面积为
4
2 2
4
(1109 )2
=1000kg·m-3,
= 72.75× 10-3N·m-1
解：（1）0.001kg的球形水滴
Vm
0.001kg 1000kg m
3
=1×10-6 m3
设其半径为r1,
V 4 3
3
r 1=0.62×10-2 m
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As1
4
2 1
4
(0.62102 )2
4.83104 m2
as1
As m
平方米，268台机器设备遭毁损，54人丧生，1821人受伤。
事后查明原因，是亚麻粉尘爆炸。
2010年02月25日河北秦皇岛粉尘爆炸事故 致19人死49
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解释：为什么小液滴会成 球形？
在无重力下，此现象更为明显，例太空舱中水球
太空舱中会出现篮球般的大水球，每位飞行员轮流传递， 各咬一口后，篮球会逐渐收缩为排球﹑足球﹑垒球的大小， 但总是呈现球形
(2)在处理高分散度物质时，若不考虑其界面的特殊性，将会 导致错误的结论。
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§10.1 界面张力
一. 液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数
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2007年11月23日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又被
称为泡泡人Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。
J·m-2，
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恒温，恒压时，
dGT,P δWr' dAs
G As
T , p
：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。
单位：J·m-2。
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在20℃时，将0.001kg的球形水滴分散成直径为2nm的小水滴。
（1）求分散前后水滴的表面积和比表面并进行比较；
（2）系统吉布斯函数增大多少？已知20℃时，水的密度
dx
如图在金属框上形成肥皂膜，若施
加作用力F可逆地使金属丝左移dl，
F
则液面增加dAs＝2Ldx，对系统做功。
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世界上第一次有记载的粉尘爆炸发生在1785 年意大利的一个面粉厂,
1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生猛烈爆炸，爆炸首先发生 在地下约12米深的除尘室，安装在里面的十余吨重的机器被巨大的 气浪冲上地面；与其相关地面建筑如电动换气室、变电所等全部 摧毁。爆炸顺着几百米的地下通道扩展，凡是所能触及的一切瞬间 都遭到残酷的破坏；连成一片的36000平方米厂房，被炸毁9500
W ' G A 74.24103 5104 3.71105 J
(环境做功为正)
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Qr
TS
T
G T
p
T
As
T
As , p
T
As , p
0.14 103
N m1 K1
Qr 283 (5104 ) (0.14103 ) 1.981105 J
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2. 液体的表面张力
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例2．水的比表面自由能与摄氏温度t℃ 的关系式为：
γ(× 10-3N·m-1)= 75.64 - 0.14t/℃，若水的表面改变时，总体积
不变，试求10℃、p
5 cm2，必需做
多少功？从外界吸收多少热？
解：t = 10℃，
(75.64 0.1410) 103 74.24103 N m1