第一章液体界面性质
第一章 气体、溶液和胶体
第一章气体、溶液和胶体⏹§1.1 气体⏹§1.2 液体⏹§1.3 分散系⏹§1.4 溶液⏹§1.5 胶体溶液⏹§1.6 高分子溶液和凝胶⏹§1.7 表面活性物质和乳浊液1、Dalton分压定律2、稀溶液的依数性3、胶体的结构、性质依数性的计算、胶团结构的书写、胶体的性质1、气体的基本特征：（1）无限膨胀性：所谓无限膨胀性就是，不管容器的形状大小如何，即使极少量的气体也能够均匀地充满整个容器。
（2）无限掺混性：无限掺混性是指不论几种气体都可以依照任何比例混合成均匀的混溶体(起化学变化者除外)。
高温低压下气体的p 、V 、T 之间的关系。
即：P ：气体压力，单位用kPa(或Pa)。
V ：气体体积，单位取dm 3(或写为L ，l) n ：气体物质的量mol 。
T ：绝对温度，单位是K ，它与t °C 的关系为:T=273.15+t °CR ：理想气体常数P V = n R T （1-1）此式称为理想气体状态方程。
普通化学普通化学Dalton分压定律适用范围：Dalton分压定律可适用于任何混合气体，包括与固、液共存的蒸气。
对于液面上的蒸气部分，道尔顿分压定律也适用。
例如，用排水集气法收集气体，所收集的气体含有水蒸气，因此容器内的压力是气体分压与水的饱和蒸气压之和。
而水的饱和蒸气压只与温度有关。
那么所收集气体的分压为：p气＝p总－p水如图：普通化学【例1.3】 一容器中有4.4 g CO 2，14 g N 2和12.8 g O 2，气体的总压为202.6 kPa ，求各组分的分压。
【解】混合气体中各组分气体的物质的量m ol m olg g n N 5.028141)(2=⋅=-m ol m olg g n CO 1.0444.41)(2=⋅=-m ol m ol g g n O 4.0328.121)(2=⋅=-k Pa k Pa m olm ol m ol m ol p CO 26.206.2024.05.01.01.0)(2=⨯++=()kPa kPa molmol mol mol p kPa kPa molmol mol mol p O N 04.816.2024.05.01.04.03.1016.2024.05.01.05.022)(=⨯++==⨯++=，总＝总总p i x p n i n i p =由道尔顿分压定律T 一定，速率和能量特别小和特别大的分子所占的比例都是很小的，温度升高时，速率的分布曲线变得较宽而平坦，高峰向右移，曲线下面所包围的面积表示的是分子的总数，对一定的体系它是常数. 氮的速率分布曲线麦克斯韦－玻尔兹曼分布定律:普通化学水有三种存在状态，即水蒸气（气态）、水（液态）、冰（固态）。
第1章—— 液态金属的结构与性质-2014
能量起伏 指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低， 同一原子的能量也会随时间而不停变化，出现时高时低的现象
结构起伏 指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不 断分化组合，由于“能量起伏”，部分金属原子（离子）从某个 团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，这样 此起彼伏，不断发生着涨落过程，似乎团簇本身在“游动”一样， 团 簇 的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象 浓度起伏 指在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元 素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在 一起而把别的原子排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着 成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发 生着变化的现象
一、液态合金的粘度
（一）液态合金的粘度及其影响因素
1、粘度：又称粘度系数。液体在流动时，在其分子间产生内摩
擦的性质，称为液体的粘性。粘性大小用粘度来表示。是用来 表征与液体性质相关的阻力因子。依牛顿提出的关系式来定义：
z
dvx τ=η dy
O
v2
v3
v1
x
dy η=τ dvx
v4
...
y
v5
2、粘度的物理意义：表示 作用于液体表面的外加
了解
五、对液态金属结构的再认识及研究新进展
一、液态与固态、气体结构比较及衍射特征
（一）液态与固态、气体结构比较
晶体——原子在晶格节点上表现出平移、对称性特征，同时 以某种模式在平衡位臵作热振动（远程有序）
气体——分子和原子无规则运动，分子平均间距比其尺寸大 得多，空间分布上表现为完全无序
液体——相对于晶体而言，液体原子在宏观上不具备平移对 称性（远程无序），相对于气体，表现为近程有序
界面与胶体化学基础1..
前言
尽管在这一时期积累了大量的经验和知识，但胶 体化学真正为人们所重视并获得较大的发展是从 1903年开始的。这时 Zsigmondy（德）发明了超 显微镜，肯定了溶胶的一个根本问题——体系的 多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。1907 年，德国化学家Ostwald创办了第一个胶体化学的 专门刊物——《胶体化学和工业杂志》，因而许 多人把这一年视为胶体化学正式成为一门独立学 科的一年。接着Freundlich和Zsigmondy先后出版 了他们的名著《毛细管化学》（1909）和《胶体 化学》（1902）。近几十年来，由于实验技术的
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。
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。
B B B B
由此可得：
F G H U ( ) S ,V ,nB ( ) S , P,n ( )T ,V ,nB ( A )T , p ,n A A A
B
B
表面自由能(surface free energy)
广义的表面自由能定义： 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积 时，相应热力学函数的增值。
界面与胶体化学基础
界面与胶体化学基础(一)
2018/10/13
前言
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体（粒子大 小介于1nm—100nm之间，也有人称之为被忽略尺寸 的世界）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。
第一章+粘性与表面张力
判断：水温一定时，逐步升高水中的压强直至水开始汽化，则该压强称为
该水温下的汽化压强。
第六节 汽化压强
20
三、空化
空化（Cavitation）：是指液体内局部压力降低到低于汽化压强时，该
处液体就会沸腾，液体内部或液固交界面上蒸汽或气体（空泡）的形成、 发展和溃灭的过程。
四、空蚀 空蚀：空化时气泡进入高压处，在高压作用下迅速破灭，伴随气泡溃灭，
a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大， 吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以
值减小。
b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子 运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动
量交换频繁，所以 值增加。
第四节 粘度
5 选择题：下面关于流体粘性的说法中，不正确的是：
(cm2/s)
（3）粘度的影响因素
4
流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。
1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。
2）压强。对常见的流体，如水、气体等， 值随压强的变化不 大，一般可 忽略不计。
3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体 的粘度增加。
第五节 表面张力
rh
水
三、毛细作用的计算
毛细高度：
h
2 cos r
对于水有： =0°， =0.074N/m
h
29.8 d
(mm)
对于水银有： =140°， =0.514N/m
h
10.15 d
(mm)
第五节 表面张力
18
第二章 液体界面性质(1)
ρ-液体在t温度下的密度; M-摩尔质量； 液体在t温度下的密度; -摩尔质量；
k –温度系数 （非极性液体: 2.2 x10-7J/K) 非极性液体:
② 古根汉姆(Guggenheim)经验公式： 古根汉姆(Guggenheim)经验公式： (Guggenheim)经验公式 σ=σ[( tc- t )/tc ] n 热力学关系式： ③ 热力学关系式： 有机液体： 有机液体：n =11/9 ；金属液体：n = 1 金属液体： （dH/dA)T,P =γ -T(dγ/dT)A,P
式中： 式中：
ΔVa -表示有吸附引起的体积变化 由表面相及体相密度差引起的体积变化。 ΔVs - 由表面相及体相密度差引起的体积变化。
ห้องสมุดไป่ตู้
研究表明： 研究表明：当ΔVa为控制项时，则p↗; γ↙; Va为控制项时， 为控制项时 ↗; 当ΔVs 控制时 则p↗; γ↗。 ↗; 上式表明：在恒温恒表面积条件下，压力对表面张力的影响等于 上式表明：在恒温恒表面积条件下， 在恒温恒压下增加单位表面时， 在恒温恒压下增加单位表面时，相应数量的分子从体相中移到表面相 时体积的变化。 时体积的变化。
二、 表面张力 二、表面张力 所示， 将铂丝从液面上拉到高度h处 如图1- 2所示，如果用拉力 将铂丝从液面上拉到高度 处， 所示 如果用拉力F将铂丝从液面上拉到高度 在此过程中外力对体系所作的功 W=F•h 由于体系增加的表面积 = 2l • h ∴体系增加的自由能 G = 2 l • hσ， 在可逆条件下既有： 在可逆条件下既有： W = G 2 l • hσ =F • h ∴
第二章
§2-1 表面能与表面张力 一、表面能
界面化学基本理论—界面与表面特性
弯曲表面下的附加压力
1.在平面上
研究以AB为直径的一个环作为边界，由于环上每点的 两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附
加压力。设向下的大气压力为Po，向上的反作用力也为 Po ， 附加压力PS 等于零。 Ps = Po - Po =0
弯曲表面下的附加压力
2.在凸面上：
研究以AB为弦长的一个球面上的环作为边界。由于 环上每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但
表面活性剂溶液
界面吸附与定向排列
不饱和吸附
亲油基
饱和吸附表面活性剂分子紧密Fra bibliotek有规则地定向排列
水面
亲油基
单分子膜
亲水基
亲水基
饱和吸附：表面活性剂毫无间隙地密集于液面上，形成了单分子吸附膜。空气与 水处于完全隔离状态，表面吸附达饱和。此时，溶液的表面张力达到最低点！ 一般来说，水的表面张力比油的表面张力大
目 录
学习目标： 理解界面和表面特性（了解界面现象、理解其成因）
学习目标： 理解表面张力
水滴为什么是圆形而不是方形
它们为什么可以漂在水面上
▪ 为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么气泡比液滴更容易破裂？ ▪ 毛细现象为什么会产生？ ▪ 天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？ ▪ 水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成液滴？为什么？ ▪ 活性碳为什么可以做防毒面具？冰箱除臭剂？ ▪ 什么是表面活性剂？选择性的加入一些表面活性剂，为什么起到净化水
空 气
液 体
▪ 力的三要素：大小、方向、作用点
▪ 表面张力：作用点在表面/弯曲面的切面，表面收缩体现方 向，单位长度上的力是大小。
▪ 与力的本质区别：作用在单位长度上的力，是二维空间的压 力概念。与力、压强、能量不同，但有联系
材料的表面与界面第一章 表面与界面的基础知识
表面张力和表面自由能是对同一表面现象从 力学和热力学角度所做的描述。
表面张力的力学概念直观、易应用，在分析 各种界面同时存在的各界面张力的平衡关 系时容易理解。
表面自由能的概念反映现象的本质，讨论表 面现象的各种热力学关系时应用表面自由 能概念更贴切和方便。
在采用适宜的单位时（如表面张力用mN.m-1, 表面自由能用mJ.m-2），同一体系的表面 张力和表面自由能数值相同。
的高度h服从washburn方程：h2=ctrcos/2η 和η为液体的表面张力和黏度；c为毛细管因子，r为与粉体
柱相当的毛细管平均半径，一般将cr作为仪器常数。
五. 浮选与接触角
测定接触角后可以用来计算固体的表面能， 润湿热，吸附量等有用的数据。
在工业上接触角的研究的最大应用在泡沫浮 选：在矿浆中加入起泡剂等后通入空气形 成泡沫，由于水对矿石粉不同组成的润湿 性质不同，有用矿粉体附着在泡沫上并上 浮分离，无用的矿粉体则沉入水底。每年 全世界用浮选法分离的矿石达到10亿吨以 上。
材料表面与界面研究的意义 材料的表面与其内部本体，无论在结构上还是在化学组成上都有明显
的差别，这是因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的， 而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的，因此产生了表面 能。对于有不同组分构成的材料，组分与组分之间可形成界面，某一 组分也可能富集在材料的表界面上。即使是单组分的材料，由于内部 存在的缺陷，如位错等，或者晶态的不同形成晶界，也可能在内部产 生界面。材料的表界面对材料整体性能具有决定性的影响，材料的腐 蚀、老化、硬化、破坏、印刷，涂膜、粘结、复合等等，无不与材料 的表界面密切有关。因此研究材料的表界面现象具有重要的意义。
-GS=sg - lg - sl = S
材料表面与界面-第一章
润湿性
指液体在固体表面上扩散 和附着的能力。
影响因素
表面吸附和润湿性受表面 张力、表面能、物质性质 等因素的影响。
表面形貌与结构
表面形貌
指固体表面的几何形状和 外观特征。
表面结构
指固体表面的化学组成和 分子排列结构。
影响因素
表面形貌和结构受物质性 质、制备方法和环境条件 等因素的影响。
03 材料界面的基本概念
材料表面与界面-第一章
目录
• 引言 • 材料表面的基本性质 • 材料界面的基本概念 • 材料表面与界面的应用 • 总结与展望
01 引言
表面与界面的定义与重要性
定义
表面是指物质的最外层，而界面 则是指两种不同物质之间的接触 面。
重要性
表面与界面在许多物理、化学和 生物过程中起着关键作用，如催 化反应、电子传输、生物分子相 互作用等。
04 材料表面与界面的应用
表面技术在材料制备中的应用
表面涂层技术
通过在材料表面涂覆一层具有特 殊性能ห้องสมุดไป่ตู้涂层，以提高材料的耐
腐蚀、耐磨、隔热等性能。
表面合金化技术
通过改变材料表面的元素组成和 相结构，使其具有优异的耐高温、
抗氧化、抗疲劳等性能。
表面微纳结构制备
利用微纳加工技术，在材料表面 制备出具有微纳尺度结构的表面， 以提高材料的表面能、润湿性、
摩擦学性能等。
界面技术在复合材料中的应用
界面设计
01
通过优化界面结构和性质，提高复合材料的力学性能、电性能、
热性能等。
界面增强
02
利用界面层对复合材料的增强作用，提高复合材料的强度、韧
性、耐疲劳等性能。
界面相容性
大学物理D-01液体的表面性质-参考答案
(A)表面张力与液面垂直 (B) 表面张力与 S 的周边垂直 (C) 表面张力沿周边与表面相切 (D) 表面张力的合力在凸液面指向液体内部(曲面球心)，在凹液面指向液体外部 1.2.8 对处于平衡状态的液体，下列叙述不正确的是 ( C ) (A) 凸液面内部分子所受压力大于外部压力 (B) 凹液面内部分子所受压力小于外部压力 (C) 水平液面内部分子所受压力大于外部压力 (D) 水平液面内部分子所受压力等于外部压力 。 1.2.9 对于指定的液体，恒温条件下，有( A )。 (A) 液滴的半径越小，它的蒸气压越大； (C) 液滴的半径与蒸气压无关； 1.2.10 下列叙述不正确的是( D ) (A) 比表面自由能的物理意义是，在定温定压下，可逆地增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量； (B) 表面张力的物理意义是，在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度边线的表面紧缩力； (C) 比表面自由能与表面张力量纲相同，单位不同； (D) 比表面自由能单位为 J m 2 ，表面张力单位为 N m 时，两者数值不同。
得
3
p
4 4 p0 D d
1 1 4 72.75 103 Pa 100 Kpa 40 Pa 100 Kpa 100.4 Kpa 0.0800 0.0080
1.4.3 一粗细 U 型玻璃管，右端半径 R＝1.5mm，左端半径 r＝0.50mm，将 U 型管注入适量水（两边
)
1.2.5 通常称为表面活性剂的物质是指将其加入液体中后 ( D )。 (D) 能显著降低液体的表面张力
则毛细管中的水在两不同温度 水中上升的高度： 1.2.6 一个玻璃毛细管分别插入 25C 和 75C 的水中，
杨氏方程润湿和角度
杨氏方程润湿和角度
杨氏方程是描述液体界面性质的方程。
它表达了液体表面张力与界面曲率之间的关系，可用于计算液滴形状和液体在固体表面上的润湿行为。
润湿是指液体与固体表面接触的能力，影响着液滴在固体表面上的展开和吸附行为。
在杨氏方程中，界面曲率表达式与液体在固体表面上的接触角有关。
接触角是指液体在固体表面上形成的接触线与表面法线之间的夹角。
液滴在固体表面上的形态和润湿性质取决于接触角大小。
当接触角小于90度时，液体能够充分展开在固体表面上，表现出良好的润湿性质；当接触角大于90度时，液体难以展开在固体表面上，表现出不良的润湿性质。
因此，杨氏方程润湿和角度是密切相关的。
在实际应用中，杨氏方程可以被用来计算液体在固体表面上的接触角和润湿性质，从而为液滴形态控制、表面润湿性能调控提供理论基础和实验指导。
- 1 -。