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1、界面：界面：所有两相的接触面。所有两相的接触面。物质的存在状态：物质的存在状态：界面类型界面类型气液固表面现象B相A相界面相特征：几个分子厚、结构与性质与两侧体相均不同界面是否接触两相间的几何平面分界线？比表面：物质的表面积As与其质量m之比，即与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表面积，它对体系性质的影响绝对不可忽略！日常自然界中表面现象的例子：1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹形。3.露珠在荷叶、草叶上呈球形。4.液体的过热、过冷，溶液的过饱和。例：体积为1cm3的正方型小水滴相差106倍分散(边长10nm的正方型小液滴)106倍
2、面积：610-4m2600m2产生表面（界面）现象的原因是什么？10.1界面张力界面张力10.1界面张力界面张力1、表面张力、表面功及表面吉布斯函数、表面张力、表面功及表面吉布斯函数表面分子及内部分子的受力分析表面分子受到一个向内的力。使液体分子总是向液体内部移动，力图缩小表面积。内部分子所受到的力在各个方向的力相等，其合力为零。用金属丝制成的框架上涂有肥皂泡其受力情况如图：dxlF：表面张力，单位Nm-1表面功：在恒温恒压下，可逆非体积功即为吉布斯函数变；系统增加单位面积的表面吉布斯函数变，所以称为表面吉布斯函数单位Jm-2定义：定义：沿着液面垂直作用于单位长度上的紧缩力表面张力，符号，单位
3、mN/m。=F/2L方向方向：对于平面，沿着平面与液面行；对于弯曲液面，应与液面相切。可理解为：使液体增加单位表面时所需作的可逆功，称比表面功。单位：Jm-2=mN/m。表面吉布斯函数：定义G(表面表面)=A皂膜在恒T、p下收缩时，即T、p、N恒定时，可知自发降低表面自由焓有两种途径降低表面积降低表面张力dT、pG(离子键)(极性键)(非极性键)与接触相的性质有关。温度的影响极限情况：TTc时，0压力的影响。分散度、运动情况对也有影响。Pa表面分子受力不对称的程度b气体分子可被表面吸附，改变,c气体分子溶于液相1atmH2O=72.8mN/m10atmH2O=71.8mN/m一般：p10atm
4、,1mN/m。eg:10.2液-固界面1）润湿角（或接触角）：固液界面的水平线与气液界面在O点的切线之间的夹角。rl-grs-lrs-grs-lrs-grl-g1.接触角与杨氏方程接触角与杨氏方程问题：180的情况有没有？不存在绝对不润湿的物质。由于可测，习惯上用接触角来衡量润湿程度。900润湿不润湿结论：的大小用来判断润湿与否，角越小润湿效果越好。要使cos0，（或90)，须满足s-ls-g,降低s-l。2.润湿现象润湿现象固体表面上原来的气体被液体取代。接触过程的Gibbs函数降低，G0。Gibbs函数降低越多，越易润湿。1.分类：（1）沾湿（ahhensionalwetting）固液液固
5、气飞机飞行中水珠是否附着于机翼上喷施农药时是否有效地附着于叶片上，自动铺展（2）浸湿或浸渍润湿（immersionalwetting）气固液液固，浸湿功（3）铺展or完全润湿（spreadingwetting）固固液液气0自动铺展铺展系数：可见：沾湿浸湿铺展，过程进行程度依次加难。沾湿浸湿铺展,是不同层次的润湿，铺展为最高层次。对三种润湿影响不同的l-g可测，s-g、s-l不可测量。(4）三种润湿的比较：对单位面积的润湿过程有：10-3弯曲液面的附加压力和毛细现象弯曲液面的附加压力和毛细现象1.液面的附加压力与曲率的关系液面的附加压力与曲率的关系Laplace方程方程plplpgpgpplpg
6、ppl毛 细管r做功使液滴半径增大dr,则表面积增加dA，体积增加dV。附加压力p=p内p外有：对球可见：该形式的Laplace公式适用于球形液面。曲面内（凹）的压力大于曲面外（凸）的压力，p0。r越小，p越大；r越大，p越小。对平液面：r，p0，（并不是=0）p永远指向球心。拉普拉斯方程也可按以下方法导出：ABO设一凸面AB，其球心为O，球的半径r，球底面所受到的力为：球底截面积为所以弯曲液面对于单位上的附加压力为毛细管连通的大小不等的气泡p加热p加热eg:小液滴液体中的气泡肥皂泡 rrl hplpg2.毛细现象：毛细现象：由流体静力学有：(2)（1）、（2）联立可得，液体在毛细管中的上升高
7、度为：进一步：.毛细管中液面下降毛细管的半径为r(1)例当玻璃管插入汞中或水中：汞水农民为何要锄地？感冒时为何要发汗？10.4稳态和新相的生成1、微小液滴的饱和蒸汽压微小液滴的饱和蒸汽压kelven公式公式足够长的时间半径不同的小水滴半径不同的小水滴p*反比于曲率半径结论：根据液体蒸汽的大小决定于液体分子向空间逃逸的倾向，可知：1mol液体1mol小液滴(p,平面)（p+p,r）恒T(1)G1途径a(3)G31mol饱和蒸汽1mol饱和蒸汽（p）(pr)(2)G2=?途径bGb=?对上述途径a：过程恒温、恒压，为液体的可逆蒸发过程G1=0可认为理想气体的恒温变压过程过程仍然恒温恒压，但是为理想
8、气体的可逆冷凝微小液滴的相变过程：G3=0当压力变化不大时Vm(l)近似认为常数对上述途径b：Vm(l)pp由表面张力产生Vm(l)=M/(2)可见：由于附加压力的作用，使由平面液体分散成小液滴为恒温变压过程；对纯液体，当温度一定的情况下，pr=f(r),且r,pr。凸液面：凹液面：2、亚稳态及新相的生成、亚稳态及新相的生成（1）：过饱和蒸气和过热液体。定义：在一定压力下，温度降到露点以下还不凝结为液体的蒸气称为过饱和蒸气。在一定压力下，超过正常沸点还不沸腾的液体称为过热液体。Tp*lg露点：T小T正常小液滴气液平衡线正常气液平衡线pi=p静+p大气压+p液体内部产生气泡所需的温度TiT正常，
9、产生暴沸。（2）实验中加热为何加沸石，加晶种？铝壶底为何做成波纹状？p大气压静液压p静 pi（3）对固体也适用。p4.过饱和溶液过饱和溶液在一定温度下，溶液浓度超过了饱和浓度，而未析出晶体的现象，该溶液称为过饱和溶液OOAACCt0浓溶液稀溶液tpAO：微小晶体的饱和蒸气压曲线AO：普通晶体的饱和蒸气压曲线OC：浓溶液中物质在气相中的蒸气分压OC：稀溶液中物质在气相中的蒸气分压温度为t0时，稀溶液OC线与普通晶体的蒸气压曲线相交，溶液达到饱和但析出微小晶体的溶解度高，而没有晶体析出。只有当溶液的浓度达到某一定值，使OC与微小晶体的AO线在O点相交才有晶体析出。在实验过程中，由于溶液过饱和程度过
10、大，析出的晶体颗粒很细，影响产品纯度且难于过滤，因此，常加入晶种，以获得较大的晶体。例题：用拉普拉斯方程和开尔文方程解释液体的过热现象并估算在101325Pa下，水中产生半径为的水蒸气饱和时所需的温度（100时，水的解：由拉普拉斯方程P(平）P(r)T（平）T(r)rr=将p(g)代入克-克方程由开尔文公式对于液体中的气泡r0,所以PrP（平）=P（外）因而气泡不能稳定存在，不能长大逸出液面，只有当T=Tr时，气泡内的蒸气压Pr=P(外）气泡可以存在并长大，直至逸出液面，形成沸腾。p*饱和蒸气压T熔点lT小T2斜率：n截距：k为p=1p时的吸附量b.吸附溶液中的溶质eg:活性炭吸附醋酸溶液中的
11、醋酸：=90644103molkg1(c/moldm3)0.4254、单分子层吸附理论：langmuir（兰格缪尔）吸附等温式1916年，兰格缪尔提出了单分子层理论适用于固体表面的气体吸附（型）理论的四个假设：、气体在固体表面上单分子层吸附；、固体表面均匀（吸附热为常数，与无关）；、相邻的吸附分子间无作用力；、吸附和脱附呈动态平衡。准备工作：覆盖率等温式的导出：=以被吸附质覆盖的表面积以被吸附质覆盖的表面积总表面积总表面积p较低时，p,;p足够高时，1。v脱=k吸NN:总的具有吸附能力的晶格位置数v吸=k吸(1-)pN公式：A(g)+M(表面)AM动态平衡时：v吸=v脱k吸吸(1-)pN=k吸
12、吸N=(k吸/k脱)p1+(k吸/k脱)pbp1+bpk1k2此即Langmuir（兰格缪尔）吸附等温式兰格缪尔）吸附等温式：式中:b吸附系数或吸附平衡常数，与吸附剂、吸附质、T有关。b,吸附能力。又=/以1/对1/p作图，得截距：斜率：,截距/斜率=b/b当p很低或吸附很弱（b很小）时，bp1,=,与p无关。由和一定压力下的可求b。可求表面积：A=LAm,Am吸附分子的表面积；L阿弗加得罗常数。（1）（2）（3）P/p*01例题：设气体A和B在催化剂上的吸附服从兰格穆尔定律，已知该催化剂的表面积为，每个A分子和每个B分子的截面积大小相等。在30下，若单独吸附A，pA=1300Pa时可达最大吸
13、附量的一半，若单独吸附B时，pB=2600Pa时，可达最大吸附量的一半。试求：（1）催化剂的最大吸附量；（2）在30。P总=2600Pa,气体混合物中A和B各占一半的条件下，气体混合物被催化剂吸附达平衡时的表面覆盖度各为多少。解（1）根据公式（2）根据公式对于A对于B所以c恒温恒压下，dT、PG=d(rA)=Ad+dA当dA=0时，dT、PG=Ad0可自发进行（固体、液体）1.溶液表面的吸附现象注、表面惰性物质：无机盐（NaCl）、无机酸(H2SO4)、无机碱(KOH)、多羟基化合物（蔗糖、甘油）,浓度增加，稍有增加。、醇、酸、醛、酯、酮、醚等极性有机物，浓度增加，缓慢减少。、8mol.dm-
14、3以下的有机酸、有机胺盐、磺酸盐、苯酸盐。在低浓度时，浓度增加，急剧下降，在一定浓度以上，浓度增加，几乎不变。、均可称为表面活性物质或表面活性剂。（1877年）：在单位面积的表面层中所含溶溶质质的的物物质质的的量量与同量溶剂在本体中所含溶溶质质的的物物质质的的量量的差值，称溶质的表面吸附量或表面过剩。c:溶质在本体中的平衡浓度（或活度）。当T一定时，d/dc的正负决定了吸附类型。d/dc0，0，负吸附，表面惰性物质，类曲线；d/dc0，0，正吸附，表面活性物质，、类曲线；d/dc=0，=0，不再吸附，类曲线；求=？（r=f（c）d/dc）例题：292K时，丁酸水溶液的表面张力可表示为其中为纯水
15、的表面张力，a,b为常数。（1）导出与c的关系式；（2）若已知试计算浓度为时的单位界面吸附量。解1）（2）定义：能显著降低水的表面张力的一类物质。离子型：表面活性剂非离子型：聚乙二醇类：聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酯阴离子型：如肥皂RCOONa阳离子型:胺盐两性型：氨基酸型R+亲水的极性集团亲油的长链非极性基团R结构：R+R+分类：表面活性剂在吸附层的定向排列和吸附量(a)极稀溶液(b)中等浓度(c)吸附趋于饱和c应用：由求每个被吸附的表面活性物质分子的横截面As=1/(L)(L为阿伏加德罗常数)胶束（团）的形成和临界胶束浓度CMCc溶液本体中形成胶束。称形成胶束所需表面活性剂的最低浓度为临界胶束浓度,C.M.C（10-210-3moldm-3)当c线上，时，此时c曲线上的降至最小值不再变化。此时若再增加其浓度，问：会发生什么变化？润润湿湿作作用用、去去污污、助助磨磨作作用用、乳乳化化、破破乳乳（消消泡）泡）表面活性剂的作用增溶作用去污作用表面张力渗透压摩尔电导CMC性质