第六章表面现象与胶体化学

6.1表面现象,6.1.1表面张力,6.1.2润湿现象,6.1.3弯曲液面的附加压力及纯液体的表面现象,6.1.4固体表面的吸附现象,6.1.5溶液表面的吸附,6.1.6表面活性物质,1、表面张力,6.1.1表面张力,在液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力，称表面张力。,Wr=Fdx=2ldx=dA=Wr/dAW表面功又Wr=dT、PG=dA=,G表面吉布斯函数变表面张力物理意义：表面张力=比表面功=比表面吉布斯函数单位皆为Nm-1（Jm-2）,2、表面功与表面吉布斯自由能,环,d=0,d=0,d0,dA=0,问题,3、表面热力学表面吉布斯函数G（表面）=AdT、PG(表面)=dA+Ad当G(表面)0时，此表面过程自发,4、影响表面张力的因素1.物质的种类：分子间作用力越大，越大;2.共存另一相的性质;3.温度：T升高，减小。0时的温度为临界温度;4.物质的分散程度：,固体表面上的气体被液体取代的过程润湿。1、润湿的分类,2、润湿角及杨氏方程润湿角固-液界面的水平线与过O点的气-液界面的切线之间的夹角。,s-g=s-l+g-lcos,杨氏方程,或s-gs-l=g-lcos,6.1.2润湿现象,三界面在水平面上分力的合力为0；,当90180时,-1cos0不润湿当090时,0cos1能润湿当0时,cos=1，发生铺展，完全润湿接触角愈小，润湿性能愈好；润湿与铺展在实践中有广泛应用，如防水布和农药（乳液型）在叶茎上的铺展。荷叶上的水珠？是润湿还不润湿？,讨论,p=plpg,在一定大气压下，平面液体所受的压力就等于大气压pg，弯曲液面下的液体，不仅受大气压力pg，而且还受到弯曲液面所产生的附加p的作用。三者垂直方向的合力为0，p总是指向曲率半径的中心。,一.弯曲液面的附加压力,6.1.3弯曲液面的附加压力及毛细管现象,结论：1）此式适用于曲率半径r为定值的小液滴或液体中小气泡的附加压力的计算；2）r愈小，p愈大；3）对于凸液面（小液滴），r0，p=plpg0,p指向液体；4）对于凹液面（液体中的气泡），r0，p=plpg0,p指向气体；5）对于水平液面，r=，p=plpg=0，不受到附加压力；6）对于液泡（如肥皂泡），p=4/r；指向气体；,垂直作用于单位截面积上附加压力，即为：p=2/r,二.拉普拉斯（Laplace）方程,3.毛细管现象,将毛细管插入液体后,会发生液面沿毛细管上升(或下降)的现象，称为毛细管现象。当90,不润湿,凸面，液面下降；原因：附加压力引起，P=2/r。液柱静压力：gh=P=2/r,COS=R/r式中：R为毛细管的半径，g重力加速度，液体的密度，液体的表面张力。,解释现象,毛细管现象,解释现象,为什么自由液滴通常都呈球形？,液滴,如图，打开活塞，两个肥皂泡的大小有何变化？,p=4/r,如图，当加热时，水柱将向何方移动？,解释现象,如图，若a管中水能升高到h高度，则其它管中水能升到什么位置？,p=2/r,如为不能润湿油性玻璃管，又如何？,1、微小液滴的饱和蒸气压在一定温度与外压下，各种纯液体的水平液面都有一定的饱和蒸汽压，而高度分散的微小液滴饱和蒸汽压不仅与液态物质本性有关，并与温度和外压及半径大小有关。开尔文方程:式中：MB为液体的摩尔质量，B为液体的密度。凸液面r0ln(Pr/p)0PrP凹液面rP(平液面)P(凹液面),6.1.4亚稳状态与新相生成,水滴的半径与其饱和蒸气压(293.2K,水平液面P*=2333P)r/cm104105106107P/P*1.0011.0111.1142.95水中小气泡内饱和蒸气压(293.2K,水平液面P*=2333P)r/cm104105106107P/P*0.99690.98910.89770.3390,例:1、水的表面张力与温度的关系为:/103N.m1=75.640.14t(/)今将10kg纯水在303K及101325Pa条件下定温、定压可逆分散成半径r=108m的球形雾滴，计算：环境所消耗的非体积功；小雾滴的饱和蒸气压；该小雾滴所受的附加压力；（已知：303K,101325Pa时,水的体积质量为B=995Kg.m3，不考虑分散度对水的影响）,解：非体积功s=75.640.14(303272)103=71.44N.m2一个小液滴的表面积Sd=4r2，10水的液滴数N，s=215kJKelvin方程Pr/p=1.1081,Pr=1.1081101325Pa=112273PaP=2r=1.43107Pa,2、亚稳状态与新相生成,亚稳状态：过饱和现象：（过饱和蒸气未凝结，过饱和溶液未结晶）过热现象：(温度超过沸点，仍不沸腾)过冷现象：(温度低于凝固点，仍不凝固)亚稳状态不是热力学平衡态，不能长期稳定存在，但在适当的条件下存在一段时间。,应用:人式降雨：用的干冰，碘化银蒸馏：加入小瓷片,防止爆沸。,6.1.5固体表面上的吸附作用,1、固体表面的吸附现象固体表面有剩余力场，采用吸附气体或溶液中溶质的方式，以降低其表面吉布斯函数。,dG=dA+Ad（A一定，减小，系统的G降低）吸附剂：固体物质；吸附质：被吸附物质；（气体、溶质）,2、吸附类型：固体表面