2011春夏课件37表面张力,附加压力

1、作业：第十一章 1，2阅读：A. 7.7103 电解池中的电极反应析出电势：电解液中每种离子析出时均对应一个电极注：析出电势不是和r H+析出，H+|H2(101.325kPa)， OH析出，O2(101.325kPa)|OH， Ag+析出，Ag+|Ag，ir称Ag+的析出电势。如此时ir称H+的析出电势；此时ir称OH的析出电势； 离子在电极上的析出顺序(即电极反应的确定)：U外 ir,阳- ir,阴 ir,阳越小、 ir,阴越大，所需的U外越小。当电解池U外逐渐增大时， 在阳极上总是析出电势较小的物质较先析出，在阴极上则是析出电势较大的物质较先析出。阳： ir(A-) ir(B-) ir(

2、C-)，则析出顺序 C-B-A-阴： ir(A+) ir(B+) ir(C+)，则析出顺序 A+B+C+随A不断析出， ir(A+) ，直至ir(A+) = ir(B+) A+, B+同时(即B+开始)析出应用：析出电势悬殊的金属离子的分离； 析出电势接近的金属制备合金。电极过程动力学基本要求电极极化及超电势的概念。极化对电池和电解池的影响。电解池中电极反应的确定。第十一章 表面化学与胶体的基本知识Chapter 11 Interface Chemistry and Colloid引言：表面化学(界面化学)：研究各种相界面的性质，具有巨大界面积系统的特殊性质(界面效应)。 胶体：是一类具有巨大

3、界面积的系统。 应用广泛。本章：实用性强，科研活跃。以前各章为什么不提出表面的特殊性。111 基本概念gl表面一、表面功 (Surface work)1. 表面分子的特殊性受力情况特殊： 内部分子：合力为0 热运动不需要做功 表面分子：不对称力场(不均匀力场) 分子倾向于钻入液体内部 能量情况特殊： 将一个内部分子移动到表面上，环境要克服不 对称力场而做功。 (表面分子) (内部分子)2. 表面功将内部分子移至表面，环境做功。结果 (1)分子能 量增加，(2) 系统A，因此称“表面功”。 定义：在等温等压定组成的条件下，可逆地增大系统的表面积时所做的功，W 计算：等T、p、组成时，可逆增大面积

4、dA，则若比例系数为 - ，则二、表面能 (Surface energy)1. 表面能： 的物理意义：为系统增大1m2表面积时环境所做的表面功，即1m2表面上的分子比同数量的内部分子多出的能量， 称比表面能，J.m-2。 Specific surface energy 表面能： A2. 表面热力学的基本关系式和的定义任意系统(W =0)的基本关系式为任意系统的基本关系式为在表面热力学中，W为表面功 以上四式是全微分 其中 分别为比表面Gibbs函数三、表面张力 (Surface tension)表面的不对称力场表面分子企图“钻入” 内部表面收缩(A)：即宏观存在表面收缩力1. 定义：作用在表面

5、上，企图使表面收缩的力，N.m-1。它是表面不对称力场的度量。2. 与比表面能的关系：lFdx膜环境以力F将理想横杆可逆下拉距离dx，则W -Fdx (环境作功) -F上dx (可逆) - (2l)dx - dA即 - dA - dA 结论：与是两个意义不同、单位不同、数值相同、量纲相同的物理量。两者相通，是同一表面性质的两种不同描述方式。统称表面张力，符号。其他界面张力： s-g， l-l ， s-l ， s-s3. 影响表面张力的主要因素所以 与T，p，组成有关。对于纯液体， f（T，p）(1) T 对 的影响：T，l-g差异， 即 p对 的影响很小(2) p对 的影响：四、巨大表面系统是

6、热力学不稳定系统表面能A随A的增大而增大例如：1g水（25C） (1) 球体，A=4.8510-4 m2， A = 3.510-5 J， 可忽略；(2) 若为r10-9m的小球， A=3000 m2， A = 220 J。(可使1g水升温50K)因此，巨大表面系统是高G系统112 弯曲表面下的附加压力(Additional pressure under curved surface)一、附加压力的产生以液体表面为例ABpp外平面AB，受力平衡，pp外ABpp外凸面AB， 不能完全抵消，合力指向液体内部，p p外ABpp外凹面AB， 不能完全抵消，合力指向外部，p p外定义：界面两侧(p与p外)的压力差，p产生原因：在弯曲界面上，表面张力不能相互抵消。p的方向：p加在曲率半径中心一侧r设想剖面二、附加压力的大小Young-Laplace方程以半径为r 的小液滴为例YL方程(1) 意义：p是由引起的一种表面现象。(2)小气泡大气泡(3) 对由液膜形成的气泡，YL方程为(4) 其他弯曲界面的YL方程：例：室温时小水滴，r =1mm时， p200Pa