物理化学傅献彩 13表面物理化学

物理化学电子教案—第十三章

表面物理化学

第十三章§13.1 §13.2 §13.3 §13.4 §13.5 §13.6 §13.7 §13.8 §13.9

表面物理化学

表面张力及表面Gibbs自由能 弯曲表面下的附加压力和蒸气压 溶液的表面吸附 液-液界面的性质 膜 液-固界面-润湿作用 表面活性剂及其作用 固体表面的吸附 气-固相表面催化反应

表面和界面 (surface and interface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，

若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间 的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为 液体或固体的表面。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。

1.气-液界面

空气 气-液 界面CuSO 4 溶液

2.气-固界面

气-固界面

3.液-液界面

H2 OHg液 -液 界面

4.液-固界面

Hg

液-固界面

H2 O

玻璃板

5.固-固界面

Cr镀层 铁管

固-固界面

界面现象的本质表面层分子与内部分子相比所处的环境不同

体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相 同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一 相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，

因此，界面层会显示出一些独特的性质。对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质

在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。

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。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸

附、毛细现象、过饱和状态等。

界面现象的本质

比表面(specific surface area)比表面通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具

有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：

As A0 m

或

As A0 V

式中，m 和 V 分别为固体的质量和体积，As为其 表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法

和色谱法。

分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。

把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。

例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3 ,逐渐分割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。 分散程度越高，比表面越大，表面能也越高 可见达到nm级的超细微粒，具有巨大的比表面

积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和 多相催化方面的研究热点。

§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能表面张力 表面热力学的基本公式 界面张力与温度的关系 溶液的表面张力与溶液浓度的关系

表面张力(surface tension)液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于

呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这

一现象将一含有一个活动边框的金属线框架放在

肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，

可滑动的边会被向上拉，直至顶部。

2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l

F =(W1 W2 ) g = 2 l

2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 lW 2 2 l l 1

W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W W 2 W22