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物化第九章.ppt
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1、上上下下回回返返Surface Chemistry1.上上下下回回返返9.0 引言引言基基 本本 概概 念念性性 质质 特特 征征主主 要要 内内 容容2.上上下下回回返返一、基本概念一、基本概念1.界面界面:是指两相接触的约几个分子厚度的几个分子厚度的过过渡区渡区,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。3.常常见见的界面的界面:液-液界面,液-固界面,固-固界面。气-液液界面,气-固固界面2.表面表面:是指液体或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。3.上上下下回回返返二、性二、性质质特征特征1.性性质质:有一定厚度;界面相的结构和性质与两相本
2、体不同.2.界面界面现现象象:由于界面相的结构和性质与两相本 体不同所造成的特殊表现。3.影响因素影响因素:物质的分散度;分散度用比表面积表征;物系物系质质量一定,分散度越大,量一定,分散度越大,aS越大越大,界面界面现现象越明象越明显显。4.上上下下回回返返三、主要内容三、主要内容产产 生生 原原 因因几种典型界面几种典型界面5.上上下下回回返返9.1 9.1 界面界面张张力力9.1.1 9.1.1 界界 面面 分分 析析9.1.2 9.1.2 界界 面面 张张 力力9.1.3 9.1.3 热热力学公式力学公式6.上上下下回回返返9.1.1 9.1.1 界面分析界面分析1.1.表面分子受力表
3、面分子受力:气相气相液相液相合力指向液体内部,即受力不均衡;2.受力受力结结果果:表面分子向液体内部运动,即力求减小液体表面的面积至最小;3.举举例例说说明明:小液滴呈球形同样体积下球形的表面积最小。7.上上下下回回返返9.1.2 9.1.2 界面界面张张力力 2.单单位位:Nm1 3.方向方向:沿着界面指向其紧缩方向;1.1.定定义义:沿着界面界面,作用在单单位位长长度上度上的紧缩紧缩力力;一、界面一、界面张张力力平液面平液面平行于液面;平行于液面;弯液面弯液面相切于液面。相切于液面。8.上上下下回回返返(1)液体表面液体表面:极性越大,物质表面张力越大;熔融盐或金属的表面张力较大。(2)一
4、般的一般的:固体的表面张力大于液体的表面张力。1.1.物物质质本性本性:分子间作用力的区别造成;二、二、的影响因素的影响因素2.2.温度的影响温度的影响:源于温度对分子间作用力的影响;(1)一般的一般的:温度升高分子间作用力减小 表面分子受力趋于均衡减小;(2)TTC:液体表面的0。同一种界面在一定温度下具有一定的同一种界面在一定温度下具有一定的值值。(金属键)(离子键)(极性共价键)(非极性共价键)9.上上下下回回返返9.1.3 9.1.3 热热力学公式力学公式1.1.公式演公式演变变:简单系统多组分系统具有界面效应的多组分系统;2.公式形式公式形式:略略 3.的表达式的表达式:10.上上下
5、下回回返返4.4.公式在界面公式在界面现现象中的象中的应应用用:(1)条件条件:恒温恒压及系统中相的组成不改变;(2)计计算算:dGdGSdAsGSAs GSiAsi(绝对绝对吉布斯函数吉布斯函数值值)(3)说明明:界面现象产生的最终原因是GS自发减小 或降界面面积减至最小;或通过一定手段降低。11.上上下下回回返返9.2 9.2 气气-液界面液界面9.2.1 9.2.1 弯曲弯曲纯纯液面液面9.2.2 9.2.2 溶液表面溶液表面12.上上下下回回返返一、附加一、附加压压力力1.1.产产生原因生原因:液面张力的存在;pg pl=pg+p合合pg p合合平液面:plpg;弯液面:plpgp合合
6、p合合p合合9.2.1 9.2.1 弯曲弯曲纯纯液面液面13.上上下下回回返返2.2.定定义义:弯曲液面内外的压力差;(2)附加压力方向指向液体内部;3.说说明明(1)弯液面分类:凹面小气泡,凸面小液滴;(3)凸液面p0;凹液面p0。14.上上下下回回返返4.4.拉普拉斯方程拉普拉斯方程p2/r单单 位位:Nm2注注 意意:凸液面r0;凹液面r0p2/r0p2/r0p4/r015.上上下下回回返返说说 明明:(1)附加压力与弯液面的底面半径无关,液面上任何 一点的p相同。(2)p与弯液面的曲率半径呈反比:r,p;r(平液面平液面),p0。(3)p与弯液面呈正比;与温度及液体性质有关。(4)空气
7、中的小气泡:两个界面p4/r。水平放置的毛细管中装有非润湿性液体,在左端 加热,管内液体会如何变化?a.不移动;b.向右移动;c.向左移动;d.来回移动;16.上上下下回回返返二、弯曲二、弯曲纯纯液面的蒸汽液面的蒸汽压压2.2.表达式表达式:小液滴pf(T,r,物性)1 1.比比较较:平液面pf(T,物性)克克方程;开尔文公式;RTlnpr/p2M/r RTlnp/pr2M/r 凹液面凹液面凸液面凸液面3 3.说说明明:(2)此公式亦适用于固体表面(固体升华)的粗略计算。(1)凸液面:prp;r,pr;凹液面:prp;r,pr。17.上上下下回回返返温度一定,弯曲液面与水平液面饱和蒸气压的关系
8、为:RTlnpr/p2M/r RTlnp/pr2M/r 凹液面凹液面凸液面凸液面(a)p凸p平p凹 (b)p凸p平1,形成溶液后,溶质的表面浓度为CS,本体浓度C0,则()(a)CSC0 (b)CSCB,0(本体浓度),则()。(a)称为正吸附,溶液表面张力降低 (b)称为正吸附,溶液表面张力不变 (c)称为负吸附,溶液表面张力增加 (d)称为负吸附,溶液表面张力降低 22.上上下下回回返返9.3 9.3 气气-固界面固界面9.3.1 9.3.1 界界 面面 分分 析析9.3.2 9.3.2 基基 本本 概概 念念9.3.3 9.3.3 吸附的种吸附的种类类与与计计算算9.3.4 9.3.4
9、吸附吸附热热力学力学23.上上下下回回返返9.3.1 9.3.1 界面分析界面分析与液表比与液表比较较1.1.相同点相同点:气相气相固相固相表面分子受力不均、GS同样存在;2.2.不同点不同点:降低降低GS的方法不同的方法不同;(2)固体表面:无法减小As(1)液体表面:减小As减小GS;通过对具有较低的物质 的吸附降低受力不对称;减小液表的减小GS。24.上上下下回回返返9.3.2 9.3.2 基本概念基本概念1.1.吸附吸附:具有吸附能力的为吸附吸附剂剂(高as的物质);吸附吸附为表面效应,要与吸收吸收区分开。被吸附的物质为吸附吸附质质;一定条件下,相界面上某种物质的浓度不同于体相浓度的现
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