1、1,第十章 界面现象,6,自然界中物质的存在状态：,气 液 固,10.0 前言,界面与表面,(1)界面：两相之间的接触面。,(2)表面：两相中若有一相是气相，则形成的界面为表面。 气相通常是真空、空气或物质本身的饱和蒸气。,特征：几个分子厚,110nm 结构与性质与两侧体相均不同,界面不是几何平面！界面有一定的厚度，所以有时又称界面为界面相 。,1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸液面， 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹液面。 润湿现象 2.水在玻璃管中上升, 汞在玻璃管中下降 毛细现象 3.液体的过冷过热、蒸气的过饱和现象 亚稳状态 4.微小液滴更易蒸发,微小的晶体更易溶解 5
2、.固体表面会自动吸附其它物质。,2. 界面现象(表面现象),总表面积 314.16m2,分成 1018个,表面积： 3.141610-4 m2,当物质被高度分散时，界面相与体相相比不可忽略， 界面的作用很明显。例如：,3. 分散程度与比表面积,(1)比表面积 as ：单位质量的物质所具有的表面积 .,单位：m2 kg-1,(2)在处理高分散度物质时，若不考虑其界面的特殊性，将会导致错误的结论。,活性炭比表面可达到 1000 2000 m2 g-1,一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。,11,10.1 界面张力,一. 液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数,2007年11月23
3、日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又被称为泡泡人Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。 2008.8月17日中午，长沙市第七中学科学馆，一只巨大的肥皂泡将60余名学生圈在一只五彩斑斓的肥皂泡中。这次的巨型泡泡使用了近600斤肥皂水和一个长6米宽3米的道具。,物质表面层的分子所处的力场是不均衡的。,液体内部的分子其所受合力为零。,表面层分子受到指向液体内部的 合力(分子间净吸引力）。,导致液体表面具有自动缩小的趋势。 扩展表面要作功。,产生的原因,作用结果,1.表面功及表面吉布斯函数,：（比）表面功。使系统增加单位表面所需的可逆功。Jm-2，,表面功,以液气组成的系统为
4、例，若将体相中的分子可逆移到液体表面以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统作功，这种为扩大液体表面所作的功称为表面功。,恒温，恒压时，, ：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。 单位：Jm-2。,在20时，将0.001kg的球形水滴分散成直径为2nm的小水滴。 （1）求分散前后水滴的表面积和比表面并进行比较； （2）系统吉布斯函数增大多少？已知20时，水的密度,=1000kgm-3,= 72.75 10-3Nm-1,解：（1）0.001kg的球形水滴,=110-6 m3,设其半径为r1,r 1=0.6210-2 m,将0.001kg水滴分散成直径为2nm即半径110-9 m的
5、小水滴， 其个数为：,每个小水滴的面积为,总面积,比表面之比为：,（2）G = A = 72.75 10-3 (3.01103 0.483) 2.19 102 J,1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生猛烈爆炸，爆炸首先发生 在地下约12米深的除尘室，安装在里面的十余吨重的机器被巨大的 气浪冲上地面；与其相关地面建筑如电动换气室、变电所等全部 摧毁。爆炸顺着几百米的地下通道扩展，凡是所能触及的一切瞬间 都遭到残酷的破坏；连成一片的36000平方米厂房，被炸毁9500 平方米，268台机器设备遭毁损，54人丧生，1821人受伤。 事后查明原因，是亚麻粉尘爆炸。,世界上第一次有记载的粉尘爆炸发
6、生在1785 年意大利的一个面粉厂,2010年02月25日河北秦皇岛粉尘爆炸事故 致19人死49,解释：为什么小液滴会成 球形？,在无重力下，此现象更为明显，例太空舱中水球,太空舱中会出现篮球般的大水球，每位飞行员轮流传递， 各咬一口后，篮球会逐渐收缩为排球足球垒球的大小， 但总是呈现球形,例2水的比表面自由能与摄氏温度t 的关系式为：,( 10-3Nm-1)= 75.64 - 0.14t/，若水的表面改变时，总体积 不变，试求10、p下，可逆地使水表面积增加5 cm2，必需做 多少功？从外界吸收多少热？,解：t = 10，,(环境做功为正),则,如图在金属框上形成肥皂膜，若施加作用力F可逆地
7、使金属丝左移dl，,2. 液体的表面张力,则液面增加dAs2Ldx，对系统做功。, ：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：Nm-1。,方向：对于平液面是沿着液面并与平液面平行，对于弯曲液面则与液面相切。,表面张力是垂直作用于表面上单位长度的收缩力,表面张力是使液体表面缩小的力,在金属丝环上系一丝线圈，将金属丝环和丝线圈一起浸入肥皂液中， 然后取出，环中就形成一层肥皂液膜，丝线圈在金属环中呈显从肥 皂水中取出时的偶然形状，如图（a）。,如果用烧热的铁针将丝线圈内的液膜刺破，？,（比）表面功,表面张力,1N/m = 1N.m/m2 = 1J/m2,（比）表面吉布斯函数,三者物理意义不同，但量值和量
8、纲等同，单位均可化为： Nm-1,-高度分散系统的 热力学基本方程,dU = TdS - pdV,dH = TdS + Vdp,dA =-SdT - pdV,dG =-SdT + Vdp,+ BdnB,+dA,+ BdnB,+ BdnB,+ BdnB,+dA,+dA,+dA,二. 热力学公式, 0 自发,恒T、p、 、恒组分 下积分，有：,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,若容器内油与水混合，虽用力振荡，但静置后，仍会自动分层，？,毛笔在水中散开，空气中合拢？,三. 表面张力及其影响因素：,（1）与物质的本性有关分子间相互作用力越大， 越大。,例：气液界面： (金属键) (离子键) (极性键) (非极性键),（2） 与接触相的性质有关。,同一物质： (固体) (液体),33,温度升高，界面张力下降。极限情况：TTc时， 0。,其中：0与n为经验常数。,（3） 温度的影响：,34,（4）压力的影响。,一般：p10atm, 1mN/m，例:,在清洁水面上，撒一层细粉笔灰，使其浮于水面上，用烧热的 细铁丝点在粉笔灰的中心，会发生什么现象,
