(完整版)第十章界面现象

第十章界面现象10.1 界面张力界面：两相的接触面。

五种界面：气—液、气—固、液—液、液—固、固—固界面。

（一般常把与气体接触的界面称为表面，气—液界面=液体表面，气—固界面=固体表面。

）界面不是接触两相间的几何平面！界面有一定的厚度，有时又称界面为界面相(层）。

特征：几个分子厚，结构与性质与两侧体相均不同比表面积：αs=A s/m（单位：㎡·㎏-¹）对于一定量的物质而言，分散度越高，其表面积就越大，表面效应也就越明显，物质的分散度可用比表面积αs来表示。

与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表面积，它对系统性质的影响不可忽略。

1. 表面张力，比表面功及比表面吉布斯函数物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的——所有表面现象的根本原因！表面的分子总是趋向移往内部，力图缩小表面积。

液体表面如同一层绷紧了的富有弹性的橡皮膜。

称为表面张力：作用于单位界面长度上的紧缩力。

单位：N/m,方向：表面（平面、曲面）的切线方向γ可理解为：增加单位表面时环境所需作的可逆功，称比表面功。

单位：J · m-2。

恒温恒压：所以：γ等于恒温、恒压下系统可逆增加单位面积时，吉布斯函数的增加，所以，γ也称为比表面吉布斯函数或比表面能。

单位J · m-2表面张力、比表面功、比表面吉布斯函数三者的数值、量纲和符号等同，但物理意义不同，是从不同角度说明同一问题。

(1J=1N·m故1J·m-2=1N·m-1，三者单位皆可化成N·m-1)推论：所有界面——液体表面、固体表面、液-液界面、液-固界面等，由于界面层分子受力不对称，都存在界面张力。

2. 不同体系的热力学公式对一般多组分体系，未考虑相界面面积时：当体系作表面功时，G 还是面积A的函数在恒温、恒压、组成不变的情况下，使面积减小或表面张力减小，致系统总界面吉布斯函数减小的表面过程可以自发进行。

第十章 界面现象第十章 界面现象10.2. 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10-3m 的汞滴分散成半径为1×10-9m 的小汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯自由能（ΔG ）为多少？已知293.15K时汞的表面张力为0.4865N·m -1。

解：设大汞滴和小汞滴的半径分别为R 和r ，1个半径为R 的大汞滴可以分散为n 个半径为r 的小汞滴。

只要求出汞滴的半径从R =1×10-3m 变化到r =1×10-9m 时，其表面积的变化值，便可求出该过程的表面吉布斯函数变ΔG 。

汞滴分散前后的体积不变，即V R =nV r ，所以334433R n r ππ=⨯， 3R n r ⎛⎫= ⎪⎝⎭分散前后表面积的变化 2222444s A n r R nr R ∆πππ=-=-（）系统表面吉布斯函数变：3224π4π1s R R G A R R r r ∆γ∆γγ⎛⎫⎛⎫==-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()3391104π0.48651101J 6.114J 110---⎡⎤⎛⎫⨯=⨯⨯⨯⨯-=⎢⎥ ⎪⨯⎝⎭⎣⎦10.3. 计算373.15K 时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。

已知373.15K 时水的表面张力为58.91×10-3N·m -1。

⑴水中存在一个半径为0.1μm 的小气泡；⑵空气中存在一个半径为0.1μm 的小液滴；⑶空气中存在一个半径为0.1μm 的小气泡。

解：⑴ ⑵ 两种情况只存在一个气-液界面其附加压力相同。

根据拉普拉斯公式，有第十章界面现象Δp=2γ/r=2×58.91×10-3 N·m-1/(0.1×10-6m)Pa =1.178×103kPa⑶对于空气中存在的气泡，其液膜有内外两个表面，故其承受的附加压力为Δp=4γ/r =4×58.91×10-3 N·m-1/(0.1×10-6m)Pa =2.356×103kPa10.4 在293.15K时，将直径为0.1mm 的玻璃毛细管插入乙醇中。

第十章界面现象练习题一、是非题（对的画√错的画×）1、液体的表面张力总是力图缩小液体的表面积。

（）2、液体的表面张力的方向总是与液面垂直。

（）3、分子间力越大的物体其表面张力也越大。

（）4、垂直插入水槽中一支干净的玻璃毛细管，当在管中上升平衡液面外加热时，水柱会上升。

（）5、在相同温度下，纯汞在玻璃毛细管中呈凸液面，所以与之平衡的饱和蒸气压必大于其平液面的蒸汽压。

（）6、溶液表面张力总是随溶液的浓度增大而减小。

（）7、某水溶液发生负吸附后，在干净的毛细管中的上升高度比纯水在该毛细管中上升的高度低。

（）8、通常物理吸附的速率较小,而化学吸附的速率较大。

（）9、兰格缪尔等温吸附理论只适用于单分子层吸附。

（）10、临界胶束浓度(ＣＭＣ)越小的表面活性剂，其活性越高。

（）11、物理吸附无选择性。

（）12、纯水、盐水、皂液相比，其表面张力的排列顺序是：γ（盐水）<γ（纯水）<γ（皂液）。

（）13、在相同温度与外压力下，水在干净的玻璃毛细管中呈凹液面，故管中饱和蒸气压应小于水平液面的蒸气压力。

（）14、朗缪尔吸附的理论假设之一是吸附剂固体的表面是均匀的。

（）15、同一纯物质，小液滴的饱和蒸气压大于大液滴的饱和蒸气压。

（）16、弯曲液面的饱和蒸气压总大于同温度下平液面的蒸气压。

（）17、表面张力在数值上等于等温等压条件下系统增加单位表面积时环境对系统所做的可逆非体积功。

（）18、某水溶液发生正吸附后，在干净的毛细管中的上升高度比在纯水的毛细管中的水上升高度低。

（）19、弯曲液面处的表面张力的方向总是与液面相切。

（）20、吉布斯所定义的“表面过剩物质的量”只能是正值，不可能是负值。

( )21、封闭在容器内的大、小液滴若干个，在等温下达平衡时，其个数不变，大小趋于一致。

（）22、凡能引起表面张力降低的物质均称之为表面活性剂。

（）23、表面过剩物质的量为负值，所以吸附达平衡后，必然引起液体表面张力降低。