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第十章 界面现象 Interface Phenomena界面(相界面/界面相)：密切接触的两相之间的过渡区(约几个分子的厚度) 界面的类型：气—液、气—固、液—液、液—固、固—固表面 surface界面现象的原因：“表里不一”分散度：比表面 s A m V s a =表面积质量或体积多孔硅胶 300~700 ，活性炭 1000~2000 m 2 . g –1§10.1 表面吉布斯自由能和表面张力一、表面功、表面吉布斯自由能、表面张力液体都有自动缩小其表面积的趋势 γ dA s = δW ΄r = dG T,P 表面功,,B s T P n G A γ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ γ 称为比表面吉布斯自由能，单位：J . m –2 ，物理意义：定温定压定组成条件下，系统增加单位表面积时所增加的吉布斯自由能，也即单位面积表面层的分子比相同数量的内部分子所多出来的那部分能量。
如：20℃的纯水，γ = 0.07275 1g (10 –6 m 3) 球形水滴 半径 1 nm 的小水滴 半径 0.62 cm 1 nm 个数 1 2.39 × 1020 表面积 4.83 × 10 – 4 m 2 3.01 × 103 m 2 ΔG = γ ΔA s = 219 J (相当于使这1g 水升温52.4 K)系统比表面越大，能量越高，越不稳定。
粉尘爆炸极限：淀粉/硫磺7mg/L 空气，面粉/糖粉10，煤粉17。
δW΄r = γ dA s = γ .2l d x F δW ΄r = F d x 2F l γ==力总长γ 称为表面张力 surface tension ，单位：N . m –1 ，物理意义：垂直作用于单位长度相界面上的表面紧缩张力。
任意形状自由移动 张开成圆(面积最大) 单位面积的表面功、比表面吉布斯自由能、表面张力：数值、量纲相同，物理意义、单位不同。
二、热力学基本方程(考虑表面功)dU = T dS – p dV + ∑ μB d n B + γ d A sdH = T dS + V dp + ∑ μB d n B + γ d A sdA = – S dT – p dV + ∑ μB d n B + γ d A sdG = – S dT + V dp + ∑ μB d n B + γ d A s,,,,,,,,B B B B s s s s S V n S p n T V n T p n U H A G A A A A γ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭三、表面张力的影响因素相互接触的两相物质的性质、温度、压力等。
电极溶液界面的吸附现象
电极溶液界面的吸附现象是电化学研究中的重要现象之一，它是描述电化学过程中离子、分子在电极表面的吸附现象。
在电化学反应过程中，电极表面的离子、分子与电极之间存在一种相互作用，称为电化学吸附，它极大地影响着电化学反应的速率和机理。
1. 离子吸附
离子与电极表面间的吸附作用可以是物理吸附或化学吸附。
物理吸附是指离子与电极表面通过静电相互作用而产生的吸附作用；化学吸附是指离子与电极表面形成化学键而产生的吸附作用。
离子吸附是电极表面电荷的来源，对电极的反应速率和反应路径有影响。
3. 水合物吸附
许多离子在溶解于水中时与水分子形成水合物，而这些水合物和离子可吸附在电极表面。
水合物吸附对电解质电导度的测量、离子交换、膜生长等过程有着重要的影响。
在电化学研究中，吸附现象对电极的反应活性有着重要的影响。
通过研究电极表面的吸附现象，可以揭示反应过程中离子或分子吸附的量、类型和质量分布等信息，从而促进电化学反应的研究和探索。
界⾯现象题⽬--答案参考界⾯现象习题集1、为什么⾃由液滴必成球形？答：纯液体表⾯上的分⼦⽐内部分⼦具有更⾼的能量，⽽能量降级为⼀⾃发过程，所以它必然导致表⾯⾯积为最⼩状态。
2、为什么有云未必有⾬？如何使云变成⾬答：空⽓的上升运动，造成⽓温下降，形成过饱和⽔⽓；加上吸湿性较强的凝结核的作⽤，⽔⽓凝结成云，来⾃云中的云滴，冰晶体积太⼩，不能克服空⽓的阻⼒和上升⽓流的顶托，从⽽悬浮在空中。
当云继续上升冷却，或者云外不断有⽔⽓输⼊云中，使云滴不断地增⼤，以致於上升⽓流再也顶不住时候，才能从云中降落下来，形成⾬。
3、分⼦间⼒与什么有关，其与表⾯张⼒的关系何在？答：分⼦间⼒与温度、电荷分布、偶极矩、分⼦相对质量、外加电场有关表⾯张⼒实质为每增加单位表⾯积所增加的⾃由焓1）表⾯张⼒的物理意义需⽤分⼦间作⽤⼒解释：在液体表⾯，表⾯分⼦的两侧受⼒不等。
⽓相分⼦对它的引⼒远远⼩于液相。
必然受到向下的拉⼒。
所以，要将液体内部的分⼦拉⾄表⾯，必须克服分⼦间⼒对其做功。
该功主要⽤来增加其表⾯能。
即：Γ为增加单位表⾯积所做的功。
对纯液体⽽⾔，热⼒学诸函数关系为：通常以等温等压和定组成条件下，每增加单位表⾯积引起⾃由焓的变化，即⽐表⾯⾃由焓。
⽐表⾯⾃由焓即为表⾯张⼒。
2）表⾯张⼒是液体分⼦间引⼒⼤⼩的度量指标之⼀，凡是影响分⼦间⼒的因素必将影响表⾯张⼒。
4、20℃时汞的表⾯张⼒Γ=4.85×10-1N/m ，求在此温度及101.325kPa 的压⼒下，将半径r1=1.0mm 的汞滴分散成r2=10-5mm 的微⼩汞滴⾄少需要消耗多少的功？答： dA=8dr = -w Γ=4.85×10-1N/m w=6.091x J5、分⼦间⼒的认识过程说明了什么?你有哪些体会？答：我们对于分⼦间⼒的认识是⼀个不断深化的过程。
由于看到了各物质之间的异同⽽提出了分⼦间⼒这样⼀个概念来解释。
随着解释的不断深⼊，认识也在不断地提⾼，从⽽对其进⾏更多的修正。
1液滴会自动成球形，固体表面有吸附作用，溶液的表面也会有吸附现象，请给予热力学解释。
答：在一定的T、p下，系统的吉布斯函数越低越稳定。
G =σ A 液滴自动呈球形是因为相同体积时，液滴的表面积最小。
固体表面和液体表面有吸附作用是因为可通过吸附作用来降低表面的不对称性，降低表面张力，使吉布斯函数降低。
2工业上常用喷雾干燥法处理物料。
答：根据开尔文公式可知，微小液滴的饱和蒸气压比普通平液面的饱和蒸气压的大，因此在同样温度下更易挥发，使物料达到干燥的目的。
3用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体，水、硫酸水溶液、丁醇水溶液，则它们的滴数最多的是哪一个，最少的是哪一个？答：把水的表面张力看为定值，加入硫酸后硫酸水溶液的表面张力增大，加入丁醇后丁醇水溶液的表面张力减小，表面张力越大越易形成球状。
所以硫酸的滴数最少，丁醇滴数最多。
4、解释下列各种现象及其产生原因（1）均匀混合的油水系统经静止后会自动分层；（2）自由液滴或气泡通常呈球型；（3）粉尘大的工厂或矿山容易发生爆炸事故。
答：（1）均匀混合的油水系统静止后分层是液体自动缩小界面积的现象。
均匀混合的油水系统是多相分散体系，相与相之间的界面积很大，界面能很高，处于不稳定状态，因而会自动缩小界面积而使系统趋于稳定。
2）自由液滴或气泡也是液体自动缩小界面积的现象。
一方面由于体积一定时，球型液滴表面积最小，另一方面若形成凸凹不平的不规则表面，在凸凹处分别受到相反方向附加压力的作用，在这些不平衡力的作用下，必然会形成球型表面，各处压力均衡，系统才处于稳定状态。
3）粉尘是细小的固体颗粒分散在空气中形成的分散系统，颗粒越小，表面积越大，表面能越高，因处于极不稳定的状态。
当遇到明火、撞击等不安全因素时，就会导致系统的燃烧甚至爆炸。
5、纯水和矿泉水注满玻璃杯时，哪一个的液面会更高于杯口？答：矿泉水中含有无机盐离子，可使水的表面张力增大，进而增大了水于玻璃杯壁的接触角，所以矿泉水的液面会更高于杯口6、气、固相反应CaCO3（s）——CaO（s）+ CO2（g）已达平衡。
