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1、第七章 表面现象与分散系统 教师：李鸿乂 高温物理化学 表面 (Surface)和 界面 (Interface) 界面 是指两相接触的约 几个分子厚度的过渡区 常见界面： 气 -液 界面 、 气 -固 界面、液 -液 界面、液 -固 界面、固 -固 界面 若形成界面的两相中 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 。 液体及其蒸气组成的表面 表面张力 表层分子受力不均，合力不为零，称为 表面张力 表面张力的方向 当表面弯曲，则表面张力就沿着曲面的 切线方向 表面张力 的 合
2、力 垂直于边界线 指向表面 内部 表面张力是普遍存在的，不仅液体表面有，固体表面也有 。 在 固 -液、液 -液以及固 -固界面处也存在相应的界面张力。表面张力是产生一切表面现象的根源 。 表面张力 使所有液态都有 缩小其表面积 的趋势 (a) (b) 表面张力是普遍存在的，不仅液体表面有，固体表面也有 。 在 固 -液、液 -液以及固 -固界面处也存在相应的界面张力。表面张力是产生一切表面现象的根源 。 欲扩展液态的表面，把一部分分子从液态内部移动到表面上来，需克服向内的拉力而做功，此功称为 表面功 完成表面扩展之后，表面功 转化 为表面分子的能量。表面分子比内部分子的 能量更高 实验发现，
3、 f 正比于 l；设比例系数为，则 f = 2l f dx l 带肥皂膜的金属框（ T、 p恒定 ） 可逆地移动 dx，则系统 G增加值 dG为 d = d = 2d = d 即， = T,p 为 表面张力 ，是 单位长度 时表面的收缩力 ，单位 Nm-1 表面张力 ，是增加 单位面积 时，引起系统 G的增加值 ，单位 Jm-2 附加压力 任何液体都有尽量紧缩而减小表面积的趋势。如果液面是弯曲的，则这种 紧缩趋势 会 对液面产生额外的压力 ，称为 附加压力 p0 p0 + ps r 以压力 p0 + ps可逆地推动活塞，使气泡半径增加 dr，体积增加 dV，表面积增加 dA 系统 G增加 d
4、= d 环境对系统做功 d = d 由于过程可逆，则 d = d 由于气泡体积 V = 433、 表 面积 = 42， 则推导得 = 2 （ 拉普拉斯方程 ） = 2 1） 附加压力 与表面张力成 正比 ，与曲率半径成 反比 2）附加 压力的方向由界面 曲率方向 决定 凸液面： 0， 0 平液面： = ， = 0 凹液面： 0时， 0， 液体在 固体 表面出现粘附润湿或不润湿 若 固体与液体接触，体系（固体 + 液体）平衡后的 Gibbs自由能降低就叫“润湿”，因此可以用自由能降低的多少来衡量润湿的程度。 = 气液 +液固 气固 “ 润湿”的标准对选矿、采油、油漆、洗涤、防水等方面的应用是有意
5、义的。 固 -气和固 -液界面张力不易测量，所以一般采用测量接触角的方法求算。 润湿 指 液体在固体表面的粘附、铺展的 现象 接触角 (contact angle) 在气、液、固三相交界点， 气 -液与固 -液界面张力之间的夹角称为 接触角 ，通常 用 表示 0 气固 气液 液固 0 气液 气固 液固 平衡时，三个表面张力服从力平衡关系 气固 = 气液 cos +液固 或 cos = 气固 液固气液 称为 杨氏方程 当接触 角 = 0时， 铺展 润湿 ；当 90时，不 润湿 ； 当 = 180时，完全不润湿 毛细现象 毛细现象 液体 在毛细管内上升或下降的 现象 产生原因：由于弯曲液面上的附加压力所 致 R r 弯曲 液面 产生 的 附加压力 = 据拉普拉斯公式， = 2 据左图， = cos 则得 = 2 cos 液体 润湿 毛细管时， 0，毛细管中 液面上升 液体 不润湿 毛细管时， 90， 0时， 0，即增加溶质，溶液的 表面张力减小 ，表面层中的量 大于 本体，发生 正吸附
