扩展篇 扩展篇将前面几篇总结的知识,扩展并应用于界面现象、电解质溶液、电化学反应以及胶体系统，综合讨论这些系统的相平衡、化学平衡、传递速率和反应速率的规律第15章 界面现象,15.1 引 言,一、多相系统的相界面及其强度性质的变化,多相系统的各相之间，存在着界面，界面有五种类型：,气液界面和气固界面称为表面气液平衡,强度性质如密度发生突变广延性质为气液两相的总和界面层,界面层的厚度一般为纳米级，相当于几个分子的直径强度性质由一相到另一相连续变化广延性质为气相、液相以及界面层的总和气液平衡,界面相,常将界面层单独处理为一个相，称为界面相，这是一种模型化的做法相- 物理性质和化学性质完全相同的均匀部分气、液、固相称为体相描述体相的状态函数：T，p，V 和 (i=1K) T，p 和,描述界面相的状态函数：T，AS 和 (i=1K) T，和,(3) 界面层结构：表面层的结构和分子形态1) 界面平衡：界面热力学,(2) 界面速率：界面动力学和吸附动力学,二、界面现象,与界面有关的各种物理现象和化学现象：润湿，铺展，吸附，表面反应，摩擦,一些实例：雨滴呈球形；水在毛细管中上升；雨前水泥地面潮湿；硅胶的干燥作用；洗涤剂的去污作用；农药的使用,界面现象,界面现象产生原因的探讨1kgSiO2 表面积/m2 表面能/J整块 0.26 0.27边长为10-9m的立方颗粒 2.6106 2.7106,As、Es各比原来增大1000万倍，相界面增大，能量升高，由于能量是变化的根源，故整块与微粒系统的物理和化学性质将会有显著差别，并且后者由此产生了一些界面现象。
三、界面现象的应用,吸附 分离；如用活性炭脱除有机物等多相催化 在气相或液相中使用固体催化剂加速反应表面膜 双层膜或囊泡、LB膜、单分子膜新相生成 晶核生成或晶体生长，亚稳现象泡沫和乳状液 摩擦与润滑 去垢 洗涤剂的选用选矿 浮选本章框架两个基本概念可测的强度性质： 界面张力和单位界面过剩量一个模型：吉布斯界面相模型五个方程：1.拉普拉斯方程 2.开尔文方程 3.吉布斯等温方程 4.杨氏方程5.兰谬尔吸附等温方程,15-2 界面张力和界面过剩量,1.界面张力,体相,界面层,体相,界面层处于两个体相之间，受到两相分子不同的作用，分子受力是不对称的，不能相消，有剩余的作用力，因此，界面层中的分子有离开界面层进入体相的趋势，它的宏观表现就是界面将收缩至具有最小面积水滴汞滴气泡,界面张力 界面层分子受力不对称（相界面上的宏观现象） （微观本质）,分子间相互作用力是物质的特性，故界面张力也是物质的特性界面层中的张力 1805年Young T指出：界面可看作一张绷紧的弹性薄膜，其中存在着使薄膜面积减小的收缩张力它在界面中处处存在，在边缘处则可以明确表示界面层中的收缩张力,实例1,金属环中的皂液膜，正反两面各有一个气液界面。
与界面相切且垂直于界面边缘的收缩张力,实例2,界面功,界面层中的收缩张力,(1) 界面张力-界面中单位长度的收缩张力；它沿界面的切线方向作用于边缘上，并垂直于边缘界面张力的定义,(2) 界面张力-增加单位界面面积时，系统必须得到的可逆界面功纯液体与饱和了本身蒸气的空气相接触时测得的数据20时一些界面张力的数据,影响的因素：物质本性，T，接触相性质，压力 纯物质系统：,因为随温度的升高，分子间相互作用力减小，表面张力也减小当液体的温度升高到临界温度时，此时气液无差别，表面张力等于0.,铺展压: 常用于液态溶液的气液界面,膜天平,2. 单位界面过剩量,界面层,和 的位置难以准确确定,模型-吉布斯界面相模型，古根海姆界面相模型,吉布斯界面相模型：,(1) 将界面层抽象为无厚度因而无体积的几何面界面相（ ），以符号 表示2) 相和相的强度性质与实际系统中 相和 相的强度性质完全相同实际系统 模型化后的系统,(3) 界面过剩量和单位界面过剩量,单位界面过剩量：,界面过剩量：界面相中组分i的数量多相系统中1和2的总量,界面过剩量的物理图像,多相系统中1和2的总量,1,2,由于 和 随 位置而变，使得 或 带有不确定性，这是模型的结果。
正值,可正，可负,定义(1),与 的位置无关4）吉布斯单位界面过剩量 以溶剂1为参照，定义溶质 i 相对于溶剂1的单位界面过剩量定义(2),（4）吉布斯单位界面过剩量,与 的位置无关，选择 的一个最方便的位置，使得 ，则：,古根海姆界面模型：界面相有厚度、有体积定义(1),定义(2),吉布斯单位界面过剩量,正吸附作用,负吸附作用,吸附：物质在界面层中被富集或被排开（反富集）的现象单位界面吸附量： 即单位界面过剩量i 溶质i的单位界面吸附量 溶质i的吉布斯单位界面吸附量,1 . 在热力学上，通常用模型的方法将界面层处理为 相，吉布斯的处理方法是,基本概念,界面,将界面层抽象为无厚度因而无体积的几何面界面相， 相和相的强度性质与实际系统中 相和 相的强度性质完全相同基本概念,按照吉布斯模型，两相平衡的系统的体积V= ，物质的量n= ，亥氏函数A= ，界面过剩量= 2. 在吉布斯的界面模型中将界面层抽象为界面相，其厚度和体积恒为零，界面面积、界面层物质浓度恒大于零 （对、错） 单位界面吸附量i 和吉布斯单位界面吸附量也恒大于零 （对、错）对,错,球形水滴分散时As和As0的变化,3. 比表面As0-单位质量物质的表面积,. 界 面 热 力 学,15.3 热力学基本方程 和平衡条件,1. 有界面相时的热力学基本方程,对于界面相，因多了广义力，故描述系统状态时，需增加一个变量广义位移As。
恒温恒压恒组成下,比界面吉氏函数,界面相的热力学基本方程,界面相的热力学基本方程,可应用于任何界面模型-吉布斯界面相模型和古根海姆界面相模型界面相的吉布斯-杜亥姆方程,例：按照吉布斯的界面相模型，写出任意一个界面相的热力学基本方程：,吉布斯界面相模型的热力学函数,界面过剩热力学能,界面相的热力学基本方程,界面张力,界面张力 界面中单位长度的收缩张力；它沿界面的切线方向作用于边缘上，并垂直于边缘比界面焓HA,比界面吉氏函数,多相系统的热力学基本方程 对于由两个体相和以及一个界面相 所组成的多相系统，可写出：,2. 有界面相时的可逆性判据与平衡条件,可逆性判据,平衡条件,平界面,弯曲界面,证明：,。