表面与界面(精品).ppt

《表面与界面(精品).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面与界面(精品).ppt（90页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第七章第七章 表面与界面表面与界面P7.1 表面吉布斯自由能和表面张力P7.2 界面行为 第七章第七章 表面与界面表面与界面1附加压力附加压力附加压力附加压力附加压力与表面张力的关系附加压力与表面张力的关系附加压力与表面张力的关系附加压力与表面张力的关系弯曲表面蒸气压弯曲表面蒸气压弯曲表面蒸气压弯曲表面蒸气压7.2.17.2.1弯曲表面效应弯曲表面效应弯曲表面效应弯曲表面效应7.2.27.2.2润湿现象润湿现象润湿现象润湿现象7.2.37.2.3吸附和表面改性吸附和表面改性吸附和表面改性吸附和表面改性7.2.47.2.4晶界晶界晶界晶界表面和界面界面现象的本质比表面分散度与比表面表面功比表面

2、自由能表面张力界面张力与温度的关系影响表面张力的因素7.1表面吉布斯自由能和表面张力2 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。严格讲表面应是液体和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。7.1.1表面和界面表面和界面3常见的界面有：1.气-液界面7.1.1表面和界面表面和界面42.气-固界面7.1.1表面和界面表面和界面53.液-液界面7.1.1表面和界面表面和界面64.液-固界面7.1.1表面和界面表面和界面75.固-固界面7.1.1

3、表面和界面表面和界面8表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销。7.1.2界面现象的本质界面现象的本质9 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。7.1.2界面现象的本质界面现象的本质10最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可液体内部分子所受的力可

4、以彼此抵销，但表面分子受到以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度分子的拉力小（因为气相密度低），低），所以表面分子受到被拉所以表面分子受到被拉入体相的作用力。入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。现象、过饱和状态等。7.1.2界面现象的本质界面现象的本质11 比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的

5、表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：式中，m 和V 分别为固体的质量和体积，A为其表面积。7.1.3比表面比表面12 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 7.1.4分散度与比表面分散度与比表面13 从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方

6、体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。7.1.4分散度与比表面分散度与比表面147.1.4分散度与比表面分散度与比表面15表面效应的主要体现：表面效应的主要体现：表面效应的主要体现：表面效应的主要体现：物理性质物理性质：熔点、蒸汽压、溶解度、吸附、熔点、蒸汽压、溶解度

7、、吸附、润湿和烧结等（微小晶体蒸汽压增大、熔点下降、润湿和烧结等（微小晶体蒸汽压增大、熔点下降、溶解度增加，表面上存在着吸附等现象）溶解度增加，表面上存在着吸附等现象）化学性质化学性质：化学活性、催化、固相反应：化学活性、催化、固相反应等等（反应能力增强、存在表面化学反应等）（反应能力增强、存在表面化学反应等）由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。7.1.5表面功表面功16液相液相蒸气相蒸气相环境对体系作功：环境对体系作

8、功：W=dA（1）恒温恒压可逆过程：恒温恒压可逆过程：W=(dG)T,P（2）即体系自由能的改变量等于外界对体系作的表面功。即体系自由能的改变量等于外界对体系作的表面功。由由(1)、(2)dG=dA7.1.6比表面自由能比表面自由能17对于巨大表面系统，必须考虑表面自由能的影响！对于巨大表面系统，必须考虑表面自由能的影响！比如对于比如对于1kg水来说，其表面能约为水来说，其表面能约为3.510-3J，对于，对于整个系统的自由能来说，可以忽略不计。但是将其分散整个系统的自由能来说，可以忽略不计。但是将其分散形成半径形成半径10-9m的小水滴之后，体系的表面能会增加的小水滴之后，体系的表面能会增加

9、218KJ，此能量几乎可以将，此能量几乎可以将1Kg水升温水升温50。式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功，即系统的自由能的增量，称为比表面能。由此可得：考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加 dA一项，即：7.1.6比表面自由能比表面自由能18狭义的比表面自由能定义：广义的比表面自由能定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。7.1.6比表面自由能比表面自由能 保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为比表面Gibbs自由能，或简称比表面自由能或比表面能，用符号

10、 或 表示，单位为Jm-2。197.1.6比表面自由能比表面自由能20比表面能的物理意义：比表面能的物理意义：比表面能的物理意义：比表面能的物理意义：从从从从定定定定义义义义式式式式看看看看，定定定定温温温温定定定定压压压压定定定定组组组组成成成成下下下下，可可可可逆逆逆逆增增增增加加加加单单单单位位位位表表表表面面面面积积积积引起系统自由能的增量即为比表面能。引起系统自由能的增量即为比表面能。引起系统自由能的增量即为比表面能。引起系统自由能的增量即为比表面能。单位表面积上的分子比相同数量的内部分子单位表面积上的分子比相同数量的内部分子单位表面积上的分子比相同数量的内部分子单位表面积上的分子比

11、相同数量的内部分子超额超额超额超额的吉布斯的吉布斯的吉布斯的吉布斯自由能。自由能。自由能。自由能。表面能不是指表面分子所含的能量表面能不是指表面分子所含的能量表面能不是指表面分子所含的能量表面能不是指表面分子所含的能量 7.1.7表面张力表面张力21 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表面的边界或表面上任一曲线的两边，指向液体方向并与表面相切。这种这种“表面收缩力表面收缩力”与表面平行（如图）与表面平行（如图）n垂直于边界线并指向表面内部垂直于边界线并指向表面内部n或垂直作用于表面上任一曲线的两边或垂直作用于表面上任一曲线的两边我们称之为我们称之为“表面张力表面张力”如

12、果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。由于以线圈为边界的内外两侧表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见(a)图。如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张力的存在。7.1.7表面张力表面张力22所以表面张力所以表面张力所以表面张力所以表面张力 可以理解为：可以理解为：可以理解为：可以理解为：在相表面的在相表面的在相表面的在相表面的切面上切面上切面上切面上，垂垂垂垂直直直直作用于表面任意作用于表面任意作用于表面任意作用于表面任意单位边界单位边界单位边界单位边界长度上的长度上的

13、长度上的长度上的紧缩力。紧缩力。紧缩力。紧缩力。7.1.7表面张力表面张力23(a)(b)7.1.7表面张力表面张力24如下图所示，如下图所示，AB受到皂膜表面张力受到皂膜表面张力f的向左拉力：的向左拉力：f=2l（肥皂膜有两个表面）肥皂膜有两个表面）若若在在AB上上加加一一向向右右的的力力F(=f)，使使AB可可逆逆地地向向右右移移动动dx距离。距离。表面张力与比表面能之间的关系如何呢？7.1.7表面张力表面张力25 则外力对体系作的表面功：则外力对体系作的表面功：W W =Fdx=Fdx=f f dx=dx=2 2l l dx dx 即即 W W =dA dA （1 1）（dA=dA=2

14、2l l dxdx，为，为膜表面积增量，注意膜有正、反两面。膜表面积增量，注意膜有正、反两面。)由表面自由能由表面自由能 的定义：的定义：表面功即体系表面自由能的增加，即等温等压下：表面功即体系表面自由能的增加，即等温等压下：W W =dA dA （2 2）n表面张力表面张力 与表面自由能与表面自由能 在数值上是相等的。在数值上是相等的。n结论：可以用同一符号结论：可以用同一符号“”来表示表面自由能或表面张力。来表示表面自由能或表面张力。7.1.7表面张力表面张力26 比表面能与表面张力的异同点：比表面能与表面张力的异同点：比表面能与表面张力的异同点：比表面能与表面张力的异同点：异：异：异：异

15、：1 1）比表面能表示形成单位新表面时系统）比表面能表示形成单位新表面时系统）比表面能表示形成单位新表面时系统）比表面能表示形成单位新表面时系统GibbsGibbs自由能的增量，可自由能的增量，可自由能的增量，可自由能的增量，可表示为：表示为：表示为：表示为：单位：单位：单位：单位：J/mJ/m2 2 2 2）表面张力（通常）指纯物质的表面层分子间实际存在的（收缩）表面张力（通常）指纯物质的表面层分子间实际存在的（收缩）表面张力（通常）指纯物质的表面层分子间实际存在的（收缩）表面张力（通常）指纯物质的表面层分子间实际存在的（收缩）张力，单位张力，单位张力，单位张力，单位N/mN/m。同：同：同

16、：同：既可表示比表面能，又可表示表面张力，两者量纲相同，数值既可表示比表面能，又可表示表面张力，两者量纲相同，数值既可表示比表面能，又可表示表面张力，两者量纲相同，数值既可表示比表面能，又可表示表面张力，两者量纲相同，数值相等。相等。相等。相等。J/mJ/m2 2=N/m=N/m。结论：在分析处理具体问题时可根据需要选择结论：在分析处理具体问题时可根据需要选择结论：在分析处理具体问题时可根据需要选择结论：在分析处理具体问题时可根据需要选择 的两重含义，在用热的两重含义，在用热的两重含义，在用热的两重含义，在用热力学方法处理表面相时，用力学方法处理表面相时，用力学方法处理表面相时，用力学方法处理

17、表面相时，用 表示比表面能，在作表面相分子的受力表示比表面能，在作表面相分子的受力表示比表面能，在作表面相分子的受力表示比表面能，在作表面相分子的受力分析时，可用分析时，可用分析时，可用分析时，可用 表示表面张力。表示表面张力。表示表面张力。表示表面张力。温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：因为运用全微分的性质，可得：等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加的，所以 随T的增加而下降。7.1.8界面张力与温度的关系界面张力与温度的关系27（1）分子间相互作用力的影响（2）温度的影响 温度升高，表面张力下降。对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子

18、间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。(金属键)(离子键)(极性共价键)(非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。7.1.8影响表面张力的因素影响表面张力的因素28注意：注意：临界温度时，气、液相无区别，界面消失，表面临界温度时，气、液相无区别，界面消失，表面张力趋近于零。张力趋近于零。（4）物质的种类及共存相影响。（3）压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。20H2O(l)C6H6(l)CCl4(l)/N m-10.07280.02890.0269(H2O-C6H6)0.0326（界面张力介

19、于（界面张力介于H2O、C6H6 之间）之间）(H2O-CCl4)0.045（界面张力介于（界面张力介于H2O、CCl4 之间）之间）297.1.8影响表面张力的因素影响表面张力的因素 可溶性无机盐增加水的表面张力，如矿泉水、井水表面张力较纯水高；可溶性有机物降低水的表面张力，如醇、醛、酯；少量的表面活性剂能够显著降低表面张力。弯曲表面效应1.附加压力2.附加压力与表面张力的关系（Young-Laplace公式）3.弯曲表面蒸汽压（Kelvin公式）润湿现象7.2 7.2 界面行为界面行为30 吸附和表面改性 晶界317.2.1弯曲表面效应弯曲表面效应7.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表

20、面效应1、附加压力：、附加压力：在此只讨论弯曲面曲率半径在此只讨论弯曲面曲率半径R表面表面层厚度（层厚度（10nm）的情形；）的情形；由于表面张力的存在而产生一个附加压力由于表面张力的存在而产生一个附加压力。平衡时，表面下平衡时，表面下液体分子受到的液体分子受到的压力为：压力为：P0+P平衡时，表面下平衡时，表面下液体分子受到的液体分子受到的压力为：压力为：P0平衡时，表面下平衡时，表面下液体分子受到的液体分子受到的压力为：压力为：P0-P32凸面（液滴）：凸面（液滴）：r为正值，为正值，为正值；为正值；凹面（气泡）：凹面（气泡）：r为负值，为负值，为负值。为负值。附加压力的方向：附加压力的方

21、向：总是指向曲面的曲率中心，所以与总是指向曲面的曲率中心，所以与液面曲率中心同侧的压强恒大于另一侧。附加压力使弯曲液液面曲率中心同侧的压强恒大于另一侧。附加压力使弯曲液面内外压力不等。面内外压力不等。2、附加压力与表面张力的关系、附加压力与表面张力的关系（Young-Laplace公式）：对于球面：对于球面：对于非球面：对于非球面：式中：式中：为曲面的两主曲率半径。为曲面的两主曲率半径。7.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应337.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应347.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应（1）.两块平板玻璃间有一层水，估计两块玻璃之间的吸力。两

22、块平板玻璃间有一层水，估计两块玻璃之间的吸力。=0.01mm，a=1.0m，H2O=0.07288N/m设设水水膜膜与与玻玻璃璃间间的的接接触触角角=0，即水水膜膜侧侧面面可可近近似似为一半圆凹柱面为一半圆凹柱面，柱面曲率半径，柱面曲率半径:R1=/2（凹面为负）凹面为负）R2=357.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应所以附加压力：所以附加压力：负值表示液体内部压力低于外压，其差值为：负值表示液体内部压力低于外压，其差值为：总的吸力：总的吸力：这就是所谓的这就是所谓的毛细管压力毛细管压力。36毛细管力使颗粒压紧毛细管力使颗粒压紧（2 2）陶瓷颗粒的烧结）陶瓷颗粒的烧结）陶瓷颗粒的烧

23、结）陶瓷颗粒的烧结在陶瓷的液相烧结过程中，在陶瓷的液相烧结过程中，在陶瓷的液相烧结过程中，在陶瓷的液相烧结过程中，颗粒之间将出现液层，当液层颗粒之间将出现液层，当液层颗粒之间将出现液层，当液层颗粒之间将出现液层，当液层表面为凹液面时，表面张力将表面为凹液面时，表面张力将表面为凹液面时，表面张力将表面为凹液面时，表面张力将使液膜内的压力减少，促使颗使液膜内的压力减少，促使颗使液膜内的压力减少，促使颗使液膜内的压力减少，促使颗粒陶瓷尽量靠拢，使陶瓷坯体粒陶瓷尽量靠拢，使陶瓷坯体粒陶瓷尽量靠拢，使陶瓷坯体粒陶瓷尽量靠拢，使陶瓷坯体收缩而烧结成致密的构件。收缩而烧结成致密的构件。收缩而烧结成致密的构件

24、。收缩而烧结成致密的构件。7.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应377.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应曲率半径R与毛细管半径r的关系：毛细现象：液体沿着缝隙上升或毛细现象：液体沿着缝隙上升或毛细现象：液体沿着缝隙上升或毛细现象：液体沿着缝隙上升或扩散的现象称为毛细现象。扩散的现象称为毛细现象。扩散的现象称为毛细现象。扩散的现象称为毛细现象。387.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应397.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应407.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应417.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应427.2.1 7.2.1

25、 弯曲表面效应弯曲表面效应（开尔文公式开尔文公式）43这里的这里的这里的这里的p pg,0g,0指平面状液体的饱和蒸气压，而指平面状液体的饱和蒸气压，而指平面状液体的饱和蒸气压，而指平面状液体的饱和蒸气压，而p pg g指曲指曲指曲指曲率半径为率半径为率半径为率半径为r r的曲面液体的饱和蒸气压。的曲面液体的饱和蒸气压。的曲面液体的饱和蒸气压。的曲面液体的饱和蒸气压。3 3、弯曲表面的蒸气压、弯曲表面的蒸气压kelvinkelvin公式公式7.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应 曲率半径越小，饱和蒸汽压相对于正常蒸汽压（平面曲率半径越小，饱和蒸汽压相对于正常蒸汽压（平面状时）变化越大

26、。状时）变化越大。凸液面，凸液面，r0,蒸汽压蒸汽压正常蒸汽压；正常蒸汽压；r越小，蒸汽压越大。越小，蒸汽压越大。例如液滴为凸液面，其饱和蒸气压比正常蒸气压大。例如液滴为凸液面，其饱和蒸气压比正常蒸气压大。凹液面，凹液面，r0,蒸汽压蒸汽压正常蒸汽压；正常蒸汽压；r越小，蒸汽压越小。越小，蒸汽压越小。例如蒸汽泡内的饱和蒸汽压比正常蒸气压小。例如蒸汽泡内的饱和蒸汽压比正常蒸气压小。44 液滴表面张力液滴表面张力液滴表面张力液滴表面张力rr曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径 密度密度密度密度MM摩尔质量摩尔质量摩尔质量摩尔质量7.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应 Kelvin公式也可以表

27、示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比，对液滴来说，为凸面，r取正值，r越小，液滴蒸汽压越高。对小蒸气泡来说，为凹面，r取负值，r越小，小蒸汽泡中的蒸汽压越低。457.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应 颗粒总是凸面，r取正值，r越小，小颗粒的饱和溶液的浓度越大，溶解度越大。Kelvin公式还可以表示两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比。467.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应（1 1）毛细凝结现象）毛细凝结现象 液体在凸面凸面上的饱和蒸气压恒大于平面上的饱和蒸气压（r r0 0）；液体在凹面凹面上的饱和蒸气压恒小于平面上的饱和蒸气压（r r0 0）。若液面呈凹型，

28、P Pr r P P，对于平面液体尚未达到饱和的状态时，在毛细管中开始凝结了。477.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应（2 2）过饱和蒸气）过饱和蒸气人工降雨人工降雨 高空中没有灰尘高空中没有灰尘,水蒸汽可达到饱和而不凝结成水水蒸汽可达到饱和而不凝结成水（过饱和蒸气）（过饱和蒸气）。应用开尔文公式可知：应用开尔文公式可知：而而而而2020时时时时极微极微极微极微小液滴的小液滴的小液滴的小液滴的饱和饱和饱和饱和蒸气压为蒸气压为蒸气压为蒸气压为6 6kPakPa（无外（无外（无外（无外来凝结核）来凝结核）来凝结核）来凝结核）比如高空温度比如高空温度比如高空温度比如高空温度2020，水水

29、水水蒸气压蒸气压蒸气压蒸气压 5.65.6kPakPa，虽然远，虽然远，虽然远，虽然远大于大于大于大于平面液体的饱和蒸气平面液体的饱和蒸气平面液体的饱和蒸气平面液体的饱和蒸气压，压，压，压，但是但是但是但是仍小于仍小于仍小于仍小于 6 6kPakPa,所所所所以小水滴难于形成，此时以小水滴难于形成，此时以小水滴难于形成，此时以小水滴难于形成，此时即为过饱和蒸气。即为过饱和蒸气。即为过饱和蒸气。即为过饱和蒸气。若在空中撒入凝结中心若在空中撒入凝结中心若在空中撒入凝结中心若在空中撒入凝结中心(AgI),(AgI),使使使使凝结成水滴的曲率半径加大，其凝结成水滴的曲率半径加大，其凝结成水滴的曲率半径

30、加大，其凝结成水滴的曲率半径加大，其相应的相应的相应的相应的饱和饱和饱和饱和蒸气压可小于高空中蒸气压可小于高空中蒸气压可小于高空中蒸气压可小于高空中的蒸气压的蒸气压的蒸气压的蒸气压(如如如如r=1.2r=1.2 1010-9-9mm蒸气压蒸气压蒸气压蒸气压为为为为5.0kPa5.6kPa)5.0kPa5.6kPa)，蒸气就在这，蒸气就在这，蒸气就在这，蒸气就在这些微粒表面凝结成水滴。些微粒表面凝结成水滴。些微粒表面凝结成水滴。些微粒表面凝结成水滴。482020时时时时平面液体水平面液体水平面液体水平面液体水的的的的饱和饱和饱和饱和蒸气压为蒸气压为蒸气压为蒸气压为2 2kPakPa7.2.1 7

31、.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应（3 3）过热液体）过热液体暴沸现象暴沸现象p pr r若在液体中加入沸石，由于沸石表若在液体中加入沸石，由于沸石表若在液体中加入沸石，由于沸石表若在液体中加入沸石，由于沸石表面多孔，其中已有曲率半径较大的面多孔，其中已有曲率半径较大的面多孔，其中已有曲率半径较大的面多孔，其中已有曲率半径较大的气泡存在，因此气泡内的蒸气压不气泡存在，因此气泡内的蒸气压不气泡存在，因此气泡内的蒸气压不气泡存在，因此气泡内的蒸气压不致太小，达到沸点时易于沸腾。致太小，达到沸点时易于沸腾。致太小，达到沸点时易于沸腾。致太小，达到沸点时易于沸腾。液体中的小气泡，其曲液体中的小气泡，其

32、曲液体中的小气泡，其曲液体中的小气泡，其曲率半径是负的，根据率半径是负的，根据率半径是负的，根据率半径是负的，根据KelvinKelvin公式，其半径越小，公式，其半径越小，公式，其半径越小，公式，其半径越小，气泡内的饱和蒸气压越气泡内的饱和蒸气压越气泡内的饱和蒸气压越气泡内的饱和蒸气压越小。小。小。小。沸腾时，气泡的形成必须经过从无到有，从小到大的过程。而最初形成的半径极小的气泡内的饱和蒸汽压远小于外压，因此在外压的压迫下，小气泡难以形成，液体不能沸腾，要想沸腾，必须过热，使小气泡的饱和蒸气压等于外压而沸腾。过热较多沸腾时，容易暴沸。49小气泡小气泡小气泡小气泡内部承受内部承受内部承受内部承

33、受的压的压的压的压力力力力=p p外外外外+pp=p=p外外外外+2+2 /r r7.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应（4 4）过冷液体）过冷液体过冷水过冷水根据根据根据根据KelvinKelvin公式，公式，公式，公式，微小晶体的蒸气压要比微小晶体的蒸气压要比微小晶体的蒸气压要比微小晶体的蒸气压要比大晶体的蒸气压大，故大晶体的蒸气压大，故大晶体的蒸气压大，故大晶体的蒸气压大，故小晶体的蒸气压曲线在小晶体的蒸气压曲线在小晶体的蒸气压曲线在小晶体的蒸气压曲线在上方，它与过冷水曲线上方，它与过冷水曲线上方，它与过冷水曲线上方，它与过冷水曲线的交点即为小晶体的熔的交点即为小晶体的熔的交点

34、即为小晶体的熔的交点即为小晶体的熔点。小晶体的熔点低于点。小晶体的熔点低于点。小晶体的熔点低于点。小晶体的熔点低于OO点对应的温度，所以点对应的温度，所以点对应的温度，所以点对应的温度，所以对液态水来说，温度到对液态水来说，温度到对液态水来说，温度到对液态水来说，温度到达达达达OO点对应的温度不会点对应的温度不会点对应的温度不会点对应的温度不会结晶，形成虚线所示的结晶，形成虚线所示的结晶，形成虚线所示的结晶，形成虚线所示的过冷水。过冷水。过冷水。过冷水。微小晶体的微小晶体的微小晶体的微小晶体的蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线过冷水的蒸过冷水的蒸过冷水的蒸过冷水的蒸气压曲线气压曲线气压曲

35、线气压曲线C Cp pT TOOA AB B水水水水冰冰冰冰水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气507.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应（5 5）过饱和溶液）过饱和溶液 根据Kevlin公式，微小晶体颗粒的饱和浓度大于普通晶体的饱和浓度，晶体颗粒越小，溶解度越大。当溶液在恒温下浓缩时，溶质的浓度逐渐增大，达到普通晶体的饱和度时，对微小晶体仍未达到饱和，所以不析出微小晶体，溶液称为过饱和溶液。在一个饱和溶液中，若有大小不同的粒子存在，对于大粒子已饱和的溶液，对小粒子仍未达到饱和，所以陈放一段时间，小粒子将消失，大粒子略有增大，这就是重量分析中的陈化过程。517.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯

36、曲表面效应（6 6）微小晶粒熔点降低）微小晶粒熔点降低527.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应537.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应547.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应锄地保墒作用原理作用原理：切断毛细管，切断毛细管，使水分不能使水分不能沿土壤中的毛细管上升到地表而蒸发；沿土壤中的毛细管上升到地表而蒸发；被切断的土壤毛细管会发生水的毛细被切断的土壤毛细管会发生水的毛细凝结现象，增加土中水分。凝结现象，增加土中水分。557.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应例题例题例题例题1 1 1 1.已知水在已知水在已知水在已知水在20202020时的表面

37、张力为时的表面张力为时的表面张力为时的表面张力为0.0720.0720.0720.072N N N N m m m m-1-1-1-1，=1g1g1g1g c c c cm m m m-3-3-3-3，0000时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为610.5610.5610.5610.5PaPaPaPa。在在在在0000 20202020内水的内水的内水的内水的 vapvapvapvapH H H Hm m m m=40.67kJ40.67kJ40.67kJ40.67kJ molmolmolmol-1-1-1-1。求在求在求在求在20202020时半径为时半径

38、为时半径为时半径为10101010-9 9 9 9m m m m水滴的饱和蒸气压。水滴的饱和蒸气压。水滴的饱和蒸气压。水滴的饱和蒸气压。解解解解：要要要要求求求求20202020时时时时水水水水滴滴滴滴的的的的饱饱饱饱和和和和蒸蒸蒸蒸气气气气压压压压，首首首首先先先先要要要要求求求求出出出出该该该该温温温温度度度度下下下下平面水的饱和蒸气压。则根据克平面水的饱和蒸气压。则根据克平面水的饱和蒸气压。则根据克平面水的饱和蒸气压。则根据克-克方程：克方程：克方程：克方程：p p(293K)(293K)(293K)(293K)=2074Pa=2074Pa=2074Pa=2074Pa567.2.1 7.

39、2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应r r r r=6011Pa=6011Pa=6011Pa=6011Pa根据根据根据根据KelvinKelvinKelvinKelvin公式公式公式公式例题例题例题例题2 2 2 2 如果水中仅含有半径为如果水中仅含有半径为如果水中仅含有半径为如果水中仅含有半径为1.1.1.1.0010001000100010-6-6-6-6m m m m的空气泡，试的空气泡，试的空气泡，试的空气泡，试求这样的水开始沸腾的温度为多少度？已知求这样的水开始沸腾的温度为多少度？已知求这样的水开始沸腾的温度为多少度？已知求这样的水开始沸腾的温度为多少度？已知100100100100以上

40、水以上水以上水以上水的表面张力为的表面张力为的表面张力为的表面张力为 0.0589 0.0589 0.0589 0.0589 N N N N m m m m-1-1-1-1，气化热为气化热为气化热为气化热为40.7 40.7 40.7 40.7 kJkJkJkJ molmolmolmol-1-1-1-1。解：空气泡上的附加压力为解：空气泡上的附加压力为解：空气泡上的附加压力为解：空气泡上的附加压力为pppp=2=2=2=2 /r/r/r/r,当水沸腾时，当水沸腾时，当水沸腾时，当水沸腾时，空气泡中的水蒸气压至少等于空气泡中的水蒸气压至少等于空气泡中的水蒸气压至少等于空气泡中的水蒸气压至少等于(

41、p p p p+p p p p),),),),应用克克方程应用克克方程应用克克方程应用克克方程可求出蒸气压为可求出蒸气压为可求出蒸气压为可求出蒸气压为(p p p p+p p p p)时的平衡温度时的平衡温度时的平衡温度时的平衡温度T T T T2 2 2 2，此即沸腾温度。此即沸腾温度。此即沸腾温度。此即沸腾温度。577.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应T T2 2=396K=396K587.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应 例题例题例题例题3 3 3 3 由于天气干旱，白天空气相对湿度仅由于天气干旱，白天空气相对湿度仅由于天气干旱，白天空气相对湿度仅由于天气干旱，白

42、天空气相对湿度仅56%(56%(56%(56%(相对湿度即实相对湿度即实相对湿度即实相对湿度即实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比际水蒸气压力与饱和蒸气压之比际水蒸气压力与饱和蒸气压之比际水蒸气压力与饱和蒸气压之比)。设白天温度为。设白天温度为。设白天温度为。设白天温度为35(35(35(35(饱和蒸气压为饱和蒸气压为饱和蒸气压为饱和蒸气压为5.62105.62105.62105.62103 3 3 3Pa),Pa),Pa),Pa),夜间温度为夜间温度为夜间温度为夜间温度为25(25(25(25(饱和蒸气压为饱和蒸气压为饱和蒸气压为饱和蒸气压为3.17103.17103.17103.17103 3

43、3 3Pa)Pa)Pa)Pa)。试求空试求空试求空试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为0.10.10.10.1mmmm的土壤毛细管的土壤毛细管的土壤毛细管的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润湿，中是否凝结？设水对土壤完全润湿，中是否凝结？设水对土壤完全润湿，中是否凝结？设水对土壤完全润湿，25 25 25 25时水的表面张力时水的表面张力时水的表面张力时水的表面张力 =0.0715=0.0715=0.0715=0.0715 N N N N m m m m

44、-1-1-1-1，水的密度水的密度水的密度水的密度 =1=1=1=1g g g g c c c cm m m m-3-3-3-3。解：白天温度为解：白天温度为解：白天温度为解：白天温度为35353535时时时时,空气相对湿度为空气相对湿度为空气相对湿度为空气相对湿度为56%56%56%56%，则，则，则，则 实际蒸气压实际蒸气压实际蒸气压实际蒸气压p=p=p=p=5.625.625.625.62101010103 3 3 356%=3.151056%=3.151056%=3.151056%=3.15103 3 3 3PaPaPaPa 此蒸气压小于夜间此蒸气压小于夜间此蒸气压小于夜间此蒸气压小于

45、夜间(25(25(25(25时时时时)的饱和蒸气压的饱和蒸气压的饱和蒸气压的饱和蒸气压3.17103.17103.17103.17103 3 3 3Pa,Pa,Pa,Pa,所以夜间不所以夜间不所以夜间不所以夜间不会凝结。会凝结。会凝结。会凝结。597.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应在直径为在直径为0.1m的土壤毛细管中，水形成凹液面。的土壤毛细管中，水形成凹液面。由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土壤毛细管半径由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土壤毛细管半径由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土壤毛细管半径由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土壤毛细管

46、半径=-0.50.5 1010-7-7mm。由开尔文公式：。由开尔文公式：。由开尔文公式：。由开尔文公式：p pr r/p/p=0.979=0.979 p pr r =3.10=3.10 10103 3Pa3.15Pa3.15 10103 3Pa(Pa(实际实际实际实际)，所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结毛细管凝聚毛细管凝聚毛细管凝聚毛细管凝聚。607.2.1 7.2.1 弯曲表面效应弯曲表面效应617.2.2润湿现象润湿现象1、定义、定义：润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的润湿是一种

47、流体从固体表面置换另一种流体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空过程。最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气而展开。气，如水在玻璃表面置换空气而展开。固液接触后，固液接触后，体系吉布斯自由能降低时体系吉布斯自由能降低时就称为润湿。就称为润湿。2、分类：、分类：附着润湿附着润湿(沾湿沾湿)铺展润湿铺展润湿浸渍润湿浸渍润湿(浸湿浸湿)按润湿程度按润湿程度7.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象62（1）附着润湿）附着润湿附着润湿的吉布斯自由能变化为：附着润湿的吉布斯自由能变化为：粘附功：粘附功：7.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象 在气、液、固三相交

48、界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用 表示，它是润湿程度的标志。63（2）铺展润湿）铺展润湿 7.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象 接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算：647.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象65润湿张力可由下式确定：润湿张力可由下式确定：粘附功：粘附功：润湿张力润湿张力F越大，越容易润湿。越大，越容易润湿。7.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象66（3）浸渍润湿）浸渍润湿 7.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象677.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象687.2.2 7.2.2 润湿现象润湿现象697.2.3 吸附和表面改性一种物质

49、的原子或分子附着在另一种物质表面的现象，一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面的现象，称为吸附。称为吸附。新鲜表面：容易发生吸附，在表面形成吸附膜。新鲜表面：容易发生吸附，在表面形成吸附膜。原因：新鲜表面质点排列中断后，质点受力不平衡，原因：新鲜表面质点排列中断后，质点受力不平衡，存在着较强的表面力场。存在着较强的表面力场。7.2.3 7.2.3 吸附和表面改性吸附和表面改性701 1、液体表面吸附现象、液体表面吸附现象(2)(2)正吸附正吸附：溶质在表层的浓度大于在体相的浓度。(1)(1)负吸附负吸附：溶质在表层的浓度小于在体相的浓度。7.2.3 7.2.3 吸附和表面改性吸附和表面改性7

50、1（1）负吸附负吸附溶质浓度增加，表面张力增大溶质浓度增加，表面张力增大（2）正吸附正吸附溶质浓度增加，表面张力减小溶质浓度增加，表面张力减小，表面张力表面张力 和溶质浓度和溶质浓度c的关系的关系c 溶质为可溶性有机化合物：溶质为可溶性有机化合物：溶质为可溶性有机化合物：溶质为可溶性有机化合物：醇、醛、酸、酯醇、醛、酸、酯醇、醛、酸、酯醇、醛、酸、酯溶质为表面活性剂：硬脂酸溶质为表面活性剂：硬脂酸溶质为表面活性剂：硬脂酸溶质为表面活性剂：硬脂酸钠、长碳氢链有机酸盐、烷钠、长碳氢链有机酸盐、烷钠、长碳氢链有机酸盐、烷钠、长碳氢链有机酸盐、烷基磺酸盐基磺酸盐基磺酸盐基磺酸盐(肥皂和洗涤剂肥皂和洗涤