表面热力学基础课件.ppt

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1、表面热力学基础第1页，此课件共50页哦1.1 表面张力与表面Gibbs函第2页，此课件共50页哦1.1 表面张力与表面Gibbs函第3页，此课件共50页哦1.1 表面张力与表面Gibbs函=F/2L(N/m),=dW/dA(J/m2)LdAxdxF第4页，此课件共50页哦1.1 表面张力与表面Gibbs函2.表面Gibbs函 G 恒温、恒压、组成不变的情况下：第5页，此课件共50页哦1.1 表面张力与表面Gibbs函 比表面Gibbs函 Gs，单位面积的Gibbs函，单位为 J/m2：第6页，此课件共50页哦1.1 表面张力与表面Gibbs函3.G与G的关系第7页，此课件共50页哦1.1 表面

2、张力与表面Gibbs函二、温度、压力对表面张力的影响1.T对的影响第8页，此课件共50页哦1.1 表面张力与表面Gibbs函2.p对的影响3.物性对表面张力的影响l物质中质点间的作用力l接触气相的本质l第三种物质第9页，此课件共50页哦1.2 表面体系的热力学平衡一、Gibbs表面热力学1.表面相模型第10页，此课件共50页哦1.2 表面体系的热力学平衡第11页，此课件共50页哦2.Gibbs-Duhem公式1.2 表面体系的热力学平衡第12页，此课件共50页哦3.Gibbs吸附公式l吸附量的定义1.2 表面体系的热力学平衡第13页，此课件共50页哦lGibbs吸附公式1.2 表面体系的热力学

3、平衡第14页，此课件共50页哦l 的意义 表示单位面积上吸附溶质的过剩量，(mol/cm2)(1)为正，为正吸附，溶质的表面浓度大于本体浓度，即称为表面超量；(2)为负，则为负吸附，溶质的表面浓度小于本体浓度，叫做表面亏量。1.2 表面体系的热力学平衡第15页，此课件共50页哦二、Guggenheim的表面热力学1.有厚度表面相模型1.2 表面体系的热力学平衡第16页，此课件共50页哦2.有厚度表面相的G-D公式其中：1.2 表面体系的热力学平衡第17页，此课件共50页哦3.二组分双体相的i与i的关系1.2 表面体系的热力学平衡第18页，此课件共50页哦4.多组分单表面相的Guggenheim

4、等温式1.2 表面体系的热力学平衡第19页，此课件共50页哦三、Gibbs和Guggenheim两种方法的一致性1.Gibbs规定中的不变量 根据G-D公式：1.2 表面体系的热力学平衡第20页，此课件共50页哦2.Guggenheim规定中的不变量1.2 表面体系的热力学平衡第21页，此课件共50页哦1.3 表面体系的相律分析一、弯曲表面的相平衡条件 1.热平衡2.化学反应平衡第22页，此课件共50页哦3.力平衡4.相间化学势平衡1.3 表面体系的相律分析第23页，此课件共50页哦二、几个力平衡实例分析1.空气中的水滴2.液体中的气泡1.3 表面体系的相律分析第24页，此课件共50页哦三、表

5、面体系的相律1.弯曲表面的相律 f=K-(g-S)+1f：独立变数；K=K-R，K：物种数；S：界面品种数；：体相数；R：独立化学反应数；g：表面相数。1.3 表面体系的相律分析第25页，此课件共50页哦2.平面表面的相律3.体系中有曲面也有平面的相律分析4.排除现象与表面相律1.3 表面体系的相律分析第26页，此课件共50页哦1.4 表面现象和亚稳态一、Kelvin公式1.Kelvin公式的推导第27页，此课件共50页哦2.Kelvin公式的讨论lrL 0，pr p0，说明当有液滴形成的时候，p气 p饱，pr/p0叫做过饱和度；l液体中形成气泡条件和逸出条件：l平面时，rg，在表面h=0，其

6、对应液体正常沸点。1.4 表面现象和亚稳态第28页，此课件共50页哦l曲面时，若rg很小，pg=p外，液体不能蒸发，升温提高气相压力后，满足气相生成和逸出条件后，才能逸出。此时对应的温度为Tb，叫过热度。1.4 表面现象和亚稳态第29页，此课件共50页哦1.4 表面现象和亚稳态水滴半径10-510-610-710-810-9pr/p01.00011.0011.0111.1142.95293K时水的蒸汽压与水滴半径的关系第30页，此课件共50页哦1.4 表面现象和亚稳态例一：p外=101325 Pa，T=100 oC，水的饱和蒸汽压为p0=101325Pa，=58.8510-3 N/m，若首先产

7、生气泡半径rg=110-8，问气泡能否逸出？第31页，此课件共50页哦1.4 表面现象和亚稳态例二：两个肥皂泡如图1-16联接，开始时联通器阀门关闭。若r1 r2，当打开阀门后将产生什么现象？第32页，此课件共50页哦二、Young-Laplace公式1.曲率半径的数学概念1.4 表面现象和亚稳态第33页，此课件共50页哦2.任意曲面的微小位移微分OOr1r2QQAABCBCDDy+dydzxx+dxy1.4 表面现象和亚稳态第34页，此课件共50页哦3.Young-Laplace公式1.4 表面现象和亚稳态第35页，此课件共50页哦4.Laplace公式的讨论l球面：l液体中的球形气泡：1.

8、4 表面现象和亚稳态第36页，此课件共50页哦l 气泡膜：对膜内：对膜外：1.4 表面现象和亚稳态第37页，此课件共50页哦l 圆柱面：l 平面：l 马鞍形1.4 表面现象和亚稳态第38页，此课件共50页哦l毛细管法 1.5 液体表面张力的测定第39页，此课件共50页哦 平板插入液体中后，会产生毛细升高现象。设h为液面升高端点离水平液面的距离，为接触角，则根据Laplace公式:1.5 液体表面张力的测定第40页，此课件共50页哦液体不完全浸润管壁时：液体与毛细管管壁完全浸润时：-液气两相密度差h-凹月面底部距平液面的高度r-毛细管半径毛细常数：1.5 液体表面张力的测定第41页，此课件共50

9、页哦 Rayleigh级数近似法修正：a=r(h+r/3 0.1288 r2/h+0.1312 r3/h2)Suden数据逼近法：(1)由毛细升高法测得毛细管半径和毛细上升 高度h；(2)由 求出毛细常数的一级近似值a1；(3)求 r/a1，查表得r/b，从而得到b值；(4)由 求出毛细常数的二级近似值a2；(5)重复上述计算过程，直至a值恒定；(6)由 ，求出。1.5 液体表面张力的测定第42页，此课件共50页哦l最大气泡压力法：1.5 液体表面张力的测定第43页，此课件共50页哦l滴重法：1.5 液体表面张力的测定第44页，此课件共50页哦lHarkins修正：1.5 液体表面张力的测定第

10、45页，此课件共50页哦l吊环法：1.5 液体表面张力的测定第46页，此课件共50页哦Harkins校正因子：1.5 液体表面张力的测定第47页，此课件共50页哦l吊板法：1.5 液体表面张力的测定第48页，此课件共50页哦 平板插入液体中后，会产生毛细升高现象。设h为液面升高端点离水平液面的距离，为接触角，则根据Laplace公式:1.5 液体表面张力的测定第49页，此课件共50页哦作 业1.为什么有云未必成雨？如何使云变成雨？试用Kelvin公式说明之。2.20C时汞的表面张力4.85101 Nm1，求在此温度及101.325 kPa 的压力下，将半径r11mm的汞滴分散成半径r 2110-5 mm的微小汞滴至少需要损耗多少功？第50页，此课件共50页哦