物理化学 第七章 表面现象

物理化学 第七章 表面现象，表面张力和弯曲液面的性质

第七章 表面现象

• 7.1 表面Gibbs自由能与表面张力
  • 1. 表面积
    • 分散度越高，比表面积也越大（表面效应越显著）
      • 电子导体
        • 如金属、石墨及某些金属化合物。 特点：靠自由电子的定向运动而导电、在导电过程中不发生化学变化、温度升高电阻增大
      • 离子导体
        • 靠离子的定向运动导电、导电过程中有化学反应、温度升高电阻下降、导电总量分别由正负离子分担
  • 2. 表面Gibbs自由能
    • 定义：指等温、等压、保持组成不变的条件下，可逆地增加单位表面积时，系统Gibbs自由能的增值。
    • 影响因素
      • ① 与界面组成有关
      • ② 与温度有关
      • ③ 与压力有关
  • 3. 表面张力
    • 产生的原因：表面层分子之间相互作用力的不对称性引起的。
    • 定义：沿着与表面相切，垂直作用于表面上任意单位长度上的表面紧缩力。
    • 实质：紧缩力，使面积减少的紧缩力。
    • 影响因素
      • ① 与物质本性有关：金属键＞离子键＞极性键＞非极性键
      • ② 与共存的另一相有关
      • ③ 与温度有关：温度↑，表面张力↓
      • ④ 与压力有关：压力↑，表面张力↓
      • ⑤ 与溶液的组成有关
  • 4. 表面Gibbs能与表面张力的异同点
    • 共同点
      • ① 都反映了表面分子受力不均匀的情况；
      • ② 两者单位不同，量纲相同；
      • ③ 两者的数值相同，通常用同一符号表示。
    • 不同点
      • ① 两者的物理意义不同。
• 🌼7.2 弯曲液面的性质
  • 1.弯曲液面的附加压力
    • 1.1 弯曲液面的附加压力
      • 平面液体（p平 = p0）
        • 沿小面积AB周边各方向的表面张力，大小相等，方向相反。
      • 凸液面（p凸 = p0 +△p）
        • 凸液面下分子受到的压力＞外部压力
      • 凹液面（p凹 = p0 - △p ）
        • 凹液面下分子受到的压力＜外部压力
    • 1.2 杨-拉普拉斯公式
      • 适用于球形液面，△p方向永远指向球心
      • 方程表达式：
      • 解释：为什么自由液滴和气泡都呈球形？
        • 答：不同附加压力的合力最终使液滴成球形，合力为零，相互抵消。
    • 1.3 毛细现象
      • 方程表达式：
      • 形成凹液面，液体上升形成凸液面，液体下降
      • 解释：为什么棉布吸水性更好？
        • 答：棉布纤维有许多毛细间隙而能吸收水。
  • 2.弯曲液面的饱和蒸汽压
    • 2.1 Kelvin公式
      • 方程表达式：
      • 该公式指出了指定温度下液体的蒸气压和曲率半径之间的关系：曲率半径↓，蒸气压变化↑。
    • 2.2 应用实例
      • 喷雾干燥：液滴半径越小，蒸汽压越大，蒸发速度越快，干燥效率越高。
      • 毛细管凝结：土壤由空气中吸收水分；硅胶和分子筛等多孔性物质的干燥作用。
      • 微小晶体的溶解度：晶体颗粒越小，颗粒的溶解度越大。
  • 3.亚稳状态和新相生成
    • 3.1 过饱和蒸气
      • 例：引入凝结中心使液滴核心生成, 减轻过饱和程度(如人工降雨)
    • 3.2 过热液体
      • 例：加沸石或搅拌防止暴沸
    • 3.3 过冷液体
      • 例：投入新晶种或加强搅拌。
    • 3.4 过饱和溶液
      • 例：采用投入晶体种子的方法获得较大颗粒的晶体。