表面吉布斯自由能和表面张力.pptx

3.1表面吉布斯自由能和表面张力

v表面和界面

v界面现象的本质

v比表面

v分散度与比表面

v表面功

v表面自由能

v表面张力

v界面张力与温度的关系

v影响表面张力的因素

表面吉布斯自由能和表面张力

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。

在一个非均匀的体系中,至少存在着两个性质不同的相。两相共存必然有界面。可见，界面是体系不均匀性的结果。

一般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。

一、表面和界面(surfaceandinterface)

表面吉布斯自由能和表面张力

1.1表面和界面(surfaceandinterface)

几点说明：

1、严格讲，界面是“界”而不是“面”。因客观存在的界面是物理面而非几何面，是一个准三维的区域。

2、目前，常用于处理界面的模型有两种：一为古根海姆(Guggenheim）模型。其处理界面的出发点是：界面是一个有一定厚度的过渡区，它在体系中自成一相—界面相。界面相是一个既占有体积又有物质的不均匀区域。该模型能较客观地反映实际情况但数学处理较复杂。另一个模型是吉布斯（Gibbs）的相界面模型。该模型认为界面是几何面而非物理面，它没有厚度，不占有体积，对纯组分也没有物质存在。该模型可使界面热力学的处理简单化。

表面吉布斯自由能和表面张力

表面和界面(surfaceandinterface)

1.气-液界面

表面吉布斯自由能和表面张力

表面和界面(surfaceandinterface)

2.气-固界面

表面吉布斯自由能和表面张力

表面和界面(surfaceandinterface)

3.液-液界面

表面吉布斯自由能和表面张力

表面和界面(surfaceandinterface)

4.液-固界面

表面吉布斯自由能和表面张力

表面和界面(surfaceandinterface)

5.固-固界面

表面吉布斯自由能和表面张力

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。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。

二、比表面（specificsurfacearea）

表面吉布斯自由能和表面张力

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）

1×10-9

1021

6×109

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。

分散度与比表面

表面吉布斯自由能和表面张力

6×102

6×103

6×107

6×105

1×10-2

1×10-3

1×10-7

1×10-5

1015

103

109

1

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。如铂黑电极及多孔电极由于其表面积较大，电流密度小，因而极化小；再如，

由超细微粒制备的催化剂由于具有很高的比表面因

而催化活性较普通催化剂高；此外，将药物磨成细粉以提高药效、将金属做成超细微粒以降低熔点都说明了超细微粒具有独特的表面效应。

表面吉布斯自由能和表面张力

从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。

分散度与比表面

例题

例1、将1g水分散成半径为10-m的小水滴（视为球形），其表面积增加了多少倍？

解：对大水滴

对小水滴

表面吉布斯自由能和表面张力

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，其作用力不能相互抵销，因此，界面层分子由于其处在一不均匀对称的力场会显示出一些独特的性质。

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。

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(各向同性)；

表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。

三、表面张力与表面自由能

表面吉布斯自由能和表面张力

液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。

最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。

界面现象的本