膠體與界面化學2

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1、膠體與界面化學導論（二）—環(huán)境工程專業(yè)復習：膠體化學與界面化學的相關性◆膠體的基本特性：特有的分散程度、多相性、聚結不穩(wěn)定性◆研究物質(zhì)的界面特性——界面化學表面張力、表面能、表面現(xiàn)象及其應用等◆研究一群質(zhì)點所構成的分散體系的性質(zhì)——膠體化學動力性質(zhì)、電性質(zhì)、光學性、流變性質(zhì)及其應用；膠體的聚結與穩(wěn)定性等第二章界(表)面現(xiàn)象Fundamentalsofinterface(surface)chemistryGL兩相界面處的分子具有特殊的性質(zhì)比表面A總：體系的總表面積，V：體系的體積m：體系的質(zhì)量一、什麼是界(表)面化學對具有巨大表面積的分散體

2、系，界面分子的特殊性對體系性質(zhì)的巨大影響不能忽略界面化學：在分子（原子）尺度上研究界面上的物理和化學過程的科學液體－氣體固體－氣體表面（surface)液體－液體液體－固體固體－固體界面（interface)二、表面化學與其他學科的聯(lián)系表面化學生命科學（生物膜及膜模擬化學）能源科學（三次采油、煤的液化、化學電源）材料科學（超細材料、材料的表面改型）信息科學（LB膜，微電子器件）三、界面化學的發(fā)展和現(xiàn)狀1805T.Young提出界面張力概念1806P.S.Laplase表面張力與曲率半徑關系1878Gibbs表面吸附方程1916Langmui

3、r固體吸附等溫方程式表面與界面化學雖是物理化學的傳統(tǒng)研究領域，但由于電子能譜、掃描隧道顯微鏡等新的實驗技術的出現(xiàn)，使得表面、界面效應及粒子尺寸效應的知識呈指數(shù)上升式的積累，提出了在分子水平上進行基礎研究的要求。當前涉及這一領域的研究已成為催化、電化學、膠體化學的前沿課題，并與生命科學、材料科學、環(huán)境科學、膜技術及醫(yī)藥學密切相關，是這些相關學科要研究和解決的核心課題之一。2.1比表面Gibbs函數(shù)和表面張力Gibbsfunctionofspecificsurfaceandsurfacetension1.表面分子的受力和能量狀態(tài)GL液體表面的分

4、子受到指向液體內(nèi)部的合力作用.液體表面分子比內(nèi)部分子具有更高的能量表面的原子、分子和內(nèi)部的原子分子是一樣的嗎？表面分子分子受到的作用力不對稱，有一邊的力場沒有得到滿足。表面所以會有與內(nèi)部不同的性質(zhì)，原因在與此。一杯水水空氣一杯花生油花生油水碳2.(比)表面Gibbs函數(shù)Gibbsfunctionofspecificsurface在等溫等壓的條件下,可逆地增加單位表(界)面積所做的功,稱為表(界)面功。γ：在等溫等壓且體系所含物質(zhì)的量不變的條件下，增加單位表（界）面積所引起體系Gibbs函數(shù)的增--(比)表(界)面Gibbs函數(shù)dG=-SdT

5、+Vdp+ΣμBdnB-δw’δw’=-γdA表面熱力學基本關系式比表面內(nèi)能比表面Gibbs函數(shù)比表面Helmholtz函數(shù)比表面焓比表面能γ：單位表面積表面層的分子比體系內(nèi)部同樣數(shù)量的分子所高出的能量值。3.表（界）面張力surface(interface)tension表(界)面張力是平行于表面且垂直作用于表面上單位長度線段上的表面緊縮力。(比)表面Gibbs函數(shù)和表面張力在數(shù)值上是相等的關于表面張力（1）表面張力是由于處于表面層的分子受到“凈吸力”的作用而產(chǎn)生的與表面相切，與“凈吸力”相互垂直，引起液體表面自動收縮的力（2）表面張力與

6、表面吉布斯自由能是同一數(shù)值的二個不同概念，前者從力學角度，而后者從能量角度討論界面所存在現(xiàn)象（3）表面張力是物質(zhì)的自然屬性，與溫度、壓力、組成以及共存的另一相有關4.影響純物質(zhì)的γ的因素(1)物質(zhì)本身的性質(zhì)（極性液體比非極性液體大，固體比液體大）(2)與另一相物質(zhì)有關γ/(Nm-1)水----正庚烷0.0502苯0.0350汞0.415純液體的表面張力是指與飽和了其本身蒸汽的空氣之間的界面張力。SolidNaAgNaClMgO石蠟聚乙烯云母γ/(Nm-1)0.2000.8000.1901.2000.025.40.033.12.400大多數(shù)固

7、體比液體具有更高的表面能固體的表面張力(3)與溫度有關對絕大多數(shù)液體T↑,γ↓R-S方程Tc：臨界溫度Vm：液體的摩爾體積k：經(jīng)驗參數(shù)，對非締合的非極性液體k≈2.2×10-7JK-1Guggenheim方程γ0，n：經(jīng)驗參數(shù)，對有機液體，n=11/9，對金屬，n≈1但對Cd,Fe,Cu合金及一些硅酸鹽液體，T↑γ↑。（4）壓力對表面張力的影響改變氣相分子的密度氣體分子在液體表面的吸附及在液體內(nèi)部的溶解壓力增大，界面張力降低。一般每增加10atm，界面張力約降1mN/m碳粉◆如何證明表面張力的存在？◆如何證明表面張力與溫度有關？放大鏡聚焦陽

8、光，照射碳粉，會又什么現(xiàn)象發(fā)生？竹管吹泡泡，發(fā)生什么現(xiàn)象？具有巨大比表面的體系具有巨大的表面能，是熱力學不穩(wěn)定體系，例如：將1g水分割成半徑為1nm的小水滴，表面積為3000m2