表面化学基础.ppt

颗粒细化，表面原子数与颗粒原子数之比 一.表面能和表面张力 1 .表面能 表面的原子比其内部键合“邻居”少（具有不饱和键）， 键合可以降低势能，也就是说表面比内部有多余能量 叫表面能。单位：J/m2(焦耳/平方米）,或erg/cm2（尔格/平方厘 米） 在热力学上，表面能 可定义为： ? =(?G/ ?A)P.T.Ni (G是Gibbs自由能；A是面积；P为压力；T是温度， Ni是体系物种数。） 也就是说，表面能可认为是增加新表面时，自由能的增加。 所以表面能又可以定义为：形成单位新表面时所做的功。 2.表面张力 表面上存在一种力图缩小表面积的力，方向向着表面内 部且垂直表面边界线 叫表面张力。单位：N/m(牛顿/米）, 或dan/cm（达因/厘米）。(表面张力是表面的性质，不受弹性 张力影响，不能和弹性张力所混。) 所以,表面张力也可以定义为：形成单位表面做功时， 单位长度上克服的力。 3.表面能和表面张力的关系 让我们看下面一个液体膜: 表面能和表面张力不但数值相等，用g、cm、s制时， 单位也相等。只不过是一个问题的两种提法。 但固体时则不一样。由于固体中原子间的结合力， 固体能承受剪切应力，表面张力不足以使其变形。当 加外力时，除增加表面积外，还会有一部分变成塑性 形变。表面张力和表面能是不相同的。 ? 固体的表面张力是通过向表面增加原子，以建立 新表面时所做的可逆功来定义的。 ? 晶体的表面张力随表面的结晶方向而变化。最稳 定的是自由能低的那些面，它们一般是最密堆积。 ? 当吸附离子、原子或分子时，可能会改变表面张 力（表面能）。 陶瓷的表面张力一般不是很准确，这和测量以 及纯度问题有关。一般有： 聚合物< 100mN/m，氧化物 100~2000mN/m 氮化物≥1000mN/m 表面张力（表面能)和温度有关，如水： 0oC时 76 mN/m， 20oC时 73 mN/m， 68oC时 68 mN/m， 表面能随温度升高而减小，为什麽？  二.表面张力在弯曲面产生压差 由于表面张力的作用，球状液滴 有缩小表面积和自身体积而使能 量降低的倾向，所以内压有一增 值△P （如图） ，根据平衡的原 理，球状液滴(或是一个固体粒子) 同样也受到大小相同但方向相反 （是向着内部的） △P。 这个△P可从下式得出: △P×dV= ? ×dA (收缩功＝表面能降低） dV= 4/3π(r ＋dr)3 – 4/3πr3≈ 4πr2 ×dr △P×4πr2 ×dr＝ ? × [4π(r ＋dr)2 - 4πr2 ] dr很小,可以略去(dr)2项,近似可得: △P×4πr2 ×dr ＝ ? × 8πr × dr ∴ △P＝2 ?/r 上面的式子是Laplace方程式△P＝?（1/r1 ＋ 1/r2） 的特例。r是曲率半径，凸面的r为正，凹面的r为负。 也就是说，所有曲率半径为r的物体（粒子），因为 表面张力的作用都受到一个△P, 且有: 不难看出,粒子越小，所受△P越大； 同样，化学位也和表面能和曲率有如下关系,即： 凯尔文（Kelvin）方程式也可用于