第三讲表面热力学及动力学要点分析.ppt

第三讲 表面热力学及动力学 一 表面热力学 1.液体的表面张力和表面自由能 表面张力的概念： 促使液体表面收缩的力 液体表面相邻两部分之间，单位长内互相牵引的力。 表面张力σ F= σL 表面自由能σ dW= σdA 液态表面能与表面张力在数学上是相等的。 不同晶面作表面时，断键数目不同，因而表面自由能不同。 2.固体的表面张力和表面自由能 固体相对液体的特点： （1）具有各向异性。 （2）表面能的增加不仅与表面大小有关，还与涉及到的表面断键密度有关。 影响固体表面自由能的因素： （1）温度升高，表面能降低。 （2）晶体取向不同，表面能也不同。 固体表面能影响表面润湿、表面吸附等表面过程。 3.表面吸附 吸附作用是固体表面最重要的特征之一。 固体作为吸附剂，被吸附的分子称为吸附物。 表面吸附可分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附和化学吸附的区别： （1）物理吸附的固体表面与被吸附分子之间不发生电子的转移，它们之间靠范德华力结合。而化学吸附的吸附原子与固体表面原子之间有电子的转移，二者靠化学键力结合。 （2）物理吸附对温度很敏感，提高温度容易解吸，所以物理吸附是可逆的。从热力学角度讲，化学吸附的自由能减小要比物理吸附大得多，状态更稳定，而且是不可逆的过程。 吸附的基本特性： 化学吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面发生化学反应转化成化学吸附，结合牢固并不可逆。如氢在镍表面的吸附。 4．润湿现象及机理 液体在固体表面上铺展的现象，称为润湿。 （1）亲水物质 能被水润湿的材料，如玻璃、石英等； （2）疏水材料 不能被水润湿的物质，如石蜡、石墨等。 机理 二 表面动力学 1.晶格中原子的热振动 振动是原子热运动的本质。 振动破坏了晶格的空间周期规律性。对固体的热容、电阻、热膨胀有影响。 2.表面原子的热振动 表面振动局域在表面层，具有一定的振动模式。 表面结构呈现点阵畸变，此外，晶体表面具有无限的二维周期性点阵结构。 2.表面扩散 扩散指原子、离子或分子因热运动而发生的迁移。 * * 主要内容 表面热力学 表面动力学