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第八章 表面现象及分散体系 本章主要阐明相表面分子与相内部分子在性质上的差异，以及由此而在气-液、气-固、液-固等各种相界面上发生的一系列现象。 同时还阐明物相高度分散后形成的具有巨大相界面的分散系统的性质，主要是溶胶系统的超微不均匀性以及由此产生的动力、光学、电学性质。 第八章 表面现象及分散体系 概述 分散系统（dispersed system）:通常由两类物质相构成： （1）分散相（dispersed phase）:被分散的物质； （2）连续相（dispersing medium）:分散介质，即分散相所处的介质。 分散相颗粒越小，分散度越大，比表面越大，其总表面积越大，相应的表面Gibbs自由能亦越大，从热力学观点看，这类系统也越不稳定，必然会引起系统的物理性质，如蒸气压、沸点、熔点、溶解度等的变化，进而出现过冷、过热、过饱和、化学活性改变等表面现象。 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。 纳米材料的表面效应　　纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。 向火箭固体燃料中加入0.5％纳米铝粉或镍粉，可使燃烧效率提高10％—25％，燃烧速度加快数十倍。 美国田纳西州橡树岭国家实验室的科学家通过研究后发现：可以以纳米金属作为汽车发动机的燃料。实验室的戴夫·比奇博士认为，纳米铁、铝、硼都可以用作新的替代能源。 在试验中，研究人员发现直径50nm的铁颗粒微米级铁颗粒更容易燃烧：加热到250度，或者仅仅是一个火花就可以点燃。 纳米Fe： ——吸波材料。金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光—红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。 ——纳米导向剂。纳米铁具有磁性，以其为载体制成导向剂，可使药物在外磁场的作用下聚集于体内的局部，从而对病灶进行高浓度的药物治疗，特别适于癌症、结核等有固定病灶的疾病。 关于?的几点说明： （1）?的物理意义 比表面自由能：增加单位表面积引起系统Gibbs 自由能的增量；或者单位表面积上的分子比相同数量的内部分子“超额的”Gibbs自由能。 比表面功：每增加系统一个单位表面积所需作的可逆非体积功，又称“比表面功”。 表面张力：在相表面的切面上，垂直作用于单位长度的相边界的一种表面紧缩力。 （2）?的单位 表面自由能：J·m-2 表面张力：N·m-1 （3）?是强度性质 表面自由能：标量 表面张力：矢量 因此，表面自由能与表面张力物理意义不同，所用单位不同，但数值相同，量纲也相同。 关于上式的说明： 这是考虑了表面功的热力学基本方程。 ?dA项是考虑了系统表面功后增加的一项。 表面自由能的广义定义： 讨论： （1） ，附加压力的方向指向曲率中心 （2）平面：?P=0 （3） 若液面不是球形的，则公式为： （4）应强调指出，由于表面紧缩力总是指向曲面的球心，球内的压力一定大于球外。 2、用如下实验装置可以验证Laplace方程的正确性。在半径相同的毛细管两端分别吹出一大一小两个气泡，中间为两通活塞K。当旋转活塞K使左右两管相通，你会发现什么现象？ 演示 讨论： （1）液滴半径越小，其饱和蒸气压越大。 （2） （3）过热液体的形成原因 （4）（P392习题8）固体溶解度与颗粒大小的关系： 过饱和蒸气形成原因 如果蒸气中不存在任何可以作为凝结中心的粒子，则它可以达到很大的过饱和度而水不会凝结出来，因为此时水蒸气的压力虽然对水平液面来说已经是过饱和了，但对于将要形成的液滴来说，则尚未饱和，因此小液滴难以形成。 讨论：接触角公式如何推导？ 根据力平衡原理： 液体的铺展 讨论： （1）铺展可以是在液—固间或液—液间发生。 （2）铺展的本质：单位面积的液-固界面取代了单位面积的气-固界面并产生了单位面积的气-液界面。 结论： （1）一定温度下，毛细管越细，液体密度越小，液体对管壁的润湿性越好，液体表面张力越大，则液体在毛细管中上升得越高； （2）表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本原因，而毛细现象是弯曲液面具有附加压力的根本原因。 讨论： （1）? 为接触角。对润湿性液体如水，? 90?，cos ? 0，毛细上升；对不润湿性液体如水银，? 90?，cos ? 0，毛细下降。 （2）若液面上方不是气体，而是另一种与其不互溶的液体，则情况又如何？