第三講表面熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)

1、第三講第三講 表面熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)表面熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一表面熱力學(xué)表面熱力學(xué)二二表面動(dòng)力學(xué)表面動(dòng)力學(xué)一 表面熱力學(xué)表面熱力學(xué)1.1.液體的表面張力和表面自由能液體的表面張力和表面自由能 表面張力的概念：表面張力的概念： 促使液體表面收縮的力促使液體表面收縮的力 液體表面相鄰兩部分之間，單位長(zhǎng)內(nèi)互相牽引的力。液體表面相鄰兩部分之間，單位長(zhǎng)內(nèi)互相牽引的力。 表面張力表面張力F= F= L L 表面自由能表面自由能dWdW= = dAdA液態(tài)表面能與表面張力在數(shù)學(xué)上是液態(tài)表面能與表面張力在數(shù)學(xué)上是相等相等的。的。2.2.固體的表面張力和表面自由能固體的表面張力和表面自由能 固體相對(duì)液體

2、的特點(diǎn)：固體相對(duì)液體的特點(diǎn)： （1 1）具有各向異性。）具有各向異性。 （2 2）表面能的增加不僅與表面大小有關(guān)，還與涉）表面能的增加不僅與表面大小有關(guān)，還與涉及到的表面斷鍵密度有關(guān)。及到的表面斷鍵密度有關(guān)。影響固體表面自由能的因素：影響固體表面自由能的因素：（1 1）溫度升高，表面能降低溫度升高，表面能降低。（2 2）晶體取向不同，表面能也不同晶體取向不同，表面能也不同。固體表面能影響表面潤(rùn)濕、表面吸附等表面過(guò)程。固體表面能影響表面潤(rùn)濕、表面吸附等表面過(guò)程。3.3.表面吸附表面吸附吸附作用是固體表面最重要的特征之一。吸附作用是固體表面最重要的特征之一。固體作為吸附劑，被吸附的分子稱為吸附物。

3、固體作為吸附劑，被吸附的分子稱為吸附物。表面吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。表面吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。 物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別：物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別：（1 1）物理吸附的固體表面與被吸附分子之間不發(fā)生電子物理吸附的固體表面與被吸附分子之間不發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，它們之間靠的轉(zhuǎn)移，它們之間靠范德華力范德華力結(jié)合。而化學(xué)吸附的結(jié)合。而化學(xué)吸附的吸附原子與固體表面原子之間有電子的轉(zhuǎn)移，二者吸附原子與固體表面原子之間有電子的轉(zhuǎn)移，二者靠靠化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力結(jié)合。結(jié)合。（2 2）物理吸附對(duì)溫度很敏感，提高溫度容易物理吸附對(duì)溫度很敏感，提高溫度容易解吸，所以解吸，所以物理吸附是物理吸附是可逆的可逆的。

4、從熱力學(xué)角度講，化學(xué)吸附的。從熱力學(xué)角度講，化學(xué)吸附的自由能減小要比物理吸附大得多，狀態(tài)更自由能減小要比物理吸附大得多，狀態(tài)更穩(wěn)定穩(wěn)定，而，而且是且是不可逆不可逆的過(guò)程。的過(guò)程。 吸附的基本特性吸附的基本特性： 化學(xué)吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面化學(xué)吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成化學(xué)吸附，結(jié)合牢固并不可逆。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成化學(xué)吸附，結(jié)合牢固并不可逆。如氫在鎳表面的吸附。如氫在鎳表面的吸附。4 4潤(rùn)濕現(xiàn)象及機(jī)理潤(rùn)濕現(xiàn)象及機(jī)理 液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤(rùn)濕。液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤(rùn)濕。 （1 1）親水物質(zhì)親水物質(zhì) 能被水潤(rùn)濕的材料，如玻璃、石英

5、等；能被水潤(rùn)濕的材料，如玻璃、石英等； （2 2）疏水材料疏水材料 不能被水潤(rùn)濕的物質(zhì)，如石蠟、石墨等。不能被水潤(rùn)濕的物質(zhì)，如石蠟、石墨等。機(jī)理機(jī)理二 表面動(dòng)力學(xué)表面動(dòng)力學(xué)1.1.晶格中原子的熱振動(dòng)晶格中原子的熱振動(dòng) 振動(dòng)振動(dòng)是原子熱運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。是原子熱運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。 振動(dòng)破壞了晶格的空間周期規(guī)律性。對(duì)固體的熱容、振動(dòng)破壞了晶格的空間周期規(guī)律性。對(duì)固體的熱容、電阻、熱膨脹有影響。電阻、熱膨脹有影響。2.2.表面原子的熱振動(dòng)表面原子的熱振動(dòng) 表面振動(dòng)局域在表面層，具有一定的振動(dòng)模式。表面振動(dòng)局域在表面層，具有一定的振動(dòng)模式。 表面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)表面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣畸變，此外，晶體表面具有無(wú)限的，此外，晶體表面具有無(wú)