表面熱力學(xué)基礎(chǔ)

關(guān)于表面熱力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函第2頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函第3頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函=F/2L(N/m),=dW/dA(J/m2)LdAxdxF第4頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函表面Gibbs函G

恒溫、恒壓、組成不變的情況下：第5頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函

比表面Gibbs函Gs，單位面積的Gibbs函，單位為J/m2：第6頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函G與G的關(guān)系第7頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函二、溫度、壓力對(duì)表面張力的影響T對(duì)的影響第8頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1表面張力與表面Gibbs函p對(duì)的影響物性對(duì)表面張力的影響物質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間的作用力接觸氣相的本質(zhì)第三種物質(zhì)第9頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2表面體系的熱力學(xué)平衡一、Gibbs表面熱力學(xué)表面相模型第10頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第11頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Gibbs-Duhem公式1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第12頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Gibbs吸附公式吸附量的定義1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第13頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Gibbs吸附公式1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第14頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

的意義

表示單位面積上吸附溶質(zhì)的過(guò)剩量，(mol/cm2)

為正，為正吸附，溶質(zhì)的表面濃度大于本體濃度，即稱為表面超量；為負(fù)，則為負(fù)吸附，溶質(zhì)的表面濃度小于本體濃度，叫做表面虧量。

1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第15頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、Guggenheim的表面熱力學(xué)有厚度表面相模型1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第16頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有厚度表面相的G-D公式其中：1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第17頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二組分雙體相的i與i的關(guān)系1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第18頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多組分單表面相的Guggenheim等溫式1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第19頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、Gibbs和Guggenheim兩種方法的一致性Gibbs規(guī)定中的不變量

根據(jù)G-D公式：1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第20頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Guggenheim規(guī)定中的不變量1.2表面體系的熱力學(xué)平衡第21頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3表面體系的相律分析一、彎曲表面的相平衡條件熱平衡化學(xué)反應(yīng)平衡第22頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月力平衡相間化學(xué)勢(shì)平衡1.3表面體系的相律分析第23頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、幾個(gè)力平衡實(shí)例分析空氣中的水滴液體中的氣泡1.3表面體系的相律分析第24頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、表面體系的相律彎曲表面的相律

f=K-(g-S)+1f：獨(dú)立變數(shù)；K=K-R，K

：物種數(shù)；S：界面品種數(shù)；：體相數(shù)；R：獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)數(shù)；g：表面相數(shù)。1.3表面體系的相律分析第25頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月平面表面的相律體系中有曲面也有平面的相律分析排除現(xiàn)象與表面相律1.3表面體系的相律分析第26頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)一、Kelvin公式Kelvin公式的推導(dǎo)第27頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Kelvin公式的討論rL0，pr>p0，說(shuō)明當(dāng)有液滴形成的時(shí)候，p氣

>p飽，pr/p0叫做過(guò)飽和度；液體中形成氣泡條件和逸出條件：平面時(shí)，rg，在表面h=0，其對(duì)應(yīng)液體正常沸點(diǎn)。1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第28頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月曲面時(shí)，若rg很小，pg=p外，液體不能蒸發(fā)，升溫提高氣相壓力后，滿足氣相生成和逸出條件后，才能逸出。此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為T(mén)b，叫過(guò)熱度。1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第29頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)水滴半徑10-510-610-710-810-9pr/p01.00011.0011.0111.1142.95293K時(shí)水的蒸汽壓與水滴半徑的關(guān)系第30頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)例一：p外=101325Pa，T=100oC，水的飽和蒸汽壓為p0=101325Pa，=58.8510-3N/m，若首先產(chǎn)生氣泡半徑rg=110-8，問(wèn)氣泡能否逸出？第31頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)例二：兩個(gè)肥皂泡如圖1-16聯(lián)接，開(kāi)始時(shí)聯(lián)通器閥門(mén)關(guān)閉。若r1<r2，當(dāng)打開(kāi)閥門(mén)后將產(chǎn)生什么現(xiàn)象？第32頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、Young-Laplace公式曲率半徑的數(shù)學(xué)概念1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第33頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月任意曲面的微小位移微分OO'r1r2QQ'AA'BCB'C'DD'y+dydzxx+dxy1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第34頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Young-Laplace公式1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第35頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Laplace公式的討論球面：液體中的球形氣泡：1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第36頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

氣泡膜：對(duì)膜內(nèi)：對(duì)膜外：1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第37頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圓柱面：

平面：馬鞍形1.4表面現(xiàn)象和亞穩(wěn)態(tài)第38頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月毛細(xì)管法

1.5液體表面張力的測(cè)定第39頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

平板插入液體中后，會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)升高現(xiàn)象。設(shè)h為液面升高端點(diǎn)離水平液面的距離，為接觸角，則根據(jù)Laplace公式:1.5液體表面張力的測(cè)定第40頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月液體不完全浸潤(rùn)管壁時(shí)：液體與毛細(xì)管管壁完全浸潤(rùn)時(shí)：-液氣兩相密度差h-凹月面底部距平液面的高度r-毛細(xì)管半徑毛細(xì)常數(shù)：1.5液體表面張力的測(cè)定第41頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Rayleigh級(jí)數(shù)近似法修正：

a=r(h+r/30.1288r2/h+0.1312r3/h2)Suden數(shù)據(jù)逼近法：

(1)由毛細(xì)升高法測(cè)得毛細(xì)管半徑和毛細(xì)上升高度h；

(2)由求出毛細(xì)常數(shù)的一級(jí)近似值a1；

(3)求r/a1，查表得r/b，從而得到b值；

(4)由求出毛細(xì)常數(shù)的二級(jí)近似值a2；

(5)重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，直至a值恒定；

(6)由，求出。1.5液體表面張力的測(cè)定第42頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最大氣泡壓力法：1.5液體表面張力的測(cè)定第43頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滴重法：1.5液體表面張力的測(cè)定第44頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Harkins修正：1.5液體表面張力的測(cè)定第45頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吊環(huán)法：1.5液體表面張力的測(cè)定第46頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Harkins校正因子：1.5液體表面張力的測(cè)定第47頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吊板法：1.5液體表面張力的測(cè)定第48頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

平板插入液體中后，會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)升高現(xiàn)象。設(shè)h為液面升高端點(diǎn)離水平液面的距離，為接觸角，則根據(jù)Laplace公式:1.5液體表面張力的測(cè)定第49頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)為什么有云未必成雨？如何使云變成雨？試用Kelvin公式說(shuō)明之。20C時(shí)汞的表面張力＝4.85101Nm1，求在此溫度及101.325kPa的壓力下，將半徑r1＝1mm的汞滴分散成半徑r2＝110-5mm的微小汞滴至少需要損耗多少功？第50頁(yè)，課件共53頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)水蒸氣迅速冷卻至25℃時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)飽和現(xiàn)象。已知25℃時(shí)水的表面張力＝71.97mNm-1，當(dāng)過(guò)飽和水蒸氣壓為水的平衡蒸氣壓的4倍時(shí)，試求算：

(a)在此過(guò)飽和情況下、開(kāi)始形成水滴的半徑；