表面化学和胶体化学
胶体与固体表面化学
在扩散方向上某一位置的浓度c随时间t的变化率存在
以下偏微分Leabharlann 系：c D 2Ct
x2 （1.10）
式（1.10）由(1.9)式演变而来
那么由Fick第一定律，即式(1.9)可得：
D=-
dm
A(dc / dx)dt
扩散系数：
单位浓度梯度、单位时间内通过单位界面积扩散的物质量。 一些简单体系的扩散系数可以从化工手册上查阅，稍微复杂体系
绪论
一、概述 胶体化学是胶体与界面化学的简称，
是物理化学的一个分支科学，或者说 是一个专业方向。既涉及物理，又覆 盖着化学，因此应用非常广泛。
§1.1 胶体的运动性质
胶体的运动性质包括：分散相沉降与扩散
对于制备或破坏胶体非常重要
例如： 牛奶或丙烯酸酯乳液，沉降与扩散涉及体系稳定性； 云，人工降雨，涉及破坏胶体稳定性问题； 雾，气溶胶—胶体体系。
Chapman模型;1924年，Stern模型。
1 Stern模型
Stern层：在胶体表面因静电引力和引力而吸附 的一层反离子，紧贴在胶体表面形成一个紧密 固定的吸附层。Stern层的厚度有反离子的大小 而定。
Stern面：吸附反离子的中心构成的面。 Stern电势：Stern面上的电势Ψ8。在Stern层内，
在溶液中，通常阳离子的水化能力比阴离子强，所以 胶粒带负电的可能性比较大。 （b）凡是与胶粒具有相同元素的离子优先被吸附. 如 AgI胶体的制备过程中：AgNO3过量,优先吸附Ag+ 带正电；KI过量，则优先吸附I-而带负电。
“电势决定离子”：被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度
直接影响胶粒的表面电势。
射仪）
§1.2 胶体的光学性质
2 第二章 表面化学与胶体化学
W = －σ△S △
的物理意义： σ的物理意义：在恒温恒压下增加单位表面积 所引起的系统能量的增量。 所引起的系统能量的增量。 σ也就是单位表面积上的分子比相同数量的内 部分子多余的能量， 部分子多余的能量，称σ为比表面能或比表面自由 焓， 单位： 单位：J· m－2
2 表面张力
－W=F△x=σA=σ2l△x
气凝胶： 气凝胶：固体也能轻如烟
美国国家宇航局研制出的一种新型气凝胶， 美国国家宇航局研制出的一种新型气凝胶，由于 密度只有每立方厘米3毫克 日前已经作为“ 毫克， 密度只有每立方厘米 毫克，日前已经作为“世界上密 度最低的固体”正式入选《吉尼斯世界纪录》 度最低的固体”正式入选《吉尼斯世界纪录》。 这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻( 这种气凝胶呈半透明淡蓝色 ， 重量极轻 (最轻的固 体)，因此人们也把它称为“固态烟”。 ，因此人们也把它称为“固态烟”
A
分子吸附： 分子吸附：是指固体吸附剂对溶液
中的非电解质或弱电解质分子的吸附。 中的非电解质或弱电解质分子的吸附。
这类吸附与溶质、 这类吸附与溶质、溶剂及固体吸附剂三者的 性质都有关。遵循的原则是所谓的“相似相吸 性质都有关。遵循的原则是所谓的“ 原 理”。即极性的吸附剂容易吸附极性的溶质或 溶剂； 溶剂；非极性的吸附剂容易吸附非极性的溶质 或溶剂。 或溶剂。
1g水滴分散成直径 水滴分散成直径2nm的小水滴 ， 的小水滴， 水滴分散成直径 的小水滴 总面积为原来的625万倍，增加的能量可 万倍， 总面积为原来的 万倍 将这1g水的温度升高 ℃ 将这 水的温度升高50℃。 水的温度升高 同一体系， 其分散度越大， 同一体系 ， 其分散度越大 ， 其表面 能越大。 能越大。
⊙ 胶体分散系统 分散相粒子直径在1 之间的体系。 分散相粒子直径在 nm~100 nm之间的体系。 之间的体系 目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。 目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。
物理化学中的表面现象与胶体化学
物理化学中的表面现象与胶体化学物理化学是一门探讨物质性质变化及相关规律的学科。
与之相关的表面现象和胶体化学则是物理化学领域中一项重要的分支。
本文将从表面现象和胶体化学两个方面入手，探讨它们的基本概念、相关应用和研究意义。
一、表面现象观察一个物体，我们会发现它的表面是与外界直接接触的部分。
因此，表面现象是物质研究中一种极其普遍和重要的现象。
表面现象是指两种或两种以上介质相接触时，有特殊性质的现象出现。
在物理化学中，表面现象主要包括表面张力、毛细现象和润湿现象。
表面张力是液体表面处由于分子间作用力而表现出来的一种现象。
表面张力较大的液体在容器中形成凸面或水滴状，这种现象称为毛细现象。
液体与固体相接触时，液体能否在固体表面上均匀分布并附着称为润湿现象。
表面现象在自然界和人类生活中都有广泛应用。
例如，水平稳定的大船只是因为水面的表面张力；高楼大厦的毛细管水系统则利用了毛细现象；润滑油、乳液、涂料等都运用了润湿性质。
二、胶体化学胶体化学是涉及无色透明的小粒子（胶体）和它所处的环境之间的相互作用的学科。
胶体是介于小分子和宏观物体之间的一种存在形式，其中粒子的平均大小在1至1000纳米之间。
胶体物理包括多种胶体类型，例如溶胶、凝胶和气溶胶等。
胶体学科研究中的主要问题是如何制备胶体，以及在胶体中所表现出的各种特殊性质。
胶体的制备方法包括溶胶法、凝胶法和胶体化合物分解法等。
在胶体中存在的各种特殊现象包括布朗运动、泡沫现象和重力分选等。
胶体的应用十分广泛，例如在涂料、油墨、胶水、陶瓷、橡胶等方面都得到了广泛的应用。
另外，人类生命活动中的一些基础物质，例如蛋白质、肌肉等，都是以胶体形式存在的。
三、物理化学中的表面现象与胶体化学的关联表面现象与胶体化学之间有着密不可分的联系。
在液态物质中，固液接触面所呈现的动态变化与胶体的形成和演化密切相关。
例如，胶体粒子表面的物理化学特征决定了胶体粒子的成长和聚集行为。
此外，表面现象和胶体化学之间也有着一些实际应用。
表面现象与胶体化学
个系统的表面积为A，其整个表面所多出的能
量为γA，这部分能量称表面能。应该注意的是， γA并非系统表面上的能量，而是表面上的分子
比同量的内部分子所额外超出的能量。
表面现象与胶体化学
表面自由能的热力学定义为 表面自由能的广义定义可理解为相应的特征变 量和组成不变的情况下，每增加单位面积时其 热力学函数的增值；狭义的定义是指在等温、 等压和组成不变时，每增加单位面积时体积吉 布斯自由能的增值。 表面张力和表面自由能意 义不同，单位不同，但两者数值相同，量纲相 同，因此从符号上不再区别。实际上两者只不 过是表面性质的两种不同描述方式，近代表面 化学家倾向于同时接受γ的上面两种解释。
表面现象与胶体化学
这部分的重点在于：从表面张力出发， 理离解和掌握一些基本概念，如YoungLaplace方程及其应用，Kelvien公式及其 对一些压稳平衡的解释，溶液吸附的 Gibbs方程，表面活性物质的结构特征及 其作用。胶体的光学性质、动力性质和 电学性质，ζ电位及胶体的稳定与聚沉。 大分子的一些基本知识和唐南平衡等。 至于固气吸附和多相催化另外专门成章
(2.6.3) 对于液膜构成的气泡，因为有两个表面，所以 泡内的附加压力应为
（2.6.4)
表面现象与胶体化学
根 据 Young-Laplace 方 程 可 知 ， 当 液 体 或 固 体 高度分散成极微小的颗粒之后，颗粒内部的压 力将明显增加，例如在常压下，杯子中水的压
力约为p0，而半径为10-8m的小雾滴的压力高 达144.7 p0，这就是为什么在水溶液体系中不
表面现象与胶体化学
大分子体系只是在粒子大小上与胶体一 致，但它是一种热力学稳定体系，只是 在渗透压等依数性上与胶体相仿，所以 它更有一些不同于胶体的特殊性质。由 于固体表面不平衡力场的存在，固体表 面具有自发地吸附其它物质以降低表面 自由能的倾向，这是多相催化研究的出 发点。因此表面和胶体化学的基础知识 是许多学科发展的基石。
表面及胶体化学知识点归纳
胶体: 指具有高度分散的分散体系（亦是研究对象），分散相可以是一相和多相，粒子大小通常为10－7～10－9m之间.胶体的研究内容：表面现象、分散体系、高分子溶液。
表面能δ：恒温恒压下，可逆地增加单位表面积，环境对体系所做的功，单位J·m-2。
表面张力δ：单位长度液体表面的收缩力，单位N·m-1（或mN·m-1）l aplace方程：球面，则R1=R2=R，ΔP=2σR 柱面，则R1=R，R2=∞，ΔP=σ/R 球形气泡，且R1=R2=RΔP=4σ/R表面过剩：界面相与体相的浓度差。
接触角：固液气三相交点处作气液界面的切线，此切线与固液交界线之间的夹角θ。
Gibbs吸附公式：（双组分体系）固体表面张力：新产生的两个固体表面的表面应力之和的一半。
固体表面能：指产生一平方厘米新表面所消耗的等温可逆功。
Laugmuir理论：假设被吸附分子间无作用力，因而分子脱附不受周围分子的影响。
只有碰撞在空间表面的分子才有可能被吸附（单分子层吸附）。
固体表面是均匀的，各处吸附能相同。
BET理论的基本假设：①固体表面是均匀的，同层分子（横向）间没有相互作用，分子在吸附和脱附时不受周围同层分子的影响。
②物理吸附中，固体表面与吸附质之间有范德华力，被吸附分子间也有范德华力，即吸附是多分子层的。
影响溶液中吸附的因素：吸附剂：溶质、溶剂三者极性的影响；温度：溶液吸附也是放热过程，一般T上升，吸附下降；溶解度：吸附与溶解相反，溶解度越小，越易被吸附；同系物的吸附规律一般随C-H链的增长吸附有规律的增加和减少。
Trube规则；吸附剂的孔隙大小；吸附剂的表面化学性质，同一类吸附剂由于制备条件不同，表面活性相差很大，吸附性能也会有很大差异；混合溶剂的影响，色谱法中使用混合溶剂，洗提效果比单纯溶剂好，若自极性相同的混合溶剂中吸附第三组份，等温线界于两单等温线之间；若自极性不相同的混合溶剂中吸附第三组份，吸附量比任何单一溶剂中少，混合溶剂极性一致或不一致情况不同；多种溶质的混合溶液；9、盐的影响，盐的存在通过影响溶质的活度系数、溶解度、溶质的电离平衡而影响吸附。
胶体与表面面化学
一、溶胶的胶团结构：1胶粒的结构比较复杂，首先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心称为胶核2胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密的吸附层，由于正负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子包围层，从而形成了带有紧密层相同电荷的胶粒3胶粒与扩散层中反号离子形成一个胶团。
二、双电层理论：当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。
1平板型模型2扩散双电层模型3stem模型。
三、溶胶的聚沉：溶胶的稳定具有条件的，一旦稳定条件被破坏，溶胶中的粒子就合并，长大，最后从介质中沉出。
影响因素：电解质、加热、辐射、溶胶本身。
聚沉值：能引起某一溶胶发生明显聚沉所需加电解质的最小浓度。
四、胶凝：一定浓度的溶胶或大分子化合物的真溶液在放置过程中自动形成胶凝的过程。
性质：1所有新形成的凝胶都含有大量液体，95%以上2凝胶有一定几何外形。
显示出固定的力学性质3由固液两相组成，具有液体的某些性质，不仅分散相是连续的，分散介质也连续。
分类：1弹性凝胶（明胶、琼脂）2非弹性（SiO2、TiO2、V2O5、Fe2O3）。
形成条件：1降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以胶体分散状态析出2析出的质点既不沉降也不自由行动，而是构成骨架，通过整个溶液形成连续的网状结构。
形成方法：1改变温度2转化溶剂3加入电解质4化学反应。
不溶物形成凝胶的条件：1在产生不溶物的同时生成大量小晶粒2晶粒的形状以不对称为好，有利于搭成骨架。
五、膨胀：凝胶在液体或蒸汽中吸收液体和蒸汽使自身体积或重量增加的现象。
机理：一阶段：溶剂化层：溶剂分子很快出入凝胶中，与凝胶分子相互作用形成溶剂化层。
特征：1液体蒸汽压很低2体积收缩3热效应4熵值降低。
二阶段：溶剂分子的渗透和吸收。
六、硅酸铝凝胶制备（共沉淀法）：酸性硫酸铝溶液+水玻璃溶液——硅铝溶胶—硅铝凝胶小球—老化—铝盐活化a—水洗—表面活性剂浸渍b—干燥—烘焙。
胶体化学与表面化学小论文
胶体化学与表面化学胶体化学是胶体体系的科学，随着胶体化学的迅速发展，它已成为一门独立的学科。
这是因为有一方面由于胶体现象很复杂，有它自己独特的规律性；它在科学研究方面发挥着巨大的作用；不仅如此，它与无机化学、材料化学等相关学科也有着密切关系，如利用微乳技术制取纳米颗粒、利用溶胶—凝胶法制压电陶瓷等。
胶体体系的重要特点之一，是具有很大的表面积。
任何表面，在通常情况下实际上都是界面，如水面即液体与气体的界面、桌面即固体与气体的界面等，在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象，也就是界面现象。
胶体化学中所说的界面现象，不仅包括物体表面上发生的物理化学现象以及物体表面分子（或原子）和内部的有什么不同，而且还包括一定量的物体经高度分散后（这时表面积将强烈增大）给体系的性质带来怎样的影响，例如粉尘为什么会爆炸、小液珠为什么能成球、汞的小液滴在洁净玻璃上成球而水的小液滴铺展、活性炭为什么能脱色等等，这些问题都与界面现象有关。
界面现象涉及的范围很广，研究界面现象具有十分重要的意义。
表面化学就是研究表面现象的一门学科，从历史角度看，表面化学是胶体化学的一个重要分支，也是其中最重要的一个部门，二者密切相关。
胶体化学与表面化学内容包括胶体的制备和性质、凝胶、界面现象和吸附、乳状液的基本知识及其应用，如丁达尔现象、电泳及电渗、双电层结构和相应电位分布、双电层理论、DLVO理论、表面张力产生原因及肥皂去污等原理。
胶体的制备与性质和表面现象是胶体化学最核心内容。
胶体的制备与性质包括胶体的运动性质、光学性质、电学性质、流变性质、制备及净化方法及胶团的结构和与其相关的双电层理论及模型等相关内容：由于胶粒对光的散射作用产生了丁达尔现象；由于不同溶胶中胶粒的大小不同，使之对透过其中的光的散射、反射作用不同，故使溶胶产生各种颜色；由于胶粒带电的性质使之产生了电泳及电渗现象；由于它带电的性质又产生了双电层理论；又由于它带电的性质引出了DLVO理论及对其聚沉性的研究；在外力作用下胶体具有流变性质，所谓流变性，是指物质在外力作用下的流动和变形的性质。
表面化学-胶体化学
表面化学-胶体化学表面化学-胶体化学表面化学是研究物质表面的性质和现象的一门学科，而胶体化学则是表面化学的一个重要分支，研究胶体溶液中物质的性质和行为。
胶体化学的研究内容涉及到胶体的形成、稳定性、表面性质、胶体颗粒的相互作用以及胶体溶液的性质等。
本文将介绍表面化学和胶体化学的基本概念、研究方法以及应用领域。
表面化学最早起源于对溶液表面现象的研究，如水的表面张力、液滴的形成和液体的湿润性等。
表面化学研究的对象是固体和液体的界面以及液体和气体的界面，主要涉及到界面上的吸附现象、界面能和界面活性物质等。
固体-液体界面上的吸附现象包括离子吸附、分子吸附和表面电荷等，而液体-气体界面上的吸附现象则涉及到液滴形成和表面张力等。
胶体化学研究的是胶体溶液中胶体颗粒的性质和行为。
胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的物质，其特点是颗粒很小，约为1纳米到1微米大小，并且能够在溶液中均匀分散。
胶体的稳定性是胶体化学研究的重要内容，稳定性的源于胶体颗粒表面的电荷，正负电荷的平衡使得颗粒之间相互排斥，从而保持胶体溶液的稳定性。
此外，胶体溶液中还包含着胶体的吸附、吸附剂的选择、界面张力、胶体性质的测定以及胶体与其他物质的相互作用等方面的研究内容。
表面化学和胶体化学的研究方法主要包括物理化学方法和化学方法两种。
物理化学方法包括表面张力测定、界面能测定、电化学方法、X射线衍射、电子显微镜等。
而化学方法包括有机合成、溶胶-凝胶法、聚合法、共沉淀法等多种方法。
表面化学和胶体化学在许多领域中都有重要的应用。
在光学领域中，胶体颗粒可以通过改变其尺寸和组成来调控其光学性质，从而应用于光学传感器、太阳能电池、红外吸收材料等。
在材料科学领域中，胶体颗粒可以通过自组装形成多孔材料和有序结构，具有较大的比表面积和孔径，被广泛用于催化剂、分离膜和储能材料等。
此外，表面化学和胶体化学还在生物医学、环境污染治理、油水分离、食品加工等领域发挥着重要的作用。
综上所述，表面化学和胶体化学是研究物质表面性质和胶体溶液行为的学科，涉及到物质界面的吸附现象、界面能、表面张力等。
胶体与表面化学 复习
胶体与表面化学第一章绪论胶体与表面化学：研究胶体分散系统、一般粗分散系统及表面现象的化学分支。
胶体化学：研究胶体体系的科学，是物理化学的分支。
表面化学：研究发生在表面或界面上的物理、化学现象的一门学科，是胶体化学的分支。
分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。
被分散的不连续相为分散相，连续相为分散介质。
可分为：粗分散系统、胶体分散系统、分子分散系统。
习惯上，按分散介质的类型把胶体系统分为气、液、固溶胶。
溶胶：以液体为分散介质时，分散相为固体小粒子的胶体分散系统。
凝胶：以固体为分散介质时，分散相为液体的胶体分散系统。
(第九章)胶体分散系统：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处于1~100nm范围内的分散系统。
胶体是物质存在的一种状态而非特殊的物质，不是物质的本性；胶体是两相或多相不均匀分散系统。
界面：不相混溶的两相间的边界区域。
凝聚相与气相的边界区域称为表面。
比表面：单位质量或体积的分散相物质所具有的总表面积。
第二章胶体与纳米粒子胶体制备的一般条件：1.分散相在介质中的溶解度必须极小 2.必须有稳定剂存在胶体制备方法：一、分散法：1.机械分散（助磨剂、分级设备） 2.电分散（金属水溶胶）3超声波分散（乳状液）4.胶溶（在某些新生成的松散聚集沉淀物中，加入适量的电解质或置于某一温度下，使沉淀重新分散成溶胶。
例如正电荷溶胶MMH或MMLHC）二、凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子的方法。
物理凝聚：将蒸气或溶解状态的物质凝聚成胶体状态。
（蒸汽骤冷、更换溶剂）化学凝聚：通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在时形成溶胶。
（还原、氧化、水解、复分解法）溶胶净化：（粗粒子--过滤、沉降、离心；）胶体中过多的电解质--渗析：用半透膜将溶胶和纯分散介质隔开，仅能让小分子和离子通过而胶粒不能通过；由于浓度差，多余电解质向外渗透，更换溶剂便可净化溶胶。
胶体与表面化学课程大纲及重点
胶体与表面化学第一章绪论（2学时）1.1胶体的概念什么是胶体，胶体的分类1.2胶体化学发展简史1.3胶体化学的研究对象表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。
重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。
难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。
教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。
第二章胶体与纳米材料制备（4学时）2.1胶体的制备胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。
2.2胶体的净化渗析、渗透和反渗透。
2.3单分散溶胶单分散溶胶的定义及制备方法。
2.4胶体晶体胶体晶体的定义及制备方法2.5纳米粒子的制备什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。
难点：胶体制备机理。
教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。
第三章胶体系统的基本性质（8学时）3.1溶胶的运动性质扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。
3.2溶胶的光学性质丁道尔效应和溶胶的颜色。
3.3溶胶的电学性质电动现象、双电层结构模型和电动电势（。
电势）3.4溶胶系统的流变性质剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。
3.5胶体的稳定性溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。
3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定显微镜的类型及基本作用重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、。
电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。
难点：双电层结构模型。
教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。
第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时）4.1表面张力和表面能净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的测定方法。
4.2液-液界面张力Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。
4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。
胶体与表面化学的基础概念
胶体与表面化学的基础概念胶体是指具有二态分散相（分散相与连续相成分不同）的混合物，由于分子尺寸在10-9~10-7m之间，彼此间相互作用均衡，不能通透光线，但又不会沉淀。
表面化学则是研究物质表面特性及其相互作用的科学。
胶体与表面化学是紧密相关的分支学科，本文将简单介绍胶体与表面化学的基础概念及其在生活、工业等领域的应用。
一、溶液与悬浮液溶液是指固体、液体或气体分子在溶剂中均匀混合而成的混合物，一般都是透明的，没有悬浮在其中的颗粒。
而悬浮液则是一种由较大的颗粒在溶剂中悬浮形成的混合物，常常是混浊或浑浊的。
溶液和悬浮液之间的区别在于，溶解的粒子能形成较为稳定的静电作用力或化学键，而悬浮液中的粒子不能形成这些相互作用力或键。
与悬浮液相比，溶液稳定性更高，能够长期存储。
二、胶体的定义及分类胶体比溶液和悬浮液之间的粒子要小，但比分子要大，其直径一般在1至1000纳米之间。
由于粒子体积小，布朗运动强，粒子表面强烈极化，胶体不断地扩散，所以具有明显的色散性。
此外，由于颗粒表面与连续相之间的相互作用力较强，所以胶体的稳定性较高，不易析出。
根据胶体内分散相与连续相之间的相互作用类型，可将其分为以下几种：1. 粒子均匀分布在水或有机溶剂中的溶胶，形成的胶体为“溶胶胶体”；2. 在两种不相容的液体界面上生长，形成的胶体为“界面胶体”；3. 以气体分子为分散相，水或液体常温下为连续相，形成的胶体为“气溶胶”。
三、表面现象的定义与分类表面现象是指在液面或液体比较靠近固体表面的区域内，由于分子间作用力发生变化，使液体在这一区域内的性质与其他地方不同。
表面现象一般包括以下三种：1. 表面张力：液体分子与空气之间作用力引起的压强差。
表面张力越大，液体表面上，原子与分子的吸附作用越强，液面不容易被破坏。
2. 润湿性：在固体表面和液体之间形成的接触角。
若液体完全覆盖固体表面，接触角为零，该液体具有良好的润湿性。
3. 泡沫：在界面上由于表面张力与流体运动引起的大量气体聚集形成的团块。
表面化学和胶体化学
注意：表面自由能与表面张力的代表符相同，均 为σ，量纲相通，但两者的概念不同！！ 表面自由能是单位表面积的能量，标量；
表面张力是单位长度上的力，矢量。 讨论：dU =TdS – pdV +σdAs+Σidni dH =TdS + Vdp +σdAs+Σidni
dA =-SdT –pdV +σdAs+Σidni
s
σ= 58.85×10-3N.m-1， ps= 2 /r =11.77×103kPa
h = 0.02m，ρ=958.1kg· m-3
p静=gh = 958.1×9.8×0.02=0.1878kPa p大气=100kPa
p =100 + 0.1878 + 11.77×103 = 11.87×103kPa pr 2M 1 007127 根据开尔文公式 ln 得： p0 RT r
◆ 过饱和蒸气
降温过程：
p
微小
pB
A：不能凝出微小液滴 pA B：凝出微小液滴 AB：过饱和蒸气 pB＞ pA
l
B 大块
A
g TA T
消除：如人工降雨，加AgI颗粒
◆ 过冷液体
原因：凝固点下降。如纯净水可到-40℃不结冰。
◆过热液体 液体在正常沸腾温度不沸腾，要温度超过正 常沸腾温度才沸腾。 原因：液体表面气化，液体内部的极微小气泡 （新相）不能长大逸出（气泡内为凹液面）。 小气泡受到的压力为： p大气 p = p大气+ ps+ p静 p静=ρgh ps = 2σ/r h 如 r =-10-8m，T = 373.15K时， p
dG =-SdT +Vdp +σdAs+Σidni
胶体和表面化学的基本原理
胶体和表面化学的基本原理在我们周围的世界中，有很多物质并不是简单的固体、液体或气体，而是由微小的、不均匀的颗粒组成的物质，这些物质被称为“胶体”。
胶体是介于分子和宏观物质之间的物质，由固体、液体或气体中的微粒（粒径约为1-1000纳米）与分散介质构成的二相或多相系统。
例如，蛋白质、淀粉、胆固醇、纤维素、血液等都是胶体。
另外，表面化学是一门研究表面和界面现象的科学，从分子和原子水平研究物质的表面和界面性质。
表面化学在材料、化工、能源、生化及其他领域中都有着非常重要的应用。
本文将讨论胶体和表面化学的基本原理。
一、胶体学的基础知识1.1 分散相与分散介质分散相是指被分散在分散介质中的微粒，分散介质是指存在于分散相中的介质。
分散相和分散介质的不同可能会导致胶体形态的不同。
1.2 微粒的大小和形态微粒的大小和形态都会影响胶体的性质。
一般来说，微粒的粒径越小，胶体的可逆性越差；微粒的形态越不规则，胶体的稳定性越差。
1.3 分散相与分散介质的界面胶体的许多性质都与分散相与分散介质的界面有关。
界面能的变化会使得胶体的某些性质发生变化。
二、表面化学的基础知识2.1 表面张力表面张力是指表面上的分子之间相互作用力。
例如，液滴在表面张力的作用下可以保持形状。
2.2 界面活性剂界面活性剂是一类具有亲油性和亲水性的分子，可以吸附在液-液或液-气界面上，减小表面张力并且使界面稳定。
2.3 潜伏现象在一些系统中，表面或界面存在着某种能量的积累现象，这种现象被称为“潜伏现象”。
例如，液-液界面上的表面张力可以随时间的推移而改变，这种变化被称为“表面失活”或“表面激化”。
三、胶体和表面化学的应用3.1 药品输送系统由于胶体颗粒的微小尺寸和大量的表面积，胶体颗粒可以用于制作药物输送系统。
这种系统可以控制药物的释放，以达到更好的治疗效果。
3.2 膳食中的胶体食品和饮料中的胶体有很多重要的作用，例如在奶制品中可以使蛋白质和脂肪稳定；果汁中的胶体可以使果汁更加清澈。
胶体与表面化学的应用研究
胶体与表面化学的应用研究胶体和表面化学是相互关联的两个领域，它们在材料科学、生物学、化学工程、环境科学等领域具有广泛的应用。
本文将简要介绍胶体和表面化学的基本概念，以及它们的应用研究。
一、胶体学胶体是指颗粒大小在1-1000纳米的分散体系，其中颗粒的表面性质对胶体的物理、化学和生物性质起着重要作用。
胶体的稳定性是由电荷、分子相互作用力、表面活性剂等因素决定的。
胶体学研究的主要内容包括胶体的结构、稳定性、能量行为和相互作用等方面。
胶体稳定性研究是胶体学的重要内容之一，它直接关系到胶体的物理、化学、生物性质以及工业应用。
胶体学的应用研究包括材料制备、涂料、油墨、化妆品、医学用品等领域。
例如，在医学上，胶体作为一种新型药物提供了一种新的途径用于药物传递和释放。
二、表面化学表面化学是研究物质表面和界面的化学性质及其影响的学科，其研究对象通常包括气-固、液-固、液-液以及固-固等不同表面和界面类型。
表面化学的主要研究内容包括表面的内部结构、表面分子的排布、表面物质的吸附等。
表面化学在材料领域有广泛的应用，例如，表面处理技术在材料加工中是不可或缺的一部分。
表面化学在催化、油泥清洗、电子材料制备、纤维素制备以及设备清洗等方面具有重要作用。
新型表面活性剂的开发和应用也是表面化学的研究重点之一。
三、在化妆品制造中，胶体和表面化学被广泛应用。
胶体在染发剂、护肤品和化妆品中被用作乳液稳定剂。
表面化学理论则可用来解释化妆品与皮肤表面相互作用的基础。
此外，研究表面分子的吸附和排布规律，对理解某些彩妆产品的性质和特性也很重要。
然而，胶体和表面化学的应用远不仅止于此，更广阔的前景在于其在生物医学、能源开发、环境保护等方面的应用。
例如，在生物医学上，胶体学为癌症、肾脏疾病等提供了一种有效的药物释放途径。
在能源开发方面，如何设计和改进太阳能电池的阳极，使其更高效转换太阳能到电能，是表面化学最热门的研究方向之一。
在环境保护中，胶体科学和表面化学已成为处理废水和空气污染的有力手段，例如胶体沥青用于道路的铺装，可有效减少空气中有害颗粒的含量等。
胶体与表面化学知识点整理-图文
胶体与表面化学知识点整理-图文第一章胶体的制备和性质一、什么是胶体？1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积。
通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm（直径）2.胶体是物质以一定分散程度存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。
胶体化学研究对象是溶胶（也称憎液溶胶）和高分子溶液（也称亲液溶胶）。
气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金二、溶胶的制备与净化1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在2.胶体的制备方法：（1）分散法：研磨法：用机械粉碎的方法将固体磨细（产品细度1-74μm）胶溶法（解胶法）：仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。
（目前制备纳米材料和超微细粉的方法）超声波分散法：让分散介质动起来。
主要用来制备乳状液（即分散介质是液体的体系）。
好处是不与溶液接触。
④电弧法：用于制备金属水溶胶。
金溶胶多用于美容。
（2）凝聚法：化学凝聚法物理凝聚法：A、更换溶剂法（溶解度是减小的）：利用物质在不同容剂中的溶解度的显著差别，制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。
（与萃取区别）B、蒸汽骤冷法：制备碱金属的苯溶胶。
3.溶胶的净化：简单渗析法，电渗析，超过滤法三．溶胶的运动性质1.扩散：胶粒从高浓度向低浓度迁移的现象，此过程为自发过程根本原因在于存在化学位。
dmdcDAdtd某，此为Fick第一扩散定律，式中dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质数量，D为扩散系数，单位为m/，D越大，质点的扩散能力越大。
扩散系数D与质点在介质中运动时阻力系数f之间的关系为：D为气体常数）若颗粒为球形，阻力系数f=6r（式中，为介质的黏度，r为质点的半径）故D2RT（NA为阿伏加德罗常数；RNAfRT1，此式即为Eintein第一扩散公式NA6r浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。
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积分：
GT ,P ,ni
0
dGT , P,ni dAs Wr '
0
As
得： Wr ' GT , p,ni As Gs 则：σ= Gs/As= Wr’/As σ：（比）表面Gibbs自由能，表面自由能。 也表示恒T，p，ni下，增加单位面积所必须 对体系作的非体积功，又称比表面功。 单位量纲：J· m-2 J· m-2 = N· m· m-2 = N· m-1
例:有完全为水润湿的两似球形固体微粒，其接
触点周围有水,气/液界面的形状类似于滑轮槽，
气/液界面的曲率半径为0.02mm，滑轮槽的最小
内径为0.16mm，已知20℃时水的表面张力为
72.8×10-3 N· m-1。请定量说明水对微粒的聚结是
否有利？
解：r1= －2×10-5 m
r1
s s r2
l
r2= 8×10-5 m 1 1 ps ( ) 2730 Pa r 1 r2
毛细现象：毛细管插入液相中，毛细管内液体 上升或下降的现象。 p大气 原因：附加压强 ps=p静压时， rm 在液面处达力平衡 r ps= 2σ/r p静压=ρgh cosθ=rm/r p大气 pS h ∵2σ/r =ρgh ∴2σcosθ/rm=ρgh h = 2σcosθ/rmρg rm：毛细管半径 r：凹液面曲率半径 rm ↘, ρ↘, h↗ θ＜90o，h＞0； θ＞90o ，h＜0；rm→∞，h →0
公式应用：测表面张力 —— 最大气泡压力法
p大气
p控
pS
ps+p控=p大气 减小p控 ：气泡长大，最终逸出 气泡半径r 变化： 大→小→大 ps变化：小→大→小 ps,max= 2σ/r (r曲率=r毛细管) ps,max = p大气 - p控
二、微小物质的特性 微小物质：比表面积大，Gs=σAs大 1.弯曲液面的饱和蒸气压与表面曲率半径的关系
因为固体颗粒的r＞0，所以微小物质的溶解度 (c r)大于正常条件下物质的溶解度(c 0)
▲ 微小物质化学活性大 微小物质化学势高，所以化学活性大 ▲ 介安状态与新相难成 易蒸发，易升华，易融化，易溶解，其逆过程 难冷凝，难凝华，难凝固，难结晶。 共同特征：从原体系中形成新的相态，初成的 新相颗粒是极微小的，则μi大，微粒很快蒸发 (升华，融化，溶解)。形成亚稳（介安）体系 过饱和蒸气 过冷液体 介安状态（热力学不稳定状态） 过热液体 过饱和溶液
注意：表面自由能与表面张力的代表符相同，均 为σ，量纲相通，但两者的概念不同！！ 表面自由能是单位表面积的能量，标量；
表面张力是单位长度上的力，矢量。 讨论：dU =TdS – pdV +σdAs+Σidni dH =TdS + Vdp +σdAs+Σidni
dA =-SdT –pdV +σdAs+Σidni
A 单位（量纲）：长度-1 A0 V
可见：体系的分散程度越高，比表面积越大。
二、表面化学和胶体化学的关系 胶体： 粒子粒径在1nm—100nm间的高度分散的多 相体系。 胶体粒子的比表面积极大，表面效应极为显著。
§2 表 面 热 力 学 性 质 一、表面张力及其影响
表 面 层 粒 子 受 力 分 析
二、比表面Gibbs自由能与表面Gibbs自由能 表面分子具有比内部分子高的能量 例如：一滴水（1克水），比表面积A0=4.85cm2· g1
表面能约为4.85×72.8×10-7 = 3.5×10-5 J
r =10-7cm小水滴，比表面积 A0’=3.0×107 cm2· g-1
表面能达到 220J，是原有表面能的6.3×106倍。 恒T、P、恒组成、可逆过程，生成dAs新表面 需环境作功：dGT，p=δWr’=σdAs
平衡 自动
表面积不能改变时， dGs = Asdσ ≤0 ， 平衡
σ减小为自动过程，吸附，润湿等表面过程。
自动
比表面Gibbs自由能和表面张力的比较 比表面Gibbs自由能 符号 数值 表面张力
σ
相等
σ
量纲
单位 J.m-2
相通
N.m-1
标量
强度性质
矢量
要点： 1） 表面分子所受到不对称力场 ——表面张力 2） 一切减小 σ，As 的过程为自动过程
2. 界面现象和表面现象： 在相的界面上发生的行为 。 如： 露珠为球形 微小液滴易蒸发 水在毛细管中会自动上升 3. 比表面A0
A 或 Ao 单位（量纲）：面积· 质量-1 m 6l2 6 例如：有边长为 l 的立方体， A0 3 l l 60 l 分割成边长为 的小立方体，A0 ' 10 A0 l 10
p2 2M 1 1 ln ( ) p1 RT r2 r1
Kelvin公式
★ r1＞ r2，p2 ＞ p1； ★ r1→∞， p1 → p0， r2取为r， p2= pr
Kelvin公式化为：
Kelvin公式化为：
pr 2M 1 ln p0 RT r
★ 凹液面，r＜0，则：pr= p凹＜ p0，
GT,p =σAs+Σini ，G’T,p =Σini
σ =（GT,p - G’T,p）/As = Gs/As
Gs：(比)表面过剩Gibbs自由能，表面过剩自由能
恒T，p下的表面过程有：
dGT,p = dGs =σdAs+ Asdσ≤0平衡
自动
体系中各相组成（ni）恒定，σ确定，则：
dGs = σdAs ≤0，表面积减小为自动过程；微物
气泡内液面上的液体饱和蒸气压为： pr=94.34kPa ◆ 过饱和溶液
p＞＞ pr
原因：微小物质的溶解度大。解决方法：加晶种
§4 固/气界面的吸附作用 一、吸附热力学 吸附：在一定条件下，某种物质在相界面上自动 聚集的现象。 1.吸附热 固体吸附气体时，气体分子运动自由度下降， 则：ΔSs ＜ 0 ，表面过程ΔGs ＜ 0 ，可逆条件下， Qr = TΔSs ＜0 ，故吸附过程为放热反应 且：ΔHs= ΔGs + TΔSs ＜0 2．吸附热的确定 ☆ 量热方法：用热量计 ☆ 由克-克公式计算（等量吸附热）
dG =-SdT +Vdp +σdAs+Σidni
G A s U A T , p ,ni s H A S ,V ,ni s A A S , p ,ni s T ,V ,ni
1. 表面张力 表面层粒子受力不均匀，产生内压力。 表面有自动缩小的趋势，产生表面收缩力。
例：记 f g (m1 m2 )，金属丝移动 到一定位置时，可以保持不再滑动 δW ' ∝ dAs 2ldx f δW ' dAs fdx 2l ——表面张力
l σ m2 f m1
▲ 微小固体物质的溶解度大 溶解度：恒T﹑p下，溶质在溶剂中达到溶解 平衡时的（饱和）浓度。
将开尔文公式与亨利定律结合，推导得： c2 2M 1 1 cr 2M 1 ln ( ) 和 ln c1 RT r2 r1 c0 RT r
若r2＜r1，则c2 > c1，
即：物质颗粒越小，其溶解度越大；
表面张力：垂直作用于单位长度相界面上，与表
面平行（平面）或相切（曲面）的收 缩力。 力的方向：与液面相切，与单位线段垂直。 力的类型：表面收缩力。 力的单位量纲：N· m-1 表面层分子受力不均匀 内压力 表面张力 体系的一种强度性质，受到多种因素的影响。
2. 影响表面张力的因素 ★ 与物质本性有关 分子间的作用力越大，σ越大： σ金属键＞σ离子键＞σ极性键＞σ非极性键, ★ 与温度有关 一般：温度升高,σ↓；教材P544 式（11-3） 温度升高到临界温度Tc时，σ→0 ★ 与接触相的性质有关（见教材P543表11-2） 接触相相同， σ固体 ＞ σ液体 ★ 与压强有关 一般：压强升高,σ↓；见教材P544图11-5 ★ 其它：分散度 ,运动情况等
提问：表面Gibbs自由能、比表面Gibbs自由能、 表面张力三者的概念、单位是否相同？ 如何表示？ 固体表面有过剩的Gibbs自由能吗？它与 液体的有何不同？
§3 弯曲表面的特性 一、弯曲液面下的附加压强 1.液面的曲率 2.弯曲液面的附加压强
p0 p0 A B
p0 ps
A
B A B p = p0 - ps
◆ 过饱和蒸气
降温过程：
p
微小
pB
A：不能凝出微小液滴 pA B：凝出微小液滴 AB：过饱和蒸气 pB＞ pA
l
B 大块
A
g TA T
消除：如人工降雨，加AgI颗粒
◆ 过冷液体
原因：凝固点下降。如纯净水可到-40℃不结冰。
◆过热液体 液体在正常沸腾温度不沸腾，要温度超过正 常沸腾温度才沸腾。 原因：液体表面气化，液体内部的极微小气泡 （新相）不能长大逸出（气泡内为凹液面）。 小气泡受到的压力为： p大气 p = p大气+ ps+ p静 p静=ρgh ps = 2σ/r h 如 r =-10-8m，T = 373.15K时， p
且|r|越小，p凹越小；
★ 凸液面，r＞0，则：pr= p凸＞ p0，
r/m
pr / p0
10-6
10-7
10-8
10-9
1.001 1.011 1.114 2.95
★ 物质要小到一定程度，表面效应才显著
★ 微小物质的饱和蒸气压 pr 增大，
其化学势增高
▲ 微小物质的熔点低（凸面） 微小物质的饱和蒸气压＞大块物质饱和蒸气压
第八章 表面化学和胶体化学
§1
引
言
一、几个概念 表面化学：研究物质相界面上发生的现象的规律。 1. 界面和表面 界面（interface）：密切接触的两相间的过渡区， 约10-9—10 -8 m， 有几个分子层厚。 五类界面：气(g)-液(l) ，气(g)- 固(s)， 液(l)- 固(s) ，液(l1)-液(l2) ，固(s1)- 固(s2) 表面（surface）： 若其中的一相为气相（习惯）。如l-g，s-g。