胶体界面熟记公式

专题讲解界面现象胶体化学

表面吉布斯自由能和表面张力1、界面：密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称为界面（interface），通常有液－气、液－固、液－液、固－气、固－液等界面，如果其中一相为气体，这种界面称为表面（surface）。

2、界面现象：由于界面两侧的环境不同，因此表面层的分子与液体内的分子受力不同：1.液体内部分子的吸引力是对称的，各个方向的引力彼此抵销，总的受力效果是合力为零；2.处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的，不对称的。

由于气相分子对表面层分子的引力小于液体内部分子对表面层分子的引力，所以液体表面层分子受到一个指向液体内部的拉力，力图把表面层分子拉入内部，因此液体表面有自动收缩的趋势；同时，由于界面上有不对称力场的存在，使表面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势，借以补偿力场的不对称性。

由于有上述两种趋势的存在，在表面会发生许多现象，如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气过饱和、吸附作用等，统界面现象。

3、比表面（Ao）表示多相分散体系的分散程度，定义为：单位体积（也有用单位质量的）的物质所具有的表面积。

用数学表达式，即为：A0=A/V高分散体系具有巨大的表面积。

下表是把一立方厘米的立方体逐渐分割成小立方体时，比表面的增长情况。

高度分散体系具有巨大表面积的物质系统，往往产生明显的界面效应，因此必须充分考虑界面效应对系统性质的影响。

4、表面功在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需要对体系做的功，称为表面功（ω’）。

-δω’=γdA(γ:表面吉布斯自由能，单位：J.m-²)5、表面张力观察界面现象，特别是气-液界面的一些现象，可以觉察到界面上处处存在着一种张力，称为界面张力（interface tension）或表面张力（surface tension）。

它作用在表面的边界面上，垂直于边界面向着表面的中心并与表面相切，或者是作用在液体表面上任一条线两侧，垂直于该线沿着液面拉向两侧。

胶体界面化学知识点总结

胶体界面化学知识点总结胶体界面化学是研究在胶体系统中发生的化学现象和过程的科学，它涉及到界面的性质、结构和变化等方面。

胶体界面化学的研究对理解胶体系统的基本特性和应用具有重要的意义。

下面将对胶体界面化学的相关知识点进行总结。

一、胶体概念胶体是由两种或两种以上的相组成的复合系统，其中一个相是固体，另一个或另一些是液相或气相。

这些相都是微观分散的，且不易被重力沉淀的稳定性。

胶体是一种介于溶液和悬浮液之间的分散系统，在胶体中，含有微粒的相称为分散相，微粒与溶剂形成的相称为连续相。

胶体颗粒的尺寸一般在1-1000nm之间。

根据分散相的性质不同，胶体又可以分为溶胶、凝胶和乳胶等。

二、胶体稳定性胶体的稳定性是指其分散相维持分散状态的能力。

胶体稳定性与表面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、电荷作用、范德华力等因素有关。

当表面活性剂存在时，会在分散相的表面形成一层物理吸附膜来减少表面能，改变表面性质，从而稳定胶体。

电解质的存在可以中和分散相表面的电荷，减少静电斥力，使胶体不稳定。

电荷作用和范德华力也会影响胶体的稳定性。

了解这些因素对胶体稳定性的影响对于胶体的应用和制备具有重要的意义。

三、界面活性剂界面活性剂是一类具有分子结构中同时含有亲水性和疏水性基团的化合物，它们在液体界面上降低表面张力，促进液体的分散和乳化，并有较强的渗透性和复合物形成性。

界面活性剂的主要作用包括降低表面张力、增加分散性、稳定胶体、乳化和分散。

根据亲水性基团的不同，界面活性剂可以分为阴离子、阳离子、非离子和两性离子界面活性剂。

界面活性剂的选择和使用对于控制胶体的稳定性和调控乳液、泡沫等具有重要的作用。

四、胶体的表面性质胶体的表面性质是指胶体颗粒的表面具有的润湿性、黏附性、表面能等物理化学性质。

胶体颗粒的表面性质与界面活性剂的类型和浓度、电解质的存在和浓度、溶剂的性质等有关。

表面性质的研究对于控制胶体的稳定性、界面活性剂的选择和应用有着重要的意义。

专题讲解界面现象胶体化学

表面吉布斯自由能和表面张力1、界面：密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称为界面（interface），通常有液－气、液－固、液－液、固－气、固－液等界面，如果其中一相为气体，这种界面称为表面（surface）。

2、界面现象：由于界面两侧的环境不同，因此表面层的分子与液体内的分子受力不同：1.液体内部分子的吸引力是对称的，各个方向的引力彼此抵销，总的受力效果是合力为零；2.处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的，不对称的。

由于气相分子对表面层分子的引力小于液体内部分子对表面层分子的引力，所以液体表面层分子受到一个指向液体内部的拉力，力图把表面层分子拉入内部，因此液体表面有自动收缩的趋势；同时，由于界面上有不对称力场的存在，使表面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势，借以补偿力场的不对称性。

由于有上述两种趋势的存在，在表面会发生许多现象，如毛细现象、润湿作用、液体过热、蒸气过饱和、吸附作用等，统界面现象。

3、比表面（Ao）表示多相分散体系的分散程度，定义为：单位体积（也有用单位质量的）的物质所具有的表面积。

用数学表达式，即为：A0=A/V高分散体系具有巨大的表面积。

下表是把一立方厘米的立方体逐渐分割成小立方体时，比表面的增长情况。

高度分散体系具有巨大表面积的物质系统，往往产生明显的界面效应，因此必须充分考虑界面效应对系统性质的影响。

4、表面功在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需要对体系做的功，称为表面功（ω’）。

-δω’=γdA(γ:表面吉布斯自由能，单位：J.m-²)5、表面张力观察界面现象，特别是气-液界面的一些现象，可以觉察到界面上处处存在着一种张力，称为界面张力（interface tension）或表面张力（surface tension）。

它作用在表面的边界面上，垂直于边界面向着表面的中心并与表面相切，或者是作用在液体表面上任一条线两侧，垂直于该线沿着液面拉向两侧。

胶体及界面

胶体及界面化学部分概念辨析界面张力与界面自由能（一）二者物理意义完全不同。

虽然界面张力和界面自由能都是由于界面力场的不平衡所至，且都是描述系统的同一性质（描述的角度不同），但不能将二者视为同一物理量的两种称谓。

界面张力是“力”，是向量，界面自由能是“能”，是标量。

它们各自的定义也是分别按力的概念和能量的概念叙述的。

（二）二者量纲实质上相同。

界面张力和界面自由能的单位不同，但二者的单位N.m-1和J.m-2的量纲一致：[J.m-2]=[N.m.m-2]=[N.m-1]。

（三）二者数值完全相等。

证明如下：在一定温度、压力下，对一定量的液体，外界为扩展其表面所消耗的表面功与增加的表面积成正比：，定义比例系数为界面自由能。

（，）从另一角度看，测定长（如图）液膜的外力的结果说明，平衡时，外力F与液膜边界总长2l（液膜有两面）成正比，即，定义比例系数为界面张力（系数）。

外界所做的功等于外力乘液膜移动的距离，。

（2l d x 等于液膜两面增大的总面积d A）对比前式，可见界面自由能和界面张力的数值完全相等。

介稳状态介稳状态亦称亚稳态。

右图是关于介稳状态的一个通俗的力学例子。

图中左球处于稳定状态，给一扰动，球能自动恢复到原来的位置；中球处于不稳定状态，给一扰动，球立刻失去原来的位置；右球处于介稳状态，给一微扰，球能自动恢复到原来的位置，扰动稍大，球迅速失去原来的位置。

由表面现象引起的（相变过程中的）介稳状态有很多种。

（一）过饱和蒸汽。

指已超过系统温度下的饱和蒸汽压，应当凝结而未凝结的蒸汽。

其原因是，蒸汽开始凝结之初形成的微小液滴（新相）曲率极小，而弯曲液面上的蒸汽压与其曲率半径成反比（由Kelvin公式定量描述），即与微小液滴达平衡的蒸汽压（即饱和蒸汽压）比通常液体要大，蒸汽的压力对通常液体已达饱和状态时，对微小液滴却未达饱和状态，因而微小液滴不能生成，系统以过饱和蒸汽的形式存在，处于介稳状态。

从化学势或自由能的角度看，过饱和蒸汽的化学势（或自由能）大于通常情况下该液体的化学势（或自由能），应该有自发凝结的趋势，但由于其化学势（或自由能）小于微小液滴，故不能凝结。

物理化学第八章界面现象及胶体

•不同温度下氨气在炭粒上的吸附等温线
• 压力一定时, 温度愈高吸附量愈低. • 温度一定时, 压力愈高吸附量愈大. 如－23.5℃ 时, 低压段；中压段；高压段吸附趋向饱和.
3. 吸附经验式----弗罗因德利希公式 P479 弗罗因德利希提出如下等温吸附经验式:
V kp
a
n
k 和 n 为经验常数, 该经验式只适用于中压范围的吸附.
dG SdT Vdp B( )dnB d As

B
dG SdT Vdp B( )dnB d As

B
dU TdS pdV B( )dnB d As
dH TdS Vdp B( )dnB d As
As为物质的表面积, m为物质的质量.
8.1界面张力、润湿、弯曲液面的附加压力 P326 1. 液体的界面张力、表面功及表面吉布斯函数
g
l
• 界面层分子与体相分子所处力场不同
液体表面层分子所受合力不为零, 而是受到一个指向液体内部的拉力, 导致液体表面有自动收缩的趋势. 扩张表面需要对系统做功
同一种物质与不同性质的其它物质接触时, 表面层中分子所处力场不同, 导致表面(界面)张力出现明显差异. (3)温度的影响
一般情况下，温度升高液体表面张力降低。
(４)其它因素的影响高压下液体的表面张力比常压下要大; 当物质分散到接近分子大小时分散度的影响显得重要; 高速旋转的液体有较大的表面张力.2 1 2 2 Nhomakorabea p1 p2
20℃时, 汞的表面张力为 483×10－3 N· －1, 体积质量 m 例4 (密度) 为13.55×10 3 kg· －3. 把内直径为 10－3 m的玻璃管垂直 m 插入汞中, 管内汞液面会降低多少?已知汞与玻璃的接触角为 180°, 重力加速度 g = 9.81 m ·－2. s

天津大学胶体与表面化学课件第四章界面现象和吸附

（Antonoff 规则 34.4 ）
1，2分别为两个相互饱和的液体的表面张力。
（例：苯层28.8, 水层63.2) 。不是液体(苯28.4)与含有本身蒸气的空气相接触时测量值。
17.12.2020
8
（2）温度：
T升高，下降。
温度系数
经验公式： T0[1k(TT0)]
当 T T0时，T 0 （表面张力为零）
17.12.2020
4
注：表面张力:
F/2l
单位面积表面功:
wr
dA s
单位面积表面Gibbs函数:
(
G As
)T .P
三者虽为不同的物理量，但三者单位均可
化为 N.m-1 。
因为: N.m-1 = N.m/m2 = J/m2
17.12.2020
5
二、热力学公式：（先考虑系统内只有一个相界面）
d G S d VT d Bp B ( )dB ( )n dA d T u d Ps d B V B ( )dB ( )n dA
式中： ( G ) ( u)
....
ATP nB ()
ASV nB ()
表明界面张力在T、P和各相中各物质的量不变时，增加单位界面积时所增加的Gibbs函数。
G V ~ p V ~ （ p r ' p ） V ~2rl gM 2 r
Pr’ 和 P分别为小液滴凹面的压力和外压。
此处因为： G
r
0
17.12.2020
小液滴
平面液体
17
根据气液平衡：液气
r0 R lp n T r;0 R lp n T 0
小液滴化学势
大块水化学势
Pr 和 Po 分别为小液滴和平面液体的饱和蒸汽压

《胶体与界面化学》常用公式1. 比表面积(S0)：S0 = s/m or S0= s/v2.表面能σ=（δG /δA）T，P3. Laplace方程4.Kelvin公式凸液面5.油滴在水中的溶解度6．Gibbs 表面吸附公式液-液界面:气-液界面:7..润湿方程粘附功：（1-74a）浸湿功：（1-75a）铺展系数：(1-76a)8. Clausius-Clapeyron方程式ngmiur吸附等温式10..Freundlich 吸附等温式11..Henry 吸附等温式θ=H p12..二常数BET吸附等温式13..吸附剂在稀溶液中的吸附量:14..布朗运动位移公式15. Fick第一定律第二定律16．爱因斯坦扩散定律17. 斯托克斯球体阻力：f球＝6πηr,18. 等效圆球阻力系数:19. 粒子溶剂化效应:20．Stokes球形粒子沉降速度方程式21．沉降系数比22．由沉降系数比S和扩散系数D, 求粒子的摩尔质量M的公式:23．沉降－扩散平衡方程式24．大分子的稀溶液渗透压:25.德拜-尤格尔近似方程: (Ψ0＜25.7mv, 距固体表面为x处的电位分布)26. 扩散双电层的厚度27. Hückel电泳淌度公式(球形粒子κa＜0.1). 28斯莫鲁霍夫斯基（Smoluchowski）电泳淌度公式(κa＞100)29. 粒子表面上的ξ电位:30．HLB值的计算1、基数法：适用于阴离子型和非离子型表面活性剂。

计算公式：HLB=∑H –∑L+7 （5-18）2、重量百分数法适用于聚氧乙烯基的非离子型表面活性剂计算公式：（5-19）。

胶体与界面化学4详解

2、在固体表面上发生吸附作用表面活性剂也可通过物理吸附或化学吸附形成定向排列的吸附层，以改变固体表面的组成和结构，使高能表面变为低能表面，从而降低固体表面的润湿性。实践中常以此达到防水、降黏的作用。能发生吸附的表面活性剂有：重金属皂类、长链脂肪酸、有机胺盐、有机硅化合物、合氟表面活性剂等。黄药（黄原酸）在矿物浮选中的应用就是最典型的例子。
其γc可能小于液体的γl值，造成这些液体不能在自身的吸附膜上铺展，这种现象叫做自憎现象。可利用自憎现象改变固体表面的润湿性，如常用一些有自憎现象的油作为一些精密机械中轴承的润滑油，因为这样做可以防止油在金属零件上的铺展而形成油污。
七、表面活性剂对润湿性的影响
1、降低液相表面张力的作用（润湿剂）
八、润湿作用的其他应用
1、金属焊接金属焊接时，应选择黏附功 Wa 大的焊剂，除此之外，还应选择一些配合溶剂以除去金属表面的氧化膜，这种溶剂应既能溶解氧化膜又能润湿金属，同时，又要能被焊剂从金属表面顶替出来，从而使焊剂在金属表面铺展，如松香就具备上述性能而作为常用的焊接溶剂。
2、滴状冷凝
棉布纤维具有醇羟基团，表面亲水。当表面活性剂吸附于棉布表面时，表面活性剂的亲水基团与棉布纤维的醇羟基团结合，而憎水基朝向空气，从而使棉布表面从润湿变为不润湿，这就是雨衣或防水布的制作原理。若为非极性固体表面，可通过表面活性剂的吸附形成亲水基向外的吸附层而使憎水表面变为亲水表面，即使其由不润湿变为润湿。如将聚乙烯，聚四氟乙烯，石蜡等典型的低能固体浸在氢氧化铁或氢氧化锡溶胶中，经过一段时间，水合金属氧化物在低能表面产生较强的吸附，干燥后可使表面润湿性发生永久性的变化，即从憎水变为亲水。
若将一般暖气管内壁改为憎水表面，则水蒸气在管内凝成液滴并沿管壁流下，而不会铺展成水膜，这样，在提高热交换效率的同时又延长管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上问题。