界面现象(1)
界面现象
第九章 界面现象讲解：日常生活和生产中，有很多现象和界面有关。
如：水在玻璃细管中会上升，这叫毛细现象；水可以在桌面上铺开，水银却成球状等。
通常把气液和气固界面成为表面。
第一节 表面张力和表面吉布斯函数一、表面现象及其本质 1.界面层的定义界面的5种类型：g-l,g-s,l-l,l-s,s-s. 其中g-l 和g-s 界面也叫表面。
界面分子和内部分子的区别：内部分子受力对称，界面分子受力不对称，不均匀。
液体自发使表面积缩小。
讲解：测定液体蒸气压，不能有空气存在，液体表面指纯液体与其纯蒸气之间的过渡层，只有几个分子厚。
日常生活中讲的液体表面，是指液体与空气之间的界面，其中空气被液体蒸气饱和。
2.系统的比表面（分散度）单位质量具有的表面积，或单位体积具有的表面积。
def defS S m V A AA A m V==质量表面积体积表面积例：一个边长为0.01米的立方体表面积是多少？把这个立方体分成10-9m 的小立方体，求其总面积。
解：边长为0.01米的立方体表面积 2-421=60.01=610m A ⨯⨯()321390.011010-=小立方体的个数为-92213226(10)10610m A =⨯⨯=⨯小立方体总面积物体被分散后的体积变化，请看358页表9.1。
二、表面张力、表面功、表面吉布斯函数 在等温等压条件下者3个概念是一回事。
讲解：吉布斯函数变就是等温等压条件下可逆过程得体积功。
:γ等温等压下可逆地增加单位表面积所需的功。
B,,S T p n G A γ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭ 表面张力就是表面功表面张力F:表面上，每米长度所受的收缩力，垂直于表面切线方向。
-2-2-1J m N m m N m⋅=⋅⋅=⋅单位： 表面功 表面张力2F l γ= 2Flγ= 影响表面张力的因素 （1）物质的本性()()s l γγ>一般相同聚集态时(γγγγ>>>金属键）（离子键）（极性共价键）（非极性共价键）讲解：可以看出键的极性越强，σ越大，因为非极性共价键组成的非极性分子之间只有色散力，极性分子间有色散力、取向力、诱导力。
第10章_界面现象-wfz-1
弯曲液面附加压力Δp 与液面曲率半径之间关系的推导： 水平分力相互平衡， 垂直分力指向液体内部 其单位周长的垂直分力为cos 球缺底面圆周长为2r1 ，得垂直分力在圆周上的合力为： F=2r1 cos 因cos = r1/ r ，球缺底面面积为 r12 ， 故弯曲液面对于单位水平面上的附加压力 p 整理后得：
表10.1.1 某些液态物质的表面张力
物 质 t / °C
/ mN m-1
18.4 21.8 22.3 26.43 72.75 113.8 137.8 250 582 700 878.5 1300 1800
正己烷 正辛醇 乙醇 乙醚 H2O NaCl LiCl Na2SiO3(水玻璃) FeO Al2O3 Ag Cu Pt
\ dn = - 4p r 2 (dr ) r / M
/mNm-1
1670 1140 685 527 12010 1000 905 4500 1030
Cu Ag Sn 苯 冰 氧化镁 氧化铝 云母 石英(1010晶面)
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（2） 与接触相的性质有关。
两种互不混溶的液体形成液-液界面时，界面层分子所处力场取 决于两种液体。所以不同液-液对界面张力不同。
18
（3） 温度的影响
T↑ 气相中分子密度↑ 液相中分子距离↑
↓ （有例外）
（表10.1.4) 不同温度下液体的表面张力 0 液体 水 乙醇 甲醇 CCl4 丙酮 甲苯 苯 75.64 24.05 24.5 26.2 30.74 31.6 72.75 22.27 22.6 26.8 23.7 28.43 28.9 69.58 20.60 20.9 24.3 21.2 26.13 26.3 66.18 19.01 21.9 18.6 23.81 23.7 62.61 16.2 21.53 21.3 58.85 15.7 19.39 20 40 60 80 100
界面现象的名词解释
界面现象的名词解释界面现象是指两种不同介质之间形成的边界区域，这个区域具有特殊的物理、化学或生物性质。
界面现象在我们的日常生活中无处不在，而且在科学和工程领域中也起着重要的作用。
本文将对界面现象进行详细解释。
首先，我们来了解一下界面现象的起因。
当两种不同的物质相遇时，它们之间的相互作用形成了一个界面。
这个界面上的物理和化学性质与两种物质本身有着明显的差异。
例如，当水和油相遇时，它们在界面上会形成一个不相溶的薄层，这是由于它们的分子之间的排斥力大于吸引力所致。
界面现象涉及了许多重要的概念和现象。
其中之一是表面张力。
表面张力是液体表面上的一种内聚力，导致液体表面呈现出收缩的趋势。
这可以用一个简单的实验来演示：取一张干净的硬纸币，轻轻放在水面上，可以观察到纸币不会立刻下沉，而是浮在水面上。
这是因为水分子之间存在着相互吸引的力量，使得水的表面呈现出收缩的特性。
除了表面张力，另一个重要的界面现象是浸润性。
浸润性描述了液体对固体的渗透能力。
当一滴液体滴在固体表面上时，它的形状取决于液体和固体之间的相互作用。
如果液体能够充分地渗透进入固体材料中，我们称之为良好的浸润性。
这一现象在涂料、油墨以及润滑剂等领域中具有重要的应用。
此外，界面现象还涉及到界面活性剂的使用。
界面活性剂是一种能在两种不同介质的界面上降低表面张力的物质。
它们能够将不能互溶的物质混合在一起，并形成稳定的乳状液体。
这在食品、日化和医药等行业中被广泛应用。
例如，洗涤剂中的表面活性剂能够使油污和水混合，达到清洁的效果。
界面现象的研究对于解决一些现实生活中的问题非常重要。
例如，界面现象对于研究海洋环境中的表面活性物质分布、油水分离技术的改进以及水处理等方面都具有重要意义。
此外，界面现象还在材料科学、能源储存和转换等领域中发挥着关键作用。
通过研究、理解和利用界面现象，我们可以开发出更高效、更环保的技术和材料。
在总结上述内容之前，值得一提的是生物界面现象。
界面现象--第1节：表面张力
5
表面和界面(surface and interface)
2.气-固界面（固体表面）
6
表面和界面(surface and interface)
3.液-液界面
7
表面和界面(surface and interface)
4.液-固界面
8
表面和界面(surface and interface)
dG = -SdT + Vdp + a B BdnB(a) + gdAs
dU = TdS - pdV + aBBdnB(a) + gdAs dH = TdS + Vdp + aB BdnB(a) + gdAs
dA = -SdT - pdV + aB BdnB(a) + gdAs
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热力学公式
G U A A s T,p,nB（） s S ,V ,nB( ) H A A A s S , p ,nB( ) s T ,V ,nB( )
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积
时，Gibbs函数的增加值称为表面吉布斯函数，或简
称表面能，用符号σ 或γ 表示，单位为J· m-2。
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热力学公式
若将表面积 As 列为系统状态参数之一, 则状态函数G 表示为: G = f (T, p, As , n1 , n2 , n3 , …) (仅一个界面积发生变化的情况)
1 atm 10 atm
H2O = 72.8 mN/m H2O = 71.8 mN/m
21
界面张力及其影响因素
• 人 脑
• 叶绿素
化学物理中的界面现象与表面反应
化学物理中的界面现象与表面反应在化学物理学中，界面现象与表面反应是研究物质与界面、表面之间相互作用的重要领域。
界面现象是指物质与界面之间产生的物理现象，如表面张力、接触角等；而表面反应则是指发生在物质表面的化学反应。
一、界面现象1.表面张力表面张力是液体表面各点之间的相互作用力。
具体来说，液体表面各处的分子组成不同，内部的分子仍然受到液体内部的相互作用力，而表面上的分子只能受到一侧的相互作用力，这就导致表面上的分子有向下的趋势，而这种向下的趋势就是表面张力。
例如，我们把一根干净的细棒插入一杯水中，可以发现水面会稍稍上升，这就是水分子在表面张力的作用下向外抬起细棒。
表面张力影响着液体的形态，使得液体在排斥进一步收缩形态，从而使得液滴成为尽可能球形的形状。
同时，在界面上的物质转移以及表面活性剂的作用下，表面张力也起到了重要的作用。
2.接触角接触角是表面张力和性质的一个体现，是形成于固体表面和液体之间的，已知液体的表面张力和固体表面对该液体不感性的程度。
按照定义，接触角α 角为液体和固体表面接触在一个贯穿液面和固体交界面的线上时，线上端点所扫过的角度。
易受环境因素影响的表面现象还有溶液表面的吸附现象。
溶液中的赖屯分子聚集在其表面，使表面张力增加，造成液面凹陷，称为溶液的表面凹陷。
二、表面反应表面反应指的是在物质表面发生的化学反应。
表面反应的机制有两种：“电化学反应”和“理化反应”。
1.电化学反应在电化学反应中，化学反应的发生是通过在电极上加电而引起表面电荷变化，从而促使反应发生。
电化学反应常常结合了电化学过程、动力学和反应热力学三个方面来研究。
在电化学反应中，电势的变化是关键参数之一。
在反应过程中电势变化并不是线性的，而是富含非线性项，这对于预测和解释表面反应的活性和选择性是非常具有挑战性的。
2.理化反应与电化学反应相比，理化反应是更加广泛的表面反应机制，其中包括了表面化学、液固相化学、气固相化学等多种机制。
界面现象
而处在表面上的 分子则不同，一方面 受到体相分子的作用， 另一方面又受到性质 不同的另一相中物质 分子的作用，使得表 面层分子受到不对称 的作用力。
3
如将内部分子移至 表面，必须对所移动的 分子施加外力、做功， 表面层的分子受到指向 物体内部并垂直于表面 的作用力(合力)，使物 体表面有自动缩小的趋 势，表面能量较物体内 部大。因而产生各种表 面现象。
48
弗罗因德利希(Freundlich)方程适用范围： 中等压力范围内气体在固体表面上的吸附。 弗罗因德利希(Freundlich)方程如应用于 溶液中溶质的吸附，则其形式为：
物理吸附
吸附类型 化学吸附
40
物理吸附
吸附力 吸附热 选择性
分子间力(范德华力)
较小，近于液体热 ，约为 几百-几千焦耳每摩尔 无选择性 不稳定，易解吸
吸附稳定性 分子层
吸附速率
单分子层或多分子层
较快，不受温度影响，故 一般不需要活化能。
41
化学吸附
吸附力 吸附热 选择性
化学鍵力
较大，近于化学反应热 ， 一般大于几万焦耳每摩尔 有选择性 稳定，不易解吸
(1) 液面为水平面时， r，pr = p。 液面为凸面(液滴)时， r > 0， pr > p 。 液面为凹面时(如液体内气泡)， r < 0， p r < p 。 (2) 液滴越小，其饱和蒸气压越大。 (3) 应用，如毛细管凝结现象、人工降雨、 过冷、过热、暴沸等现象。
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毛细管凝结现象：水在玻璃 毛细管内形成凹面， r < 0， pr < p 。对平面未饱和的蒸气，在毛 细管内可能已达饱和或过饱和， 导致蒸气在毛细管内凝结。如硅 胶吸水等。 人工降雨：AgI等微小粒子作成核中心。
物理化学中的界面现象
物理化学中的界面现象物理化学作为研究物质和能量相互作用的学科，广泛关注物质的界面现象。
界面现象是指不同相（例如气相、液相、固相）之间的交界处所表现出的一系列特殊性质和现象。
本文将对物理化学中的界面现象进行探讨，包括界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
首先，我们来讨论界面张力。
界面张力是界面上单位长度所具有的能量。
液体的界面张力是由分子间吸引力和排斥力所引起的。
分子间吸引力导致液体分子之间靠近，而分子间排斥力使液体分子远离界面。
这种分子间的不均匀排布导致了界面张力的存在。
界面张力使得水滴在平面上形成球状，也使得液体能够在毛细管中上升。
接下来，我们将讨论胶溶体。
胶溶体是由固体分散在液体中形成的混合物。
在胶溶体中，固体颗粒通过与液体分子的相互作用形成一个三维网络结构。
这种网络结构赋予了胶溶体特殊的物理性质，如黏度的增加和凝胶的形成。
在生活中，我们可以看到许多胶溶体的运用，比如胶水、果冻和凝胶电池等。
最后，我们来探讨表面活性剂。
表面活性剂是一类具有亲水性头部和疏水性尾部的分子。
在液体表面，表面活性剂的头部与水分子相互作用，而尾部则与空气或其他非极性物质相互作用。
这种分子的不均匀性导致表面活性剂在液体表面形成一个稳定的单分子层，称为胶束。
表面活性剂的存在使液体的表面张力减小，也可以使油与水相溶。
这种特性使得表面活性剂广泛应用于洗涤剂、乳化剂和泡沫剂等领域。
总而言之，物理化学中的界面现象涵盖了界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
这些现象的研究不仅可以深化我们对物质相互作用的理解，也为许多实际应用提供了基础。
通过进一步研究和探索界面现象，我们可以更好地理解和应用物理化学的知识。
界面现象
太原理工大学物理化学第八章界面现象界面是指相互接触的两相的交界面。
自然界中的物质一般以三种聚集状态存在，三种相态相互接触可 以形成五种界面：液-气、固-气、液-固、液-液和固-固界面。
习惯上将液-气和固-气界面称为表面；而其余 的相界面都称为界面。
由于历史的原因， “表面”和“界面”这两个词经常混用。
界面并不是一个几何平 面，它是从一个相到另一个相的过渡层，有一定的厚度，通常称为界面相或界面层，与界面层相邻的两相 称为体相。
界面现象就是在相界面上所发生的物理化学现象。
许多自然现象、生理现象、工农业生产以至日常生 活上的许多问题都与界面现象有密切的关系，如：液滴呈球形、活性炭能脱色、粉尘容易爆炸等都与界面 现象有关。
产生界面现象的根本原因是由于界面相中的分子与体相中的分子所处的力场不同，因此界面相 的性质和两个体相的性质就会不一样。
在一般情况下，系统所具有的比表面积相当小，表面上的物质、能 量都比体相小得多， 故表面的特殊性质可不考虑。
但当系统的表面积很大时，表面分子所占的比例就很大， 它的特殊性质就成为矛盾的主要方面而表现出各种界面现象。
为了便于比较不同物质的表面性质，提出了比表面积的概念。
比表面积（as）是指单位质量或单位体 积的物质所具有的表面积，用公式表示为： as = As / m 或 as = As / V通常用比表面积来表示物质的分散程度，即分散度。
比表面积越大，分散度越高，表面效应就越明显， 这必然对系统的物理化学性质产生影响，此时就必须考虑界面的特殊性。
这种特殊性反映出的宏观现象就 是人们观察到的界面现象，其具体体现就是界面张力。
§ 8.11．液体的表面吉布斯函数和表面功界面张力界面现象产生的根本原因是由于两相界面上的分子与体相分子所 处环境不同引起的，以液-气界面为例说明之。
如图 8.1.1 所示，处于液 体内部的分子，受周围各分子对它的作用力是对称的，可以相互抵消， 这些分子在液体内部运动时无须对它做功。
界面现象问答题
1液滴会自动成球形，固体表面有吸附作用，溶液的表面也会有吸附现象，请给予热力学解释。
答：在一定的T、p下，系统的吉布斯函数越低越稳定。
G =σ A 液滴自动呈球形是因为相同体积时，液滴的表面积最小。
固体表面和液体表面有吸附作用是因为可通过吸附作用来降低表面的不对称性，降低表面张力，使吉布斯函数降低。
2工业上常用喷雾干燥法处理物料。
答：根据开尔文公式可知，微小液滴的饱和蒸气压比普通平液面的饱和蒸气压的大，因此在同样温度下更易挥发，使物料达到干燥的目的。
3用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体，水、硫酸水溶液、丁醇水溶液，则它们的滴数最多的是哪一个，最少的是哪一个？答：把水的表面张力看为定值，加入硫酸后硫酸水溶液的表面张力增大，加入丁醇后丁醇水溶液的表面张力减小，表面张力越大越易形成球状。
所以硫酸的滴数最少，丁醇滴数最多。
4、解释下列各种现象及其产生原因（1）均匀混合的油水系统经静止后会自动分层；（2）自由液滴或气泡通常呈球型；（3）粉尘大的工厂或矿山容易发生爆炸事故。
答：（1）均匀混合的油水系统静止后分层是液体自动缩小界面积的现象。
均匀混合的油水系统是多相分散体系，相与相之间的界面积很大，界面能很高，处于不稳定状态，因而会自动缩小界面积而使系统趋于稳定。
2）自由液滴或气泡也是液体自动缩小界面积的现象。
一方面由于体积一定时，球型液滴表面积最小，另一方面若形成凸凹不平的不规则表面，在凸凹处分别受到相反方向附加压力的作用，在这些不平衡力的作用下，必然会形成球型表面，各处压力均衡，系统才处于稳定状态。
3）粉尘是细小的固体颗粒分散在空气中形成的分散系统，颗粒越小，表面积越大，表面能越高，因处于极不稳定的状态。
当遇到明火、撞击等不安全因素时，就会导致系统的燃烧甚至爆炸。
5、纯水和矿泉水注满玻璃杯时，哪一个的液面会更高于杯口？答：矿泉水中含有无机盐离子，可使水的表面张力增大，进而增大了水于玻璃杯壁的接触角，所以矿泉水的液面会更高于杯口6、气、固相反应CaCO3（s）——CaO（s）+ CO2（g）已达平衡。
第十章 界面现象(1)
表10.1.3 20℃某些液－液界面张力 （两液体已相互达到饱和）
界 面 水－正己烷 水－正辛烷 水－氯仿 水－四氯化碳 水－正辛醇 γ/mN⋅m-1 51.1 50.8 32.8 45 8.5 界 面 水－乙醚 水－苯 水－硝基苯 水－汞 苯－汞 γ/mN⋅m-1 10.7 35.00 25.66 375 357
在恒温恒压、各相中物质的物质的量不变时
dG = − SdT + Vdp + ∑∑ μB (α )dnB (α ) + γdA s
α
B
dG = γdA s
界面吉布斯函数变 对
dG = γdA s 积分
dG s
G = γA s
s
系统有多个界面
G s = ∑ γ i A is
i
在恒温恒压条件下，系统总界面吉布斯函数减少的过程为自 发过程。 如： 液体对固体的润湿； 小液滴聚集成大液滴；γ不变，表面面积减少 多孔固体表面吸附气体；界面面积不变， γ减小
h
h
(a)液体在毛细管中上升
(b)液体在毛细管中下降 毛细管现象
产生这种现象的原因是毛细管内的弯曲液面上存在附加压 力Δp 。以毛细管上升为例，由于Δp指向大气，使得管内凹液 面下的液体的承受压力小于管外水平液面下的液体所承受的压 力，故液体被压入管内
2γ ρ gh = Δ p = r1 r cosθ = r1
3. 亚稳状态及新相的生成
系统分散度 气→液 粒径 液→固 液体或固体pr 只在粒径很小时 液→气 液→固
但在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾以及溶液结晶过程 中，由于要从无到有生成新相，故而最初生成的新相的颗 粒是极其微小的，其比表面积和表面吉布斯函数都很大， 因此在系统中要产生新相极为困难。 由于新相难以生成，进而会产生过饱和蒸气、过冷和 过热液体，以及过饱和溶液。 亚稳状态 一旦新相生成，亚稳状态则失去稳 定，而达到最终稳定的相态。
小议界面现象
小议界面现象一、界面现象简要概述（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，有五类界面，其中一相是气体时也可称为表面。
界面现象是研究各种不同界面的性质，随着分散度的增加，体系的比表面也相应增大，胶体的各种性质与比表面密切相关，所以对界面现象的研究就成为胶体化学的主要内容之一。
通常所指的界面包括的范围很广，不仅是研究固—液（溶胶）界面性质，还要讨论固—气、气—液以及液—液的界面性质。
对各种界面性质的研究，不仅是胶体化学理论的基本内容，也与其他学科的基础理论有关。
处于表面的分子和处于体相的分子的差异使界面表现出一些独特的性质，在前边的体系的讨论中，由于界面的物质的量和体相比较，微乎其微，所以表面性质的差异对整个体系性质的影响也微不足道，可以不予考虑。
但在下面将要研究的体系中，当分散程度增大时，表面性质对体系将起一定的作用，有必要进行专门的讨论。
（2）分类：气液界面：液体表面、溶液表面、表面活性剂溶液液液界面：乳液、微乳液固液界面：润湿作用、吸附作用固气界面：吸附作用分散体系概念：把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。
分散体系分类按分散相粒子的大小分类：分子分散体系、胶体分散体系、粗分散体系按分散相和介质的聚集状态分类：固溶胶、液溶胶、气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：亲液溶胶、憎液溶胶二、溶液的表面吸附现象一般说来，由于溶质分子的存在，溶液的表面张力与纯溶剂有所不同。
如果在表面层中溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内部的引力还要大些，则这种溶质的溶入会使溶液的表面张力增高。
由于尽量降低体系表面能的自发趋势，这种溶质趋向于较多地进入溶液内部而较少地留在表面层中，这样就造成了溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内部的引力要小些。
则这种溶质的溶入会使溶液的表面的张力减少。
而且，溶质分子趋向在表面层相对浓集，造成溶质在表面层中比在本体溶液中浓度大的现象。
溶质在表面层中在本体溶液中浓度小于本体浓度，称为“负吸附”；溶质在表面层浓度大小本体浓度，称为“正吸附”。
物理化学中的界面现象
物理化学中的界面现象物理化学是研究物质结构和性质，探究物质变化和反应机理的学科。
在复杂化学结构中，界面现象是一个重要的研究领域。
界面现象在物理化学中有着广泛的应用，教育学者用来解释液体物理现象、悬浮液体、乳液的形成及表面活性剂现象。
本文将深入探讨物理化学中的界面现象。
一、界面现象概述界面现象是物理化学中的一个重要概念，指两种物质之间的界面区域，具有独特的物理化学特性。
例如，液体与气体之间的表面产生的现象，或者两种液体或固液之间的接触面。
形成界面是由于不同物质间的接触，形成一个分界面，具有独特的能量和化学特性。
物理化学中常常以界面和晶界为结合点，展示物质结构和性质方面的共通性和特殊性。
界面现象对于物质的粘度、湿润、流变性质、变形行为等方面产生重要影响。
因此，研究界面现象对于理解物质的特性和属性，以及探究物质结构、能量转移和反应机理是至关重要的。
二、界面现象的分类物理化学中的界面现象可以分为气液界面、液液界面、液固界面、气固界面四个类别。
下面将分别进行讲解。
1. 气液界面气液界面是指气体与液体之间的界面现象。
这种界面现象常常被观察到，例如许多常见的液滴、气泡和泡沫。
气液界面有着重要的物理和化学特性，包括表面张力、液体湿润性、表面活性剂和胶体等。
2. 液液界面液液界面指两种不同液体之间的界面现象。
例如，油和水的混合物中的液液界面。
液液界面的特性包括表面张力、液体改成、液体分离等，这些特性在工业和科学上有着广泛的应用。
3. 液固界面液固界面指液体和固体之间的界面现象。
例如：在某些材料的表面，吸附了液体，所形成的界面。
在液固界面上的特性包括表面张力、液体吸附、电位差和化学反应等。
4. 气固界面气固界面指气体和固体之间的界面现象。
例如，气体在固体表面的吸附现象。
气固界面影响着固体材料表面的化学反应，对于分子分布和传输行为有着重要的影响。
三、界面现象在物理化学中的应用界面现象在物理化学中有着广泛的应用。
下面将进行列举。
界面现象(1)
Hg
液-固界面
H2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
二、界面现象普遍存在 (1)润湿现象。 (2)毛细现象。 (3)固体表面的吸附作用。 (4)微小液滴易于蒸发。 (5)微小晶体易于溶解。
三、界面现象发生的条件 ●高度分散系统。
9
四、比表面（specific surface area） 比表面通常用来表示物质分散的程度。
(1)过饱和蒸气 ①什么是过饱和蒸气？
······· ······· ······· ······· ·······
凸面上受的总压力大于平面上的压力 凹面上受的总压力小于平面上的压力
2、附加压力的大小----拉普拉斯公式
例如，在毛细管内充满液体，管端有半径为R’ 的球状液滴与之平衡。
外压为 p0 ，附加压力为 ps ，液滴所受总压为：
p0 ps
p总 p0 ps
对活塞稍加压力，将 毛细管内液体压出少许
(3)界面张力还与和它接触的另一相物质的性质有关 例如：水与苯的界面张力不同于水与乙醚的张力。
4、表面热力学的基本公式
根据多组分热力学的基本公式
dU TdS pdV BdnB
B
对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表 面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本 公式为
dU TdS pdV dAs BdnB
这时
F 2 l
l 是滑动边的长度，因膜有两个
面，所以边界总长度为2l， 就是作
用于单位边界上的表面张力。
F =(W1 W2 )g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW1
WWWWWWWWWWWW 222222222222
界面现象 化学理论
界面现象化学理论
界面理论包括在相界面上的各种物理、化学过程而引起的现象。
它既涉及界面区内物质的化学组成、物理结构和电子状态，又与界面两边的主体相物质的性质有关。
界面现象是研究各种不同界面的性质，随着分散度的增加，体系的比表面也相应增大，胶体的各种性质与比表面密切相关，所以对界面现象的研究就成为胶体化学的主要内容之一。
界面理论的示例：
大自然中，早晚所见到的曙光和晚霞、雨后的彩虹和光环等；日常生活中，所用的肥皂和洗衣粉的去污过程就是一种典型的界面现象，有时我们还会碰到水温低于冰点而不结冰的过冷现象、高于沸点而不沸腾的过热现象。
而在工业生产中，也常碰到废气的吸收，结晶制糖、制盐，纺织印染等许多过程，就是借助界面所具有的独特性质而得以进行的。
由于这些现象均与界面性质有关，一般又总称为界面现象。
界面现象参考答案
界面现象参考答案界面现象参考答案界面现象是指不同物质之间的接触面上所发生的各种现象和变化。
在我们的日常生活中，界面现象无处不在，无论是液体与固体的接触，气体与液体的接触，还是固体与气体的接触，都存在着各种各样的界面现象。
这些现象既有普遍性的规律，又有独特的特点，对于我们了解物质的性质和相互作用有着重要的意义。
首先，我们来探讨液体与固体的接触。
当液体与固体接触时，往往会出现液体在固体表面上的扩展现象，即液体会在固体表面上形成一层薄膜。
这是因为液体分子与固体表面分子之间存在着吸引力，使得液体分子向固体表面靠拢。
这种现象被称为润湿现象。
润湿现象的强弱可以通过接触角来衡量，接触角越小，说明润湿性越好。
润湿现象在很多领域都有应用，比如涂料的涂布性能、纸张的吸墨性能等。
接下来，我们来讨论气体与液体的接触。
当气体与液体接触时，常常会出现气泡的形成。
气泡的形成是由于气体分子在液体中的溶解度低，当气体分子进入液体中时，会集聚在一起形成气泡。
气泡的大小和数量与气体溶解度有关，溶解度越低，气泡越大，数量越多。
气泡的形成对于我们理解气体溶解和释放的过程有着重要的意义，比如在饮料中的气泡就是二氧化碳气体的溶解和释放过程。
最后，我们来研究固体与气体的接触。
当固体与气体接触时，常常会出现吸附现象。
吸附是指气体分子在固体表面附着的现象。
这种现象是由于固体表面存在着吸附位点，吸附位点上的吸附力使得气体分子停留在固体表面。
吸附现象对于我们理解气体与固体的相互作用有着重要的意义，比如在催化剂中，吸附现象可以提高反应速率。
综上所述，界面现象是一种普遍存在的现象，涉及到液体、固体和气体之间的相互作用。
润湿、气泡形成和吸附是界面现象的三个重要方面，它们在不同领域都有着广泛的应用。
通过对界面现象的研究，我们可以更好地理解物质的性质和相互作用，为科学研究和工程应用提供参考。
界面现象的应用和原理
界面现象的应用和原理1. 什么是界面现象界面现象是指在物质或能量的相互作用界面上，由于不同物质或相同物质的不同状态之间的相互作用和相互影响所产生的各种现象。
在界面现象中，物质或能量的转换、传递和堆积都会发生。
界面现象的研究对于理解物质和能量的相互作用机制，以及开发各种应用具有重要意义。
2. 界面现象的应用界面现象在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用：• 1. 液体表面张力在印刷、涂布等领域的应用：–液体表面张力的存在可以使得液体在固体表面形成一种曲面。
利用液体在固体表面上的张力特性，可以使得墨水在印刷时更加均匀分布于印刷媒介上，从而获得更好的印刷效果。
类似地，在涂布过程中，液体也会在固体表面形成一层均匀的涂层。
• 2. 表面活性剂在洗涤、乳化等领域的应用：–表面活性剂是具有可溶于水和油的分子结构，可以在液体表面形成一层薄膜。
在洗涤过程中，表面活性剂可以将油污分子与水分子结合起来，从而起到清洁的作用。
在乳化过程中，表面活性剂可以使得油水两种不相溶的液体均匀混合在一起，形成稳定的乳液。
• 3. 液滴在颗粒物料传输、药物输送等领域的应用：–液滴在不同物质之间的传输具有很好的选择性。
在颗粒物料传输过程中，可以利用液滴的表面张力和粘度特性，将颗粒物料从一处转移到另一处。
在药物输送过程中，可以将药物封装在液滴中，通过液滴在体内的传输来实现药物的定点释放。
3. 界面现象的原理界面现象的产生和发展是由于不同物质或相同物质的不同状态之间存在的相互作用和相互影响。
以下是界面现象的一些基本原理：• 1. 表面张力：–表面张力是指液体表面对于其内部的一种内聚力。
液体分子之间存在着相互吸引的力量，这种力量使得液体分子在其表面形成一层张力薄膜。
表面张力使得液体呈现出具有一定形状的表面，例如水滴的球形形状。
液体表面张力对于液体的流动、分散和吸附等过程具有重要影响。
• 2. 界面活性剂：–界面活性剂是一类具有亲水和疏水两种特性的化学物质。
界面现象
(Ⅳ)多孔吸附剂发生多分
子层吸附时会有这种等温 线。在比压较高时，有毛 细凝聚现象。例如在323K 时，苯在氧化铁凝胶上的 吸附属于这种类型。 (Ⅴ)发生多分子层吸附，
有毛细凝聚现象。例如
373K时，水汽在活性炭上 的吸附属于这种类型。
3.吸附经验式——弗罗因德利希公式
V
a
kp
n
n和k是两个经验常数，对于指定的吸附系
函数，或简称表面自由能或表面能，用符号
表示，单位为J· -2。 m
g
表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉布斯 函数的数值和量纲是等同的。
表面张力
单位面积的表面功
单位面积的表 面吉布斯函数
在恒温恒压、各相中各物质的物质的量不变时，
dG g dAs
积分得
G g As
s
当系统内有多个界面，则有
化学吸附
1.吸附力是化学键力，一般较强。
2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在 40kJ/mol 以上。 3.吸附有选择性。 4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。
5.吸附是单分子层的。
总之，化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附 质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中
会出现新的特征吸收带。
液面正面图
2 弯曲表面下的附加压力
（2）在凸面上： 研究以AB为弦长的一个球面 上的环作为边界。由于环上每点 两边的表面张力都与液面相切， 大小相等，但不在同一平面上， 所以会产生一个向下的合力。 所有的点产生的总压力为 Δ P ，称为附加压力。凸面上受 的总压力为： Po+ Δ P Po为大气压力， Δ P为附加压力。 附加压力示意图
c2 2g l s M RT ln c1 r
第十章 界面现象讲稿
F 2 l
2 lW
1
l是滑动边的长度，因膜有两个 面，所以边界总长度为2l， 就是 作用于单位边界上的表面张力。
W2 W2
恒温恒压下增加肥皂膜面积dA时，力F需对体系所作 的最小功（可逆非体积功）：
w Fdx 2 ldx dAs dG r
w / dAs G / As T , p r
AB为凸液面
弯曲表面上的附加压力
在凹面上
研究以AB为弦长 的一个球形凹面上的 环作为边界。由于环 上每点两边的表面张 力都与凹形的液面相 切，大小相等，但不 在同一平面上，所以 会产生一个向上的合 力。
Pg
Pl
弯曲表面上的附加压力 所有的点产生的向 上的合力为⊿P，称为 附加压力。凹面上的总 压力为： Pl =Pg-⊿P， 所以凹面上所受的压力 Pl 比平面上小。
W dA
'
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组 成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体 系做的可逆非膨胀功。
4.表面自由能(surface free energy)
考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加一项， 即： dU TdS PdV dA dn
U H γ ( ) S,V ,n ( ) S,P ,n A A
B
B
F G ( ) T ,V ,n ( ) T ,P ,n A A
B
B
广义的表面自由能定义： 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时， 相应热力学函数的增值。 狭义的表面自由能定义：
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积 时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能， 或简称表面自由能或表面能，用符号 或 表示，单位为J· -2。 m
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在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来
自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可
以彼此抵销，但表面分子受到
体相分子的拉力大，受到气相
分子的拉力小（因为气相密度
低），所以表面分子受到被拉 入体相的作用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸
p0 ps
p总 p0 ps
对活塞稍加压力，将 毛细管内液体压出少许 使液滴体积增加dV
相应地其表面积增加dA
克服附加压力ps所作的 功等于可逆增加表面积的表
ps
R'
p0
面Gibbs函数
ps dV dAs
ps dV dAs
V 4 3
R
'3
dV 4 R dR
'2
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
即习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体 或固体的表面。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。
1.气-液界面
空气 气-液 界面
CuSO 4 溶液
2.气-固界面
气-固界面
3.液-液界面
H2 O
Hg
液- 液 界面
4.液-固界面
面，所以边界总长度为2l， 就是作 用于单位边界上的表面张力。
l 是滑动边的长度，因膜有两个
W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W W 2 W2
2
3、影响表面张力的因素 (1)表面张力与物质的本性有关 纯物质的表面张力与分子的性质有关，通常是：
(金属键)>
温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加
dAs所需要对系统作的表面功，用公式表示为：
W dAs
'
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，p 及
组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对系
统做的可逆非体积功。
• γ 的特殊意义： （1）表面吉布斯函数 由于该过程是在恒温恒压且可逆的条件下进 行，因此： G ( )T , p dG=δ W’=γdAs 或 As
p'
p0
M
p''
N
H 2O
Hg
毛细管内液柱上升（或下降）的高度可近似
用如下的方法计算
2 p ps ' gh R
1 g
总结： 表面张力γ →产生附加压力△p→毛细上升（或下降）
a.曲率半径 R’ 与毛细管半径R的关系：
R R cos
´
如果曲面为球面
R'=R
广义的表面吉布斯函数定义：
A H U ) S , P ,nB ( )T ,V ,nB ( ) S ,V ,nB ( As As As
G ( )T , P ,nB As
狭义的表面吉布斯函数定义：
G ( )T , P ,nB As
§10.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压 一、弯曲表面上的附加压力
4、表面热力学的基本公式
根据多组分热力学的基本公式
dU TdS pdV BdnB
B
对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表 面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本
公式为
dU TdS pdV dAs BdnB
B
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
dU TdS pdV dAs BdnB dH TdS Vdp dAs BdnB
附、毛细现象、过饱和状态等。
界面现象的本质
§10.1 表面张力及表面Gibbs函数 1、表面张力和表面吉布斯函数
由于表面层分子的受力不均衡，液体表面的 最基本的特性是趋向于收缩，力图缩小表面积。 因此若将体相中的分子移到液体表面以扩大 液体的表面积，必须由环境对系统做功。这种为 扩大液体表面所作的功称为表面功，它是一种非 体积功。
p总 p0 ps
凹面上因外压与附加压力的方向相反，液体 所受的总压等于外压和附加压力之差，总压比平 面上小。
p总 p0 ps
3、拉普拉斯公式的应用
（1）自由液滴或气泡通常为何都呈球形 ？ a.假若液滴具有不规则的形状，则在表面上的 不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的附
加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，
'
As 4 R
代入
得
'2
dAs 8 R dR
'
'
ps dV dAs
2 ps ' R
------Young-Laplace 公式
R'
p0
ps
2 ps ' R
曲率半径越小，附加压力越大 凸面上因外压与附加压力的方向一致，液体 所受的总压等于外压和附加压力之和，总压比平 面上大。
(离子键)>
(极性共价键)> (非极性共价键)
水因为有氢键，所以表面张力也比较大
（2）界面张力与温度的关系
①一般情况： T↑ → γ ↓ 在相当大温度范围内γ和T成线性关系。 ②“反常”现象 少数物质如Cd、 Fe、 Cu及其合金，以及某些
硅酸盐的表面张力随T升高而增大。
(3)界面张力还与和它接触的另一相物质的性质有关 例如：水与苯的界面张力不同于水与乙醚的张力。
p0 ps
f
A
f
B
p总 p0 ps
p0 ps
由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体与
平面不同，它受到一种附加的压力，附加压力的方
向都指向曲面的圆心。 凸面上受的总压力大于平面上的压力
凹面上受的总压力小于平面上的压力
2、附加压力的大小----拉普拉斯公式 例如，在毛细管内充满液体，管端有半径为R’ 的球状液滴与之平衡。 外压为 p0 ，附加压力为 ps ，液滴所受总压为：
vapG1 vapG3 0
对凸面，R' 取正值，R' 越小，液滴的蒸汽压 越高； 对凹面， R' 取负值， R' 越小，小蒸汽泡 中的蒸汽压越低。 pr（凸液面）>pr（平液面）>pr（凹液面）
• 例1 水的表面张力与温度关系为
γ (mN/m)=75.64-0.14t(℃)，今将10kg纯水在
303K及101325Pa条件下恒温恒压可逆分散成 R’=r=10-8m的球形雾滴，计算（1）环境所消 耗的非体积功；（2）小雾滴的饱和蒸汽压； （3）该雾滴所受的附加压力。（已知303K及
101325Pa时，水的体积质量为995kg/m3，不
考虑分散度对水的表面张力的影响）
解：（1）非体积功即表面功 Wr’=γAs γ=75.64-0.14(303-273)=71.44 mN/m 雾滴半径为r，个数为N，则总表面积As为：
γ称为表面吉布斯函数，即增加单位面积时所增加的 吉布斯函数。 表面层分子比体相分子具有更高的能量，因此γ 也简称为表面能。
（2）表面张力 由于γ的单位是J· m-2=N· m· m-2=N· m-1，所以γ也可理解 为与液面相切方向上垂直作用在单位长度表面上的 收缩力，即液体表面存在的使其面积减小的力，称 为表面张力，即γ的俗称物理意义。 表面张力的方向: ●平液面：沿液面而与液面平行。 ●弯曲液面：液面的切线方向。
p0
A
沿AB的周界上的表面张力不
是水平的，作用于边界的力 将有一指向液体内部的合力 所有的点产生的合力 和为 ps ，称为附加压力 凸液面上受的总压力为：
f
BБайду номын сангаас
ps
f
p0 ps
p总 p0 ps
（3）在凹面上
由于液面是凹面，沿AB
的周界上的表面张力不能抵
消，作用于边界的力有一指
向凹面中心的合力 所有的点产生的合力 和为 ps ，称为附加压力 凹面上受的总压力为：
As as m
其表面积。
As 或aV V
式中，m 和 V 分别为固体的质量和体积，As为
目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。
五、分散度与比表面 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。
分散程度越高，比表面越大，界面效应也越明显。
1、附加压力：弯曲液面内外压力差 （1）在平面上 对一小面积AB，沿AB的 四周每点的两边都存在表面
f
p0
A
B
f
张力，大小相等，方向相反，
所以没有附加压力 设向下的大气压力为po， 向上的反作用力也为po ，附
p0
ps p0 p0 0
加压力ps等于零。
（2） 在凸面上
由于液面是弯曲的，则
物理化学电子教案—第十章
界面现象
第十章
界面现象
§10.1 表面张力及表面吉布斯函数
§10.2 弯曲表面下的附加压力和蒸气压
§10.3液-固界面－润湿作用 §10.4表面活性剂及其作用 §10.5固体表面的吸附
一、表面和界面 (surface and interface) 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，
W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W 2 W W 2 W2
2
如果在活动边框上挂一重物，
使重物质量W2与边框质量W1所产
生的重力与总的表面张力大小相 等方向相反，则金属丝不再滑动。
F =(W1 W2 ) g = 2 l
这时
F 2 l
2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 2 lW 2 2 l l 1