界面现象及其调控
专题讲解_界面现象_胶体化学
外表吉布斯自由能和外表力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，这种界面称为外表〔surface〕。
2、界面现象：由于界面两侧的环境不同，因此外表层的分子与液体的分子受力不同：1.液体局部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.处在外表层的分子受周围分子的引力是不均匀的，不对称的。
由于气相分子对外表层分子的引力小于液体局部子对外表层分子的引力，所以液体外表层分子受到一个指向液体部的拉力，力图把外表层分子拉入部，因此液体外表有自动收缩的趋势；同时，由于界面上有不对称力场的存在，使外表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，在外表会发生许多现象，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、比外表〔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〕的物质所具有的外表积。
用数学表达式，即为：A0=A/V高分散体系具有巨大的外表积。
下表是把一立方厘米的立方体逐渐分割成小立方体时，比外表的增长情况。
高度分散体系具有巨大外表积的物质系统，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、外表功在温度、压力和组成恒定时，可逆地使外表积增加dA所需要对体系做的功，称为外表功〔ω’〕。
-δω’=γdA(γ:外表吉布斯自由能，单位：J.m-²)5、外表力观察界面现象，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力，称为界面力〔interface tension〕或外表力〔surface tension〕。
它作用在外表的边界面上，垂直于边界面向着外表的中心并与外表相切，或者是作用在液体外表上任一条线两侧，垂直于该线沿着液面拉向两侧。
第十章界面现象解析
1 mol 饱和蒸气 (pr)
G2
pr p
Vm
(
g
)dp
RT
ln
pr p
p p
G p
Vm (l)dp
Vm (l)p
M 2 r
RT ln
pr p
Vm
2
r
M
2
r
开尔文公式
1. Kelvin公式可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸 气泡的蒸气压之比
RT ln pr 2M 2Vm p r r
as As / m或as As /V
3. 多孔硅胶、分子筛、活性炭、纳米材料具有很 高的比表面积
分散度与比表面积
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。
把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体：
立方体边长(m)
10-2 10-4 10-6 10-8 10-9
p大气
h
p
产生过热液体示意图
p 2 11780kPa
r
在实验中,为防止液体的过热现 象,常在液体中投入一些素烧瓷 片或毛细管等物,因为这些多孔 性物质的孔中储存有气体,它们 成为新相的种子,使液体的过热 程度大大降低
过冷液体
过冷液体:应当凝固而未凝固的液体 主要原因:因为微小晶体的饱和蒸气压恒大于普通晶体 的饱和蒸气压。
p
C
O’ O
.A‘ A
0
Tf’ Tf
t
产生过冷液体现象示意图
在过冷液体中,加入小晶体作为 新晶种,则能使液体迅速凝固
过饱和溶液
过饱和溶液:在应当温度下,溶液的浓度已超过了饱和浓度, 而仍未析出晶体的溶液
主要原因:小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度.
物理膜学中的界面现象研究与应用
物理膜学中的界面现象研究与应用物理膜学是研究膜的物理性质和现象的学科，它是化学、物理、材料科学等多个领域交叉的产物。
而膜作为一种重要的分离材料，其在生活中广泛应用，例如海水淡化、废水处理、饮用水处理、气体分离、电池、锂离子电池等领域。
因此，研究和掌握膜的物理性质对于开发新的材料、改进技术、提高产品质量和降低成本具有重要的意义。
在物理膜学中，界面现象是一个研究的重点。
以水分子为例，一个水分子在液体水中有着不同于在气体中的性质。
当水与气体接触时，会形成一个界面，此时水的表面张力和另一种分子间作用力就变得很重要了。
表面张力是指液体表面因调整其分子排布而发生的张力。
当将一只细管插入液体中，能发现液体在细管内自然上升形成一个微小的凸起。
这是因为在液体与细管壁形成一个界面时，液体内分子间作用力使液体尽量减少表面积，导致表面张力和液体重力之间形成了一个均衡。
界面现象是物理膜学中的一个重要研究领域。
膜材料通常需要在各种不同的界面下工作，例如液相、气相、电解质等。
这些界面中的现象决定着分离、传输和反应的效率和选择性。
因此，掌握膜材料在不同界面下的性质，对于提高膜的分离能力和稳定性具有非常重要的意义。
例如，在海水淡化中，水通过纳滤膜分离出来。
这种分离过程涉及水与气相之间的界面，因此表面张力对分离的效率和能耗有显著的影响。
研究表面张力可帮助优化膜材料的制备和设计，从而提高分离能力和效率。
另一方面，电池或锂离子电池中的电极和电解质之间也存在一个界面。
这个界面的性质决定着电池的能量密度、循环寿命和稳定性。
研究界面现象可以帮助优化电池的设计，并且掌握电极和电解质之间的相互作用，从而提高电池的性能。
在医学上，膜材料也有着广泛的应用。
例如，膜可以用于分离生物分子、过滤血液、修复组织等。
在这些应用中，膜与生物体的界面现象极其重要。
了解和掌握膜与生物体界面的性质，可以帮助开发新的医疗器械和药物，从而提高治疗效果和减少副作用。
总之，物理膜学中的界面现象研究对于膜分离、生物医学、化工、电池等多个领域都有着重要的意义。
软物质的界面现象与性能调控探讨
软物质的界面现象与性能调控探讨哎呀，一提到“软物质的界面现象与性能调控”，可能好多人会觉得这是个超级复杂、超级高大上的话题。
但其实啊，咱们生活里到处都有软物质的影子，只是咱们没太注意罢了。
就说我前段时间去超市买果冻的事儿吧。
我拿起一个果冻，那滑溜溜的表面，是不是就是一种软物质的界面呢？当我轻轻挤压它，能感觉到它的弹性和柔软，这其实都和软物质的性能有关。
咱们先来说说啥是软物质。
软物质啊，不是像钢铁那种硬邦邦的东西，它包括了像聚合物、胶体、液晶等等这些。
比如说，咱们常用的洗发水，里面的那些成分形成的胶束就是软物质；还有女孩子爱用的乳液，那也是软物质的一种。
软物质的界面现象那可有趣了。
就像那果冻的表面，为啥那么光滑？这是因为在界面处，分子的排列和相互作用跟内部是不一样的。
再比如说，荷叶表面为啥能让水珠滚来滚去不沾湿？这也是一种特殊的界面现象，叫超疏水界面。
这些界面现象可不是光看着好玩，它们对软物质的性能有着很大的影响。
比如说，一种材料的亲水性或者疏水性，就决定了它能不能很好地吸附水分，或者能不能防水。
这在很多领域都特别重要。
咱们就拿药物输送来举个例子。
想象一下，要把一种药物准确地送到病变的部位，这时候就得靠对软物质的性能调控。
比如说，把药物包裹在一个小小的纳米粒子里，这个纳米粒子的表面性质就得好好设计。
如果要让它能顺利地通过血液，到达目标位置，那它的界面就得是亲水的，这样才能和血液里的成分“友好相处”。
再说说食品工业。
做蛋糕的时候，为啥鸡蛋和面粉能搅拌得那么均匀？这也和界面现象有关。
还有，冰淇淋的口感为啥那么细腻？也是因为在制作过程中对软物质的性能进行了调控。
还有咱们穿的衣服。
现在不是有很多防水透气的面料吗？这就是通过改变面料中软物质的界面性质，实现了既能挡雨又能透气的神奇效果。
在科研领域，科学家们一直在努力探索怎么更好地调控软物质的界面现象和性能。
比如说，用一些特殊的技术，像等离子体处理、化学修饰等等，来改变材料的表面性质。
软物质的界面现象与性能调控研究
软物质的界面现象与性能调控研究软物质，这听起来好像有点神秘，有点高大上，但其实它就在咱们的日常生活中，无处不在。
咱们先来说说啥是软物质。
比如说，洗发水、牙膏、牛奶，甚至咱们身体里的血液和细胞，这些都是软物质。
软物质有个很特别的地方，就是它们的界面现象特别有趣。
就拿洗发水来说吧，你洗头的时候，洗发水倒在手上，感觉滑溜溜的，这就是软物质的界面现象在起作用。
洗发水能把头发上的油污带走，让头发变得干净清爽，这里面的学问可大着呢！还有牛奶，你有没有仔细观察过牛奶的表面？当你轻轻晃动装牛奶的杯子，牛奶表面会形成一些小小的波纹，这也是软物质界面现象的一种表现。
那软物质的界面现象到底是怎么回事呢？简单来说，就是软物质与周围环境接触的那个面所发生的各种变化和相互作用。
比如说，表面张力、浸润性等等。
咱们来详细聊聊表面张力。
你有没有试过把一枚硬币轻轻地放在水面上，它居然能浮在水面上，而不是马上沉下去。
这就是因为水有表面张力，就像给水面铺上了一层看不见的“薄膜”，能够支撑起比较轻的物体。
再来说说浸润性。
想象一下，你把一滴水落在玻璃上，它会很快散开；但如果落在荷叶上，就会形成一颗颗圆圆的水珠滚落下来。
这就是因为玻璃和荷叶对水的浸润性不同。
那这些界面现象对软物质的性能又有啥影响呢？这可太重要啦！比如说，在化妆品的研发中，如果能调控好界面现象，就能让护肤品更容易被皮肤吸收，让化妆品的效果更好。
我记得有一次，我去参加一个科学展览。
在那里，有一个展示台专门展示了软物质的界面现象。
他们把不同的液体放在特殊的容器里，通过改变温度、添加化学物质等方式，让我们亲眼看到了液体界面的神奇变化。
当时我就被深深吸引住了，站在那里看了好久。
在工业生产中，软物质的界面现象和性能调控也有着广泛的应用。
比如，在石油开采中，为了让石油更容易从地下岩石的孔隙中流出来，就需要研究和调控软物质的界面性能，提高采油效率。
在生物医药领域，软物质的界面现象也至关重要。
材料物理化学：10界面现象
§10 界面现象在有关固体催化反应动力学一章中，我们已经简单地讨论了固体物质表面上的一些现象——吸附。
本章将讨论的重点放在液体的界面上。
举例有关界面现象：密切接触的两相之间的过渡区称为界面（interface），约有几个分子的厚度。
实际上，当两个不同的物相之间表现了与两个本体中的不同性质的现象就称为界面现象。
界面的相接触有：s-s，s-l，s-g，l-l，l-g。
界面现象的出现是因为界面层的分子所受到的分子-分子之间的作用力与相本体中的分子所受到作用力不一样，在相本体中的分子受到的作用力是对称的、均匀的，而界面层的分子受到两个不同相中不同分子的相互作用，而作用力是不对称的、不均匀的。
因此界面层的性质与相本体的性质不同。
作用力大的那一相有自动收缩其界面到最小值的趋势。
对于固体物质的界面就表现为对气体或液体物质的吸附。
对于一个体系而言，界面现象（界面性质）所表现的显著程度，取决于体系的相对界面积大小，相对界面积的大小可以用比表面来表示：A o ＝V A或 A o ＝mA 比表面小的体系，界面现象表现不显著，常常可以忽略；比表面大的体系，表现出很显著的界面现象。
表13.1为相同体积（或质量）不同尺寸时界面积的大小。
●§10.1表面Gibbs 自由能和表面张力 ● §10.1.1表面Gibbs 自由能和表面张力的概念由于表面上的分子所受到的力与相本体中分子所受到的力不同，所以如果将一个分子从相本体中移到表面成为表面分子（或者说扩大表面积），就必须克服体系内部的分子间作用力而对体系做功。
在等温、等压和组成不变时，可逆地使表面积增加dA 所需要对体系做的功，称为表面功：－δw ’＝γdA γ＝dAw 'δ- γ为比例系数。
它在数值上等于当等温、等压及组成不变的条件下，增加单位表面积时必须对体系做的可逆非膨胀功。
将表面功引入到热力学中，得到：dU= TdS ―pdV ＋γdA ＋∑BμB dn BdH= TdS ＋Vdp ＋γdA ＋∑BμB dn BdF ＝―S dT ―pdV ＋γdA ＋∑BμB dn Bd Ｇ＝―S dT ＋Vdp ＋γdA ＋∑BμB dn Bγ＝(A U ∂∂)S ，V ，n B ＝(A H ∂∂)S ，p ，n B ＝(A F ∂∂)T ，V ，n B ＝(AG ∂∂)T ，p ，n B 从能量的角度上看：γ就是等温、等压及组成不变的条件下，每增加单位表面积时所引起的Gibbs 自由能变化，所以可以称为表面Gibbs 自由能。
材料学中的界面现象与控制技术
材料学中的界面现象与控制技术材料领域中的界面现象和控制技术一直是一个备受关注的研究领域。
材料的性能和结构常常取决于界面上的相互作用。
因此，对材料的制备和处理过程中的界面现象进行深入研究，对于材料的性能的改善以及新型材料的开发具有重要的意义。
一、界面现象界面在材料学中是指材料间的分界面，如晶界、相界、塑性流界面等。
界面现象是指在材料的表面及其内部分界面周围发生的现象，例如晶体生长、相变、结晶失稳等。
1. 晶体生长晶体生长是在已有晶体基底上连续生长新晶须的过程。
晶体生长过程中，晶界行进速度的大小在很大程度上决定了晶体的质量和形态。
在材料制备的过程中，通过控制晶界的运动行为，可以获得质量更好、形状更合适的晶体。
2. 相变相变是材料中物理性质及其结构的突变。
在材料的熔融、凝固、固态反应等过程中，相变是相当重要的一个问题。
例如，利用相变可以实现合金的调控和纯化。
控制相变过程中的界面现象，对于材料结构和性能的改善和控制，有重要的意义。
3. 结晶失稳结晶失稳是指晶体长大过程中因运动过程中的断裂或者基底结构的不稳定而产生晶界扭曲、生长势头不稳定等现象。
这种现象对于晶体结构和性能的影响也是不可忽视的。
研究结晶失稳的机理，可以指导不同材料的合理处理以及材料的掺杂成分及其处理条件的选择。
二、控制技术在材料学中，通过对界面现象的控制，可以实现材料的结构和性能的提高。
由此，一些控制技术应运而生。
1. 界面工程界面工程是材料学中一种重要的技术手段，其主要目的是改善材料的界面性能。
例如，可以通过形成定向和稳定的晶界，以实现材料的优化、增强材料界面的密附性并提高渗透和热回收效率。
还可以通过控制晶界的数量和尺寸，改变材料的性质，从而实现多种性能的组合。
2. 界面改性改性技术是指通过改变材料界面的组成和结构，达到控制和改善材料的性质和结构的目的。
例如，通过控制合金固液界面的亲和力，可以实现合金的纯化和配置。
通过改变聚合物间界面构成，可以实现聚合物的强度、韧性、硬度等基本性能的改善。
软物质的界面现象与性能调控
软物质的界面现象与性能调控软物质这玩意儿，听起来好像挺玄乎，但其实在咱们日常生活中到处都是。
比如说，洗发水、牛奶、胶水，这些东西都属于软物质。
而软物质的界面现象和性能调控，那可就更有意思啦！咱们先来说说软物质的界面现象。
就拿洗发水来举例吧，大家洗头的时候有没有想过，为啥洗发水能那么容易起泡沫？这就是软物质的界面现象在起作用。
洗发水和水接触的那个面，就叫做界面。
在这个界面上，表面活性剂分子会排列得整整齐齐，就像一群训练有素的小士兵，把水和油隔开，然后一搓揉，就产生了丰富的泡沫。
再比如说牛奶，大家都知道牛奶是乳白色的液体。
可你要是把牛奶放在显微镜下观察，就会发现里面其实有很多小小的脂肪球。
这些脂肪球和牛奶中的水之间的界面，也有着独特的现象。
正是因为这种界面的存在，牛奶才不会一下子就分层，能保持相对稳定的状态。
那性能调控又是咋回事呢？还拿洗发水说事儿，有的洗发水能让头发更柔顺，有的能去屑，这就是通过调控洗发水的成分和配方，改变了它的性能。
比如说，增加一些柔顺剂，就能让头发洗完更顺滑；加入去屑成分，就能有效地去除头皮屑。
我记得有一次，我在家里做实验，想自己调制一款“超级洗发水”。
我把各种各样的材料都找来，有从超市买的表面活性剂，还有一些植物提取物。
我按照自己的想法一通混合，结果弄出来的东西根本不起泡沫，洗头发的时候感觉头发黏糊糊的，特别糟糕。
这让我深刻地认识到，软物质的性能调控可不是随便瞎搞的，得有科学的方法和精确的比例。
再比如说胶水，咱们平常粘东西用的胶水，有的粘性特别强，有的干得特别快。
这也是通过对胶水的成分进行调控实现的。
如果想要粘性强，就得增加一些能够增强分子间作用力的成分；要是想让它干得快，就得调整溶剂的挥发速度。
在工业生产中，软物质的界面现象和性能调控就更加重要了。
比如说化妆品行业，一款好的面霜，既要能滋润皮肤，又不能让皮肤感觉油腻，这就需要对油脂和水分的比例进行精细的调控，还要考虑到它们之间的界面性质。
软物质的界面现象与调控机制
软物质的界面现象与调控机制软物质这个概念，听起来是不是有点玄乎？其实啊，它就在咱们的日常生活中无处不在。
从咱们喝的牛奶，到用的洗发水，再到生物体内的细胞结构，都属于软物质的范畴。
先来说说软物质的界面现象。
这就好比咱们做蛋糕的时候，蛋白和蛋黄的分离，它们之间的那个“交界”，就是一种界面。
软物质的界面可有意思啦！比如说，油和水放在一起，它们不相融，就会形成一个明显的界面。
但要是往里面加一些表面活性剂，嘿，这界面就会发生变化，油和水就能混合得更好。
我记得有一次在家做沙拉，想要把橄榄油和醋好好地混合在一起。
一开始怎么搅和都不均匀，上面是油，下面是醋。
后来我突然想到了软物质的界面知识，赶紧加了一点点的盐（这盐就类似于表面活性剂），再搅拌搅拌，奇迹发生了！油和醋逐渐融合，不再分层得那么明显。
这让我真切地感受到了软物质界面现象的神奇。
软物质的界面调控机制也是非常重要的。
就拿我们的皮肤来说吧，皮肤表面其实就是一个复杂的软物质界面。
如果我们想要让皮肤更好地吸收护肤品中的营养成分，就得了解这个界面的调控机制。
比如说，某些护肤品会通过改变其分子结构，让它们更容易穿透皮肤的界面，从而发挥作用。
再比如，在制药领域，药物的有效成分要想被人体吸收，也得解决软物质界面的问题。
有些药物颗粒太大，不容易进入细胞，这时候科学家们就得想办法调控药物的界面性质，让它们变得更容易被细胞“接纳”。
在工业生产中，软物质的界面调控机制也大有用处。
像是涂料的制作，如果不能很好地控制界面性质，涂料可能就会不均匀，影响美观和使用效果。
还有印刷行业，油墨在纸张上的附着和渗透，也与软物质的界面现象和调控机制密切相关。
总之，软物质的界面现象与调控机制虽然听起来很专业、很高深，但其实与我们的生活息息相关。
只要我们多留意、多观察，就能发现它在各个领域发挥的重要作用。
说不定，下次您在做饭、化妆或者做手工的时候，也能想到这些有趣的知识呢！。
软物质的界面现象与调控
软物质的界面现象与调控嘿，朋友们！今天咱们来聊聊一个有点神秘但又超级有趣的话题——软物质的界面现象与调控。
先来说说啥是软物质哈。
软物质呢，就像是我们生活中的一些“小调皮”，它们不像钢铁、石头那些硬邦邦的东西，而是有着自己独特的“性格”。
比如说，胶水、洗发水、液晶，甚至我们身体里的细胞和蛋白质，这些都属于软物质。
那软物质的界面现象又是啥呢？这就好比两个不同的“小团体”在交界处发生的有趣故事。
比如说，你把一滴油滴到水里，油和水的交界处就是一个界面。
在这个界面上，会发生很多神奇的事情。
我记得有一次，我在家里做实验。
我想看看油和水到底怎么相处。
我把食用油小心翼翼地滴进装着水的透明杯子里，就那么一瞬间，油滴像个小气球一样浮在水面上。
油和水之间的分界线特别明显，就好像它们在互相说：“别靠近我，咱们可不是一伙的！”这就是软物质界面现象的一个小例子。
软物质的界面现象可不只是好看好玩，它对我们的生活有着实实在在的影响。
比如说，在化妆品里，如果界面调控不好，那乳液可能就不均匀，涂在脸上的效果就大打折扣啦。
再来说说调控。
调控软物质的界面现象，就像是当两个“小团体”闹矛盾的时候，我们出来当和事佬，让它们能和谐相处。
科学家们通过各种巧妙的方法来调控软物质的界面。
有一种方法是改变温度。
就像我之前做的那个油和水的实验，如果给杯子加热，你会发现油滴在水里的状态会慢慢发生变化。
原本界限分明的油和水，会变得有点“暧昧不清”，开始相互融合。
还有添加表面活性剂。
这就像是给两个“小团体”分别派去了友好的使者，让它们更容易沟通和融合。
比如说，我们用的洗洁精里就有表面活性剂。
它能让油和水更好地混合在一起，这样就能把油腻的盘子洗得干干净净。
在工业生产中，软物质的界面调控也起着至关重要的作用。
比如说在制药过程中，药物的有效成分需要均匀地分散在载体中，这就需要对软物质的界面进行精确的调控，才能保证药物的效果和稳定性。
在材料科学领域，软物质的界面调控更是能创造出各种神奇的新材料。
软物质的界面行为与调控
软物质的界面行为与调控在我们的日常生活和科学研究中，软物质是一类非常独特且重要的物质形态。
从常见的洗发水、牛奶，到生物体内的细胞膜、蛋白质等，都属于软物质的范畴。
软物质的一个显著特点就是其在界面上表现出的特殊行为，而对这些行为的调控则具有重要的科学意义和实际应用价值。
首先，让我们来理解一下什么是软物质的界面。
简单来说，界面就是两种不同物质相接触的区域。
比如，水和空气的接触面就是一个界面。
对于软物质而言，其界面行为与传统的硬物质有很大的不同。
这是因为软物质的分子结构和相互作用方式较为复杂，往往具有柔性和可变形性。
以聚合物溶液为例，当它与另一种液体接触时，界面处的聚合物分子会发生重新排列和构象变化。
这种变化会影响到界面的张力、黏度等物理性质。
在某些情况下，界面处还会出现分子的选择性吸附或排斥，从而进一步改变界面的特性。
软物质的界面行为在许多领域都有着重要的影响。
在材料科学中，例如涂料和胶粘剂的性能很大程度上取决于其在界面上的粘附和润湿行为。
如果涂料能够很好地润湿被涂覆的表面，并且在界面处形成牢固的结合，那么就能够提供良好的防护和装饰效果。
相反，如果界面结合不良，就容易出现剥落、起皮等问题。
在生物医学领域，细胞与细胞外基质之间的界面相互作用对于细胞的生长、分化和迁移起着至关重要的作用。
药物的传递和释放也与药物载体和生物组织之间的界面行为密切相关。
只有深入了解这些界面行为，我们才能够设计出更有效的药物传递系统，提高治疗效果。
那么，如何对软物质的界面行为进行调控呢？一种常见的方法是通过改变软物质的分子结构和化学组成。
比如，通过在聚合物分子中引入特定的官能团，可以改变其在界面上的亲疏水性，从而调控界面张力和润湿性能。
另一种方法是利用外部场的作用。
例如，电场、磁场和温度场等都可以对软物质的界面行为产生影响。
在电场的作用下，带电的软物质分子会发生定向移动，从而改变界面处的电荷分布和分子排列。
温度的变化则可以改变软物质的相态和分子运动状态，进而影响界面性质。
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”。
界面现象及其调控
表面张力
(4) 与压力的关系。
a．表面分子受力不对称的程度 σ ↓ P↑ b．气体分子可被表面吸附，改变σ ↓ c．气体分子溶于液相 一般：P↑1 MPa, σ↓1 mN/m。eg:
表2 水的压力与表面张力关系
σ↓
0.1 MPa
H2O = 72.8 mN/m
H2O = 71.8 mN/m
1 MPa
1.沾湿（adhesional wetting）
气 液 固 液 固
图11 沾湿
D Ga = s
sl
- sl- s
s
= W a¢ （改变单位面积）
- D G a = W a¢ > 0
粘湿功
自动进行
四个基本定律
2.浸湿（immersional wetting） D G i = s sl - s s = - W i¢
从0到T的时间内，表面张力随 时间的变化值称为动态表面张力。
表面张力
A、B、C、D四点之后的表 面张力值为静表面张力值。 浓度越大，表面张力随时间 下降越多，达到平衡的时间越 短。
对离子型表面活性剂，有无 机盐存在时，可大大减少表面 张力时间效应。 碳链小于8的醇类，时间效应 极小，1s以内即达平衡。
图1 界面相示意图
界面的结构和性质与相邻
两侧的体相都不相同。
表面张力
表1 与界面性质有关的界面现象与相关技术
界面 界面现象 有关的工艺、技术举例
蒸发、蒸馏、吸收、冷凝、泡沫分离 萃取、液膜分离、乳化、破乳
液气 云、雾、雨、露、泡沫、毛 细作用等 液液 牛奶、豆浆、乳液聚合、液 液铺展等
固液 润湿、吸着与吸附、胶体溶 催化、电泳、电渗析、电解、吸附、溶 液、动电现象、电极过程等 解、结晶、沉淀、浮选、铺展、侵取 固气 尘、烟（气溶胶）、升华、 吸附、催化等 固固 固相反应、粘附、摩擦等 气固催化反应、气体吸附升华 渗混、筛分、球磨、制动
《物理化学教学课件》第十章界面现象
界面现象的基本原理
表面张力
表面张力是物质表面分子或离子间的吸引力，使得物质表 面尽可能收缩。表面张力的大小与物质种类和温度有关。
润湿
润湿是指液体在固体表面铺展或被固体表面吸附的现象。 润湿与固体的表面能、液体的表面张力以及固体与液体之 间的相互作用力有关。
吸附
吸附是指物质在界面上的富集现象。吸附可以分为物理吸 附和化学吸附，物理吸附主要与物质在界面上的范德华力 有关，化学吸附则涉及到化学键的形成。
润湿是指液体在固体表面铺展并覆盖住表面的现象，而不润湿则是指液体不能在固体表面 铺展的现象。
润湿与不润湿产生的原因
润湿与不润湿现象的产生与液体和固体表面的分子间相互作用有关，当液体分子与固体表 面分子间的相互作用力大于液体分子间的内聚力时，就会产生润湿现象；反之则产生不润 湿现象。
润湿与不润湿的应用
能源
能源的储存与转化过程中涉及大量界面现象，如电池、燃料电池等，深入研究 界面现象有助于提高能源利用效率和降低环境污染。
环保
污水处理、大气污染控制等领域涉及大量界面现象，通过优化界面现象可实现 更高效的环保技术。
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毛细现象
毛细现象定义
毛细现象是指由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中上 升或下降的现象。
毛细现象产生的原因
由于液体的表面张力作用，使得液体会在细管中产生向上的附加压 力，从而使液体在细管中上升。
毛细现象的应用
毛细现象在自然界和日常生活中广泛存在，如植物的吸水、毛细血 管等。
润湿与不润湿
润湿与不润湿定义
04
界面现象的实验研究方法
表面张力测量方法
表面张力是液体表面所受到的垂 直于表面方向的力与表面每单位
化学矿石的界面现象与界面反应
润湿现象
定义：液体在固体表面铺展的能力
Hale Waihona Puke 影响因素：液体性质、固体性质、温度、压力等
润湿角：衡量润湿程度的参数，小于90度为润湿，大于90度为不润湿
润湿现象在化学矿石界面反应中的应用：影响化学反应速率和产物分布
吸附现象
定义：化学矿石表面对气体、液体或固体的吸附
密度泛函理论：通过密度泛函理论来研究界面现象与反应
蒙特卡罗模拟：通过随机抽样来研究界面现象与反应
微观结构表征技术
添加标题
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添加标题
添加标题
X射线衍射技术：分析化学矿石的晶体结构
电子显微镜技术：观察化学矿石的微观结构
拉曼光谱技术：检测化学矿石的振动模式
电子探针技术：分析化学矿石的元素组成和化学键类型
界面吸附：影响化学反应速率和产物
界面现象与反应的应用
PART 03
在采矿工程中的应用
界面现象与反应在采矿过程中的应用实例
界面现象与反应在采矿工程中的发展趋势与挑战
界面现象与反应在采矿工程中的重要性
界面现象与反应对采矿效率的影响
在矿物加工中的应用
矿物浮选：利用界面现象实现矿物与杂质的分离
矿物冶炼：利用界面现象和反应提高金属回收率
界面反应的模拟与预测：利用计算机模拟和预测界面反应的过程和结果，为实验提供指导
界面反应的应用：将界面反应应用于实际生产中，如催化剂的制备、材料的合成等
界面现象与反应的理论模型建立
理论模型的重要性：为理解和预测界面现象与反应提供基础
理论模型的发展历程：从简单的经验模型到复杂的物理化学模型
理论模型的应用：在材料科学、环境科学等领域的应用
《物理化学教学》第十章 界面现象
由于 dn
2
M2 r＝
Vm r
4 r 2(dr ) / M
——Kelvin公式
由Kelvin公式可知： 1) r 越小，pr 越大;
2) p凸> p平> p凹
整理ppt
23
3. 亚稳态及新相生成
(1) 过饱和蒸气
在t0温度下缓慢提高蒸 气的压力 (如在气缸内缓慢 压缩)至A点，蒸气对通常 液体已达到饱和状态p0， 但对微小液滴却未达到饱 和状态，所以蒸气在A点 不能凝结出微小液滴。要 继续提高蒸气的压力至B 点，达到小液滴的饱和蒸 气压p 时，才可能凝结出 微小液滴。
22
饱和蒸气压与液滴曲率半径关系的推导：
dn的微量液体转移到小液滴表面 小液滴面积A：4r2 4(r+dr)2
面积的增量：dA = 8rdr
dG = dA= 8rdr
又：dn液体由p pr：
所以有 (dn)RT ln pr p
可导出：
RT
ln
pr p
dG = (dn)RTln(pr/p)
8 rdr
合力对凸液面下液体造成额外压力。将凹
液面一侧压力以p内表示，凸液面一侧压力 用p外表示，附加压力
Δp = p内－p外
整理ppt
13
球形液滴(凸液面)，附加压力为： p p内 p外 pl pg
液体中的气泡(凹液面)，附加压力: p p内 p外 pg pl
这样定义的p总是一个正值，而力的方向指向凹面曲率半 径中心。
这种在正常相平衡条件下应该凝结而未凝结的蒸气，
称为过饱和蒸气。
整理ppt
24
(2) 过热液体
液体内部产生气泡所需压力：
pi = p大+ p静+Δp 由此所需的温度： Ti ＞T正常 因此很容易产生暴沸。
第九章 界面现象.
在讲界面现象之前，让我们先看看日常生活的有关现象：
荷叶上的水珠会自动成球形。 荷
叶 上
玻
璃 上
毛细现象
物理化学 课件
第九章 界面现象
微小液滴易挥发（小颗粒晶体易溶解）
活性碳脱色 橘子皮为什么可除去冰箱中的臭味 金属粉末在空气中可自燃 。粉尘爆炸。 纳米材料为什么会呈现强烈的表面效应等等。 以上现象皆与物质的界（表）面有关。
地保墑。 墑情好的土壤中存在丰富的毛细管，
锄地可以切断地面的毛细管，防止土壤
中的水分沿毛细管上升到表面而挥发；
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 另一方面，由于液态水在毛细管中呈凹面，饱和蒸地表和土壤深处毛细管的同时， 还有利于大气中水汽在土壤毛细管中凝结，增加土壤水分，这就是 锄地保墑的科学原理。 此外，硅胶作为干燥剂同样是利用毛细管现象，请读者自己理
通过毛细管与位于管端的半径为r的
小液滴相连接。 液滴所承受的外压为p0和弯曲液面的附加压力p之和p+ p0， 平面液面上活塞施加的压力为p。
物理化学 课件
第九章 界面现象
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果 例9.2 已知20℃时水的表面张力为0.0728Nm-1，如果把水分散成小 水珠，试计算当水珠半径分别为1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5 cm时, 曲面下的附加压力为多少？
由图可知，毛细管半径R与弯曲液面的
曲率半径R的关系为R=Rcos，结合上式可
得液体在毛细管中上升的高度为
2 cos θ h R( - ) g
（9 - 20）
由上式可知，在一定的温度下，毛细管越细，液体对毛细管润
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RT dc
Γ——溶质在单位面积的表面层中的吸附量(molm-2)(在 单位面积的表面层中所含溶质的物质的量与同量 溶剂在本体中所含溶质的物质的量的差值，亦称 表面过剩)。
9
表面张力
从表面现象的微观成因， 我们还可以得出一个结论： 表面相分子密度较液相分子 低，因而表面相分子间存在 较大吸引力。
从宏观层面来看，液体表 面仿佛存在一层紧绷的液 膜，在膜内处处存在的使 膜紧绷的力即为表面张力。
图3 表面分子紧绷液膜
表面张力的存在解释了别针和蚊子 为什么可以漂在水面上。
表面张力
图7 平液面和球形液滴的附加压力
四个基本定律
球形液滴(凸液面)，附加压力为： p p 内 p 外 p l p g 液体中的气泡(凹液面)，附加压力: p p 内 p 外 p g p l
这样定义的p总是一个正值，方向
指向凹面曲率半径中心。
Δp pl
p所做功做功等于表面自由能的 变化。可得
pl
面上方为气相，压力pg ；下方为液相，
压力pl ,底面与球形液滴相交处为一圆
周。圆周外液体对球缺表面张力作用
在圆周线上，垂直于圆周线，而且与
pg pl
pg
液滴表面相切。圆周线上表面张力合
力对凸液面下液体造成额外压力。将
凹液面一侧压力以p内表示，凸液面一 侧压力用p外表示，附加压力
pl Δp
Δp = p内－p外
表面张力
(4) 与压力的关系。
一般：P↑1 MPa, σ↓1 mN/m。eg:
表2 水的压力与表面张力关系
0.1 MPa H2O = 72.8 mN/m
1 MPa
H2O = 71.8 mN/m
表面张力
三、溶液的表面张力——组成的影响
Ⅰ：无机盐、蔗糖、甘醇等多羟基
有机物等c，，称为表面惰
性物质。在表面发生负吸附。所以称表面吉布斯函数单位J·m-2。
表面张力
2.表面张力的影响因素
（1）与物质的本性有关——分子间相互作用力 越大，σ越大。
（2） 与接触相的性质有关。
例：气－液界面： σ(金属键) > σ (离子键) > σ (极性键) > σ (非极性键)
（3） 温度的影响：温度升高，界面张力下降。 极限情况：T→Tc时， σ →0。 T ↑，分子动能↑，分子间吸引力↓ ，σ↓ 对 Cd, Fe, Cu 合金及一些硅酸盐液体，T↑，σ↑。
气固催化反应、气体吸附升华
固固 固相反应、粘附、摩擦等
渗混、筛分、球磨、制动
表面张力
二、表（界）面张力
1.纯液体的表面张力
表面相分子受力不均匀，其分 子有被拉入液相的趋势。
这种受力不均匀性是表面现象 产生的微观成因。
液体的表面积因而有自发收缩 的趋势。
这解释了为什么液滴会以球形的 形态存在。
图2 表面张力的产生
p 2 r
——Laplace方程
pg 图8 凹页面的附加压力
四个基本定律
讨论
① 该形式的Laplace公式只适用于球形液面。若为任意曲 面，类似推导可得
p ( 1 1 )
r1 r2 ②曲面内(凹)的压力大于曲面外(凸)的压力，Δp＞0。 ③ r 越小，Δp越大；r越大，Δp越小。
平液面：r →∞，Δp→0，（并不是 = 0）
界面现象
液气 云、雾、雨、露、泡沫、毛 细作用等
有关的工艺、技术举例 蒸发、蒸馏、吸收、冷凝、泡沫分离
液液 牛奶、豆浆、乳液聚合、液 液铺展等
萃取、液膜分离、乳化、破乳
固液 润湿、吸着与吸附、胶体溶 催化、电泳、电渗析、电解、吸附、溶 液、动电现象、电极过程等 解、结晶、沉淀、浮选、铺展、侵取
固气 尘、烟（气溶胶）、升华、 吸附、催化等
对离子型表面活性剂，有无 机盐存在时，可大大减少表面 张力时间效应。
碳链小于8的醇类，时间效应 极小，1s以内即达平衡。
图6 葵醇水溶液的表面张力-时间关系
四个基本定律
ps
水
水在毛细管中为 什么会上升？
四个基本定律
一、拉普拉斯(Laplace)公式——弯曲液面附加压力
右图下为球形液滴的某一球缺，凸液
④ Δp永远指向球心。
四个基本定律
二、开尔文(Kelven)公式——液体表面曲率与蒸汽压
足够长的时间
图9 液滴曲率与蒸汽压关系实验
RTlnpr = 2sM＝2sVm ——Kelvin公式 p rr r
由Kelvin公式可知：r 越小，pr 越大。
四个基本定律
三、吉布斯(Gibbs)公式——溶液的表面吸附
气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
界面：所有两相的接触面。
界面现象
表面张力
界面并不是两相接触的几 何面，它有一定的厚度，一 般约几个分子厚，故有时又 将界面称为“界面相”。
界面的结构和性质与相邻 两侧的体相都不相同。
图1 界面相示意图
表面张力
表1 与界面性质有关的界面现象与相关技术
界面
目录
概述
涉及界面现象的难定量 因素，采用效率、传质 系数、垢层系数等
从分子水平的微观尺度 看待各种新老分离技术
无法揭示传质 的实质
更完善地解决化 学工程技术问题
表面张力
水滴为什么是圆 形而不是方形？
表面张力
它们为什么可以 漂在水面上？
表面张力
一、界面与界面现象 自然界中物质的存在状态
气—液界面
液体的表面张力
F 2l
表面功
W F d x 2 l d x d A
W/dA
在恒温恒压下，可逆非体积功即为 吉布斯函数变
WdGT,pdA
G A
T , p
图4 皂膜的拉伸
表面张力
表面张力是垂直通过液体表面上任意单位长度， 与液体表面相切的收缩其表面的力。 注意
1.表面张力是作用在单位长度线段上的力，量纲为Ｎ·m-1。 2.注意区分表面张力产生原因与表面张力的表现。 3.σ也可看作是系统增加单位面积的表面吉布斯函数变，
t=0时，其表面张力定义为纯动
10
71.9
表面张力。
60
58.2
120
54.4
t=T时，表面张力达到平衡值，
1800
39.2
定义为静态表面张力。
从0到T的时间内，表面张力随 时间的变化值称为动态表面张力。
表面张力
A、B、C、D四点之后的表 面张力值为静表面张力值。
浓度越大，表面张力随时间 下降越多，达到平衡的时间越 短。
Ⅱ：低碳链的醇、醛、酮、胺类
有机物c， 。在表面发生
正吸附。
Ⅲ：表面活性剂(8C以上的有机酸
盐、胺等)， c， 。在表
面发生正吸附。
图5 表面张力曲线的类型
Ⅱ 、 Ⅲ 类物质均可称为表面活性物质
15
表面张力
四、动态表面张力
纯液体无时间效应，当加入溶质
后：
表3 硬脂酸钠的动态表面张力
时间（寿命），s 表面张力，mN/m