表面及界面化学一

表面与界面化学
主讲内容:
• 界面化学的基本现象、概念及规律 • 材料界面化学的基本知识和一般研究方法 • 包括：气-液、液-液、液-固、固-固、气-固界面
现象及规律；常用界面化学的测试方法及其应 用，纳米材料表面化学
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表面与界面化学
表面与界面化学
参考教材： • 颜肖慈, 罗道明编著.界面化学,化学工业出版社,2005. • 朱步瑶, 赵振国主编.界面化学基础,化学工业出版社.1996. • 顾惕人 主编.表面化学,科学出版社, 2003. • 沈钟等.《胶体与表面化学》
剂，为什么起到净化水质的作用？
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0 绪 论 界面现象
0.1 表面吉布斯自由能和表面张力 0.２ 液体的界面现象 0.３ 表面活性剂及其作用 0.４ 固体表面的吸附
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0.1 表面吉布斯自由能和表面张力
❖表面和界面 ❖界面现象的本质 ❖分散度与表面功 ❖表面自由能 ❖表面张力 ❖界面张力与温度的关系
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间 的界面，但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。
按物质聚集状态，界面可分为五类： 固－气 （S-g）、固－液（S-l）、固－固（S-S）、液－ 气（l-g）、液－液（l-l）
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相 催化方面的研究热点。
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其 表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法 和色谱法。
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分散度与比表面功
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。
例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割 成小立方体时，比表面增长情况列于下表：
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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分散度与比表面功
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分 割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。
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界面现象的本质
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 附、毛细现象、过饱和状态等。
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绪论
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表面现象
水滴为什么是圆形 而不是方形
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表面现象
它们为什么可以 漂在水面上
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大气
毛细玻璃管
ps
水
水在毛细管中为 什么会上升
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思考题：与界面现象相关的几个问题
3.液-液界面
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表面和界面(surface and interface)
4.液-固界面
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表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
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界面现象的本质
表面层分子与内部分子相比，所处的环境不同。
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表面和界面(surface and interface)
常见的界面有： 1.气-液界面
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表面和界面(surface and interface)
2.气-固界面
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表面和界面(surface and interface)
• 为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么 气泡比液滴更容易破裂？
• 毛细现象为什么会产生？ • 天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？ • 为什么会产生液体过热现象？加入沸石为什么能
消除过热现象？
• 水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上却形成液滴？ 为什么？
• 活性碳为什么可以做防毒面具？冰箱除臭剂？ • 什么是表面活性剂？选择性的加入一些表面活性
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界面（Interface）
界面是相与相之间的交界 所形成的物理区域
界面相是一个准三维区 域，其广度无限，而厚 度约为几个分子的线度
体系性质在体相为常数， 表面相是体系性质连续变 化的一个过渡区域
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表面和界面(surface and interface)
体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称 的，各个方向的力彼此抵销；
但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质 分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分 子的作用，其作用力往往不能相互抵销，因此，界面层 会显示出一些独特的性质。
对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在 不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于 界面层的组成与任一相的组成均不相同。
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界面现象的本质
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分散度与比表面功
比表面（specific surface area）
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两
种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具 有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表 面积。即：
Am AS / m 或 AV AS /V
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分散度与比表面功
表面功（surface work）
由于表面层分 子的受力情况与本 体中不同，因此如 果要把分子从内部 移到界面，或可逆 的增加表面积，就 必须克服体系内部 分子之间的作用力， 对体系做功。