专题讲解界面现象胶体化学
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。
(推荐)《胶体与界面化学》PPT课件
Fx(2lx) 往下运动的距离。在此过程中，表面
积增量为（2表示液膜有两个表面）。
环境对体系做功为 Fx ，这个功为
等于表面能增量：
• 这样比表面能又有了新的定义——表 面张力，即垂直作用在单位边长且与 液面相切的力，这个力力图使液面收
γ= F 2l
缩。
• 由定义可知，其单位为N/m 。
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需要注意的几点：
• 1. 务必区分表面张力与界面张力。 • 2. 务必注意温度的影响。
• 3. 压力和体系运动情况等其他因素对γ的影响。
• 4.任何界面和表面，包括固体表面，固—液界面均存在 界面张力。 由于固体中分子间作用力远大于液体分子间作用力，因 此固体的界面张力大得多。
• γ的两个物理概念即比表面能和表面张力是一个实质
• 图1－4示出一个用金属丝弯 成的矩形框架，其中一个边 是可滑动的，且认为滑动时 不存在任何阻力，并蘸取肥 皂液形成具有前后两个表面 的膜。
图1－3 图1－4
8
从力的角度分析其γ物理意义
• 图1-4去掉下面的力F时，滑动边就因
液膜的收缩拉回一个距离，（以减少
表面能）。这个回缩力与F大小相等而 方向相反。现在假定加上力F，滑动边
•
dGWR
表面积增加越多，所消耗功也越多，表面能增量越大，故：
dGW RdA
写成等式：
dGdA
∂G (∂A)T.P.n
γ的物理意义：在恒温、恒压和恒组成时,每增加单位表面
积所引起的表面能增量。其单位是J/m2或N/m。
称为比表面过剩自由能或比表面能。
7
（二）表面张力
• 图1－3示出在铁丝圆框之中 有松散的当中封闭的连线， 并蘸上肥皂膜，当用烧热的 铁丝，将线中的膜刺破时， 发现连线当中的封闭线立即 紧绷起来成为环形线，仿佛 四周有均匀的力拉动这个线 似的。
物理化学(第三版)第8章 界面现象与胶体化学
F
2l
只适用于液体
三、影响表面张力的因素
1.物质的本性 表面张力是分子间相互作用的结果，一般来讲，物质分子 间相互作用力愈大，表面张力也愈大。
金属键 离子键 极性共价键 非极性共价键
2.接触相的性质
3.温度
L
液体分子受力情况示意图
表面层的分子恒受到指向液体内部的拉力
在恒温、恒压、系统的组成不变条件下，可逆地扩展系统表面 积所需的功，与系统表面积的增量dA成正比：
W dA
恒温恒压下，系统的表面功应等于系统吉布斯函数的增量
dG W
dG dA
G A
T
,
p
,nB
-----比表面吉布斯函数， 单位为J·m-2
解：（1） 球体体积 V 4 r3
3
大水滴半径 r 3 3V 6.2 103 m
4
分散后的液滴总数
n
4 r 3
3
4 3
r13
r r1
3
6.2 10 109
3
3
2.4 1020
（2）半径为r的球形液滴：
A 4 r2 4 (6.2103)2 4.8104 m2
AV
A V
4 4
r2 r3
r1 r2
为什么两块玻璃板之间有水时不易拉开？ 由于表面张力和附加压力的作用。
二、弯曲液面的饱和蒸气压
弯曲液面的饱和蒸气压不仅与物质的本性和温度有关， 而且还与液面曲率半径有关。
物理化学
第8章 界面现象与胶体化学
（张坤玲）
多相系统中，相与相之间密切接触的交界部分称为界面 物质的存在状态： 界面类型气—液界面固—气界面源自气液—液界面液
物理化学 第八章界面现象及胶体
(1)过饱和蒸气 P473
压力超过通常液体的饱和 p 蒸气压的蒸气为过饱和蒸气. 过饱和蒸气的压力尚未达 到该液体微小液滴的饱和蒸 P’ p0 气压(见图示). 减轻过饱和程度的方法 是引入凝结中心, 使液滴核 心易于生成(如人工降雨).
O
液相区
B A
气相区
T0
T
• 过饱和蒸气的产生
(2)过热液体 温度高于沸点的液体为过热液体. 过热液体是因为液体内微小气泡难以生成 而不能在正常沸点沸腾所造成的(见图示).
/(10－3
N· － 1) m 2900 2150 1880 485 227 110 1200 450 0.308 18.6
润湿与铺展
8.2 亚稳定状态和新相的生成 P332
物质相变时, 由于最初生成的新相体积 极小而具有很大的比表面和表面吉布斯函 数, 因而新相难以形成而引起各种过饱和 现象, 此时系统处于亚稳状态.
• 单分子层吸附: 固体表面上每个吸附位只能吸附一个分子,
气体分子只有碰撞到固体的空白表面上才能被吸附; • 固体表面是均匀的:表面上各个晶格位臵的吸附能力相同; • 被吸附的气体分子间无相互作用力: 吸附或脱附的难易与 邻近有无吸附分子无关;
• 吸附平衡是动态平衡: 达吸附平衡时, 吸附和脱附过程同
Tf Tf
T
• 过冷液体的产生
在过冷液体中投入小晶体作为新相 的种子, 能使液体迅速凝固成晶体.
(4)过饱和溶液
浓度超过饱和浓度的溶液为过饱和溶液. 过饱和溶液产生的原因是微小晶粒具有 比普通晶体更大的溶解度.
微小晶体的饱和蒸 气压大于普通晶体, 而 蒸气压与溶解度有密切 的关系.
p
c3 c2 c1
B
界面和胶体化学基础PPT讲稿
T ,P, ,nj
i
A ni
T ,P ,
,n j
i
Ai
i is Ai , Ai 0, i is
当前你正在浏览到的事第十三页PPTT，方程
对纯液体
i i , is i ,s ,
i
,s i
Ai
i i
is
,s i
分为如图12-31所示的亲水基和憎水基部分：
当前你正在浏览到的事第十九页PPTT，共一百二十二页。
2.1表面活性剂分类
表面活性剂的种类繁多，但其性质之差异主要取决于亲水和亲油基团 的性质特别是亲水基团的性质。因此通常采用按化学结构的分类方法将其分 为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性 型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能 会发生沉淀而失去活性作用。
用扭力天平测出它施加在AA边上的压力。这种膜天平的准确度
可达1×10-5N/m。
当前你正在浏览到的事第十一页PPTT，共一百二十二页。
Langmuir膜天平
如果用表面压 对表面积A作等温线(A图)，可以 看到A图因分子的本性不同或温度不同而不同。 当表面膜行为象二维理想气体时，它的状态方程为：
A n RT
表面活性剂
1.离子型 2.非离子型
阳离子型 阴离子型 两性型
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常用表面活性剂类型
RCOONa 羧酸盐
阴离子表面活性剂
R-OSO3Na R-SO3Na R-OPO3Na2
硫酸酯盐 磺酸盐
磷酸酯盐
如肥皂一般是含碳14～18个的羧酸盐，这类表面活性剂一般不适用于硬水
1s 2b 1b 2s
界面与胶体化学-2 界面现象
表面自由能(surface free energy)
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：
G ( ) p ,T ,nB A
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 m 表示，单位为J·-2。
表面能达到 220J，是原有表面能的6.3×106倍。
22
表面张力（surface tension）
在两相(特别是气-液)界面上， 处处存在着一种张力，它垂直与表面 的边界，指向液体方向并与表面相切。 把作用于单位边界线上的这 种力称为表面张力，用g 表示，单 位是N· -1。 m
金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂。 由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用， 可滑动的边会被向上拉，直至顶部。
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表面张力（surface tension）
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F（F=W1+W2）与总的表面张力大 小相等方向相反，则金属丝不再滑 动。 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。
特劳贝（Traube）规则——属于同系的有机物 R(CH2)nX〔例如脂肪醇 R(CH2)nOH〕，每增加 一个-CH2 基使其在稀溶液中降低同样表面张 力所需浓度约减小了 3 倍，即 (dγ/dc)c→o 值增加了 3 倍。
293K 时一些脂肪醇水溶液的表面张力随浓度变 化关系：
38
脂肪醇水溶液的表面张力
表面和界面(surface and interface)
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）
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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
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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
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小液滴
平面液体
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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
界面与胶体化学基础1
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
精品课件
分散度与比表面
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。
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。如铂黑电极及多孔电极 由于其表面积较大，电流密度小，因而极化小；再 如，由超细微粒制备的催化剂由于具有很高的比表 面因而催化活性较普通催化剂高；此外，将药物磨 成细粉以提高药效、将金属做成超细微粒以降低熔 点都说明了超细微粒具有独特的表面效应。
前言
尽管在这一时期积累了大量的经验和知识，但胶 体化学真正为人们所重视并获得较大的发展是从 1903年开始的。这时 Zsigmondy（德）发明了超 显微镜，肯定了溶胶的一个根本问题——体系的 多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。1907 年，德国化学家Ostwald创办了第一个胶体化学的 专门刊物——《胶体化学和工业杂志》，因而许 多人把这一年视为胶体化学正式成为一门独立学 科的一年。接着Freundlich和Zsigmondy先后出版 了他们的名著《毛细管化学》（1909）和《胶体 化学》（1902）。近几十年来，由于实验技术的
前言
1809年，俄国化学家Scheele发现了土粒的电泳现象； 1829年英国植物学家Brown观察到花粉的布朗运动。 次后，许多人相继制备了各种溶胶，并研究了它们 的性质。
胶体化学作为一门学科来说，它的历史比较一致的看 法是从1861年开始的，创始人是英国科学家Thomas Graham，他系统研究过许多物质的扩散速度，并首先 提出晶体和胶体（colloid）的概念，制定了许多名 词用来形容他所发现的事实。现今我们所用的一些名 词，如溶胶（sol）、凝胶（gel）、胶溶 （peptization）、渗析（dialysis）、离浆 （syneresis）都是Graha精m品提课件出的。
物理化学界面现象与胶体
况下)数据如下:
兰格缪尔吸附等温式基本假设如下:
(1)外表是匀称的,吸附剂外表原子力场有剩余价力,能吸附气体分子 P(kP)0.5241.7313.0584.5347.49710.327V(cm3)0.9873.0435.0827.0471
物质的浓度，或分压与它在体相中不同的现象称为吸附。
示。
2.吸附剂:在气-固界面上发生吸附时，固体是起吸附作用的物质，称
或
为吸附剂；
1.弗仑德利希(Freundlich)公式：
3.吸附质:气体是被吸附的物质，称为吸附质。
弗仑德利希依据试验,总结出吸附的阅历公式:
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或
肯定温度下，弯曲液面的附加压力与液体的外表张力成正比，与曲率
半径成反比，其关系为：Δp = 2γ/r
上式为杨氏方程。
此式称为拉普拉斯方程。式中，r 为液面的曲率半径。
肯定温度与压力下，接触角与润湿程度有如下关系：
二.液体对固体的润湿作用
(1) 若液-固界面张力大于气-固外表张力，则,。此时不润湿。当时，
由于凹液面的附加压力Δp 0，使管内液面所受的压力小于管外平液面所 层单分子层或多分子层单分子层
受的压力，因此管外的液体将自动流入管内，导致管内液柱上升，直到上
吸附速率
升的液柱，高度为 h，所产生的静压力ρgh 等于附加压力Δp 时，系统到
较快，不受温度影响，一般不需要活化能较慢，随温度升高速率加快，
1.润湿
则为完全不润湿。
润湿是指当液体接触固体时，原有的气-固外表或气-液外表自动地被
(2) 若液-固界面张力小于气-固外表张力，，。此种状况称为润湿。
考研《物理化学》考点精讲教程(第08讲 界面现象与胶体化学)
做表面功示意图
《物理化学》考点精讲教程
表面张力
定义：沿着液体表面使其表面紧缩的力，称为表面张力
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。
作用点：液体表面
g
方 向：沿着液面，与液面相
切，垂直作用于分界
线，单位长度上的力。
大 小：F=γl
l
界面层分子与体相分 子所处力场不同
物理吸附
化学吸附
吸附力
分子间力
化学键力
吸附分子层 多分子层或单分子层 单分子层
吸附温度
低
高
吸附热 小,冷凝热数量级 大, 反应热数量级
吸附速率
快
慢
吸附选择性
无
有
物理吸附和化学吸附往往可以同时发生
《物理化学》考点精讲教程
二、等温吸附
（1）吸附量：当吸附达平衡时, 单位
质量吸附剂所吸附的气体的物质的量
）。
解：由开尔文方程
可知：对于液体中的气泡r<0，所以p凹<p平，即气泡内蒸气 压小于平液面的蒸气压，而p平=p外，因而气泡不能稳定存在， 不能长大逸出液面，即纯液体到了理论上的沸点却不 能沸腾，只有继续升高温度至p凹=p外时，小气泡才能不断长 大，直至逸出液面，达到沸腾。这种加热到沸点而不沸腾的 液体，就是过热液体。
> 90 时称为不润湿； ＝ 0 或不存在时称为完全润湿， ＝180 时称为完全不润湿。
《物理化学》考点精讲教程
例：20℃时，水和苯的表面张力分别为0.0728 N·m-1和 0.0289 N·m-1，水和苯的界面张力为0.035 0 N·m-1。通过计 算回答：（1）苯能否在水的表面上铺展？（2）水能否在 苯的表面上铺展？ 解：若铺展系数SA/B≥0，则液体A可在液体B表面上铺展。
专题讲解-界面现象-胶体化学_
专题讲解-界面现象-胶体化学由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体于平面不同，它受到附加的压力（Ps）。
*. 如果液面是水平的，则表面张力f也是水平的。
当平衡时，沿周界的表。
面张力互相抵消。
此时液体表面内外压相等，而且等于表面上的外压力P*. 如果液面是弯曲的，则沿AB周界面上的表面张力f不是水平的。
当平衡时，表面张力将有一合力。
Δ当液面为凸形时，合力指向液体内部。
表面内部的液体分子所受压力必大于外部压力。
Δ当液面为凹形时，合力指向液体外部。
液体内部的压力将小于外面的压力。
2、亚稳状态与新相生成1）. 亚稳状态一定温度下，当蒸气分压超过该温度下的饱和蒸气压，而蒸气仍不凝结的现象叫蒸气的过饱和现象（supersaturated phenomena of vapor)，此时的蒸气称为过饱和蒸气（supersaturated vapor）。
在一定温度、压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下的溶质的溶解度，而溶质仍不析出的现象叫溶液的过饱和现象（supersaturated phenomena of solution），此时的溶液称为过饱和溶液（supersaturated solution）。
在一定压力下，当液体的温度高于该压力下的沸点，而液体仍不沸腾的现象，叫液体的过热现象（superheated phenomena of liquid），此时的液体称为过热液体（superheated liquid）。
在一定压力下，当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点，而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象（supercooled phenomena of liquid），此时的液体称为过冷液体（supercooled liquid）。
上述过饱和蒸气、过饱和溶液、过热液体、过冷液体所处的状态均属亚稳状态（metastable state）。
它们不是热力学平衡态，不能长期稳定存在，但在适当的条件下能稳定存在一段时间，故称为亚稳状态。
胶体与界面化学pdf
胶体与界面化学pdf胶体与界面化学胶体与界面化学是一门研究微观颗粒和界面现象的学科。
胶体是指由两个或更多相组成的系统，其中一个相为粒径在1-1000纳米之间的固体颗粒悬浊于另一相中。
胶体具有特殊的物理、化学和生物性质，广泛应用于许多领域，如药物传递、食品工业、化妆品和环境工程等。
这门学科的研究对象主要包括胶体的合成与表征、胶体稳定性、胶体与溶液之间的相互作用，以及胶体与界面之间的相互作用等。
其中，胶体颗粒的合成是非常关键的一步。
合成方法包括物理方法、化学方法和生物方法等。
物理方法主要包括凝聚法、溶胶-凝胶法和气凝胶法等；化学方法主要包括沉淀法、溶液法、气相合成法和微流控法等；生物方法则利用生物学体系，如细胞、酶和菌等合成。
胶体颗粒的表征方法多种多样，例如电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜等。
这些技术能够直观地观察到胶体颗粒的形貌、尺寸和分布等特征。
此外，还有许多表征方法用于测定胶体颗粒的表面性质，如表面电性和表面活性剂的吸附等。
胶体稳定性是一个重要的研究课题。
由于胶体系统中两相之间的相互作用比较弱，胶体颗粒容易发生聚集和沉降现象。
因此，稳定化剂的引入成为避免胶体系统失稳的关键。
稳定化剂可以通过两种方式起作用：一方面，通过吸附在胶体颗粒表面，增加颗粒之间的相互作用力，降低聚集趋势；另一方面，稳定化剂还可以通过溶液中的溶质和溶剂之间的相互作用，降低溶液中的胶体颗粒的聚集趋势。
此外，胶体与溶液之间的相互作用也是胶体与界面化学的研究重点之一。
溶液中溶质与溶剂之间的相互作用对于胶体的形成、稳定性以及胶体界面的性质都起着重要作用。
各种吸附、表面活性剂的作用、溶剂的选择等都会对胶体与溶液的相互作用产生显著影响。
胶体与界面化学的研究还关注胶体与界面之间的相互作用。
界面是指两相之间的分界面，可以是气液界面、液液界面或固液界面。
胶体颗粒吸附在界面上会影响界面的性质，例如表面张力和界面能等。
胶体界面化学的研究涉及到表面活性剂、胶体固-液界面和生物界面等方面。
章节知识点概括—界面现象与胶体化学
第九章界面现象与胶体化学
参考学时：10学时
学习目标：
1 掌握表面热力学性质，表面张力的概念及意义；
2 掌握弯曲表面的特性和Laplace公式，Kelvin公式及应用，合理解释一些表面现象；
3 理解润湿与铺展，润湿作用和接触角；
4掌握吸附作用的类型和吸附等温式
5 了解分散物系的分类；胶团结构，胶体物系的动力性质，光学性质和电学性质，双电层和ζ电位。
章节知识点：
§9.1 界面张力
1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数
2.热力学公式
3.界面张力及其影响因素
§9.2 弯曲液面的附加压力及其后果
1.弯曲液面的附加压力—Laplace方程
2.微小液滴的饱和蒸气压—Kelvin公式
3.亚稳态及新相的生成
§9.3 固体表面
1．物理吸附与化学吸附
2．等温吸附
3．Langmuir 单分子层吸附理论及吸附等温式
4．吸附热力学
§9.4 液-固界面
1.接触角与杨氏方程
2.润湿现象
3.固体自溶液中的吸附
§9.5 溶液表面
1.溶液表面的吸附现象
2.表面过剩与吉布斯吸附等温式
3.表面活性物质
§9.6 分散物系的分类及胶体的制备
1.分散物系的分类
2.胶体系统的制备及净化
3.胶团结构
§9.7 胶体系统的性质
1.胶体物系的动力性质
2.胶体物系的光学性质
3.胶体物系的电学性质，双电层和ζ电位
4.溶胶的稳定与聚沉。
胶体和界面化学 界面现象
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张
力，用 或 表示。
表面张力的单位是：N·m-1。
(2)弯曲表面下的附加压力
1.在平面上
研究以AB为直径的一个环作 为边界，由于环上每点的两边 都存在表面张力，大小相等， 方向相反，所以没有附加压力。
p 2
r
• r﹥0，故p pl pg 0 ；凹液面
• r﹤0，故p pl pg 0 ；对肥皂泡，由于有内外两
个表面，则 p 4 。
r
• 3.
圆柱面：r1 ，则
p
r
，其中r是柱面的圆
形底面的半径。
• 弯曲液面上压力差可以解释夹一薄水层的两块玻璃 片难于垂直方向分开的现象。
• 液体水是可以完全润湿玻璃的，因此水形成的柱 面是凹弯月面，那么：
附加压力与毛细管中液面高度的关系
1.曲率半径R'与毛细管半径R的关系：
R'=R/cosq
如果曲面为球面，则R'=R。
2. ps=2/R'=(rl-rg)gh
因rl>>rg所以：ps=2/R'=rlgh
一般式：2 cosq/R=rgh
（3）表面张力的测定
1、毛细管上升法 如图，将一洁净的半径为 r 的均匀 毛细管插入能润湿该毛细管的液体 中，则由于表面张力所引起的附加 压力， 将使液柱上升，达平衡时，
所以液相表面有自动缩小的倾向
。从能量的角度看，要将液相内
部的分子移到表面，需要对它做
功．此即表面功。
对于纯液体，如在恒温恒压下，
可逆地增加体系的表面积δA，
则对体系所做的表面功δw’正比
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在一定压力下,当液体的温度高于该压力下的沸点，而液体仍不沸腾的现象，叫液体的过热现象（sｕpeｒheated pheｎoｍeｎa ｏf liｑuiｄ），此时的液体称为过热液体（superheａted ｌｉquiｄ）。
氦He
1
０．000３65
氩Ar
９0
0.0１186
氢Ｈ2
２0
0．00201
甲烷
110
０.０1371
D2
2０
0.00354
氧O2
77
0.01648
氮N２
75
0.009４1
乙烷
180.6
弯曲表面下的附加压力和蒸气压
1、弯曲表面下的压力
由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体于平面不同，它受到附加的压力(Ps）。
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：ﻫ1．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。
＊. 如果液面是水平的,则表面张力f也是水平的。当平衡时,沿周界的表面张力互相抵消。此时液体表面内外压相等,而且等于表面上的外压力P0。
*. 如果液面是弯曲的,则沿ＡＢ周界面上的表面张力ｆ不是水平的。当平衡时,表面张力将有一合力。
Δ 当液面为凸形时，合力指向液体内部。 表面内部的液体分子所受压力必大于外部压力。
苯
２9３
0.02888
3０３
0.0２１5５
30３
0．0275６
辛烷
29３
0．0２162
甲苯
293
0．02８52
庚烷
２９3
0.02014
氯仿
298
0．０２667
乙醚
２9８
０.020１4
丙酸
29３
0.０２６6９
全氟甲基环已烷
2９3
0.0１５7０
丁酸
293
0.０２6５1
全氟庚烷
2９3
0.01319
低沸点物质
10-6
1０18
６×10６
6×10６
金溶胶
10-7(=1nm）
1０21
6×10７
6×10７
细分散的金溶胶
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。如下面的例子所示：
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。
Δ 当液面为凹形时,合力指向液体外部。液体内部的压力将小于外面的压力。
2、亚稳状态与新相生成
1)． 亚稳状态
一定温度下，当蒸气分压超过该温度下的饱和蒸气压,而蒸气仍不凝结的现象叫蒸气的过饱和现象(sｕpeｒsaturａｔｅd phｅnｏmena oｆ vａpor）,此时的蒸气称为过饱和蒸气（ｓuｐeｒsａｔuｒatｅd vａｐor)。
液 体
温度T/K
γ／N·m-1
液 体
温度T/K
γ/N·m-1
液体—蒸气界面
水
293
０.0７2８8
２9８
0．０72１４
30３
0.07140
有机物质
二甲亚砜
293
0.04354
四氯化碳
2９8
0.02643
二甲基苯胺
293
0.03656
甲醇
293
０.02250
硝基甲烷
２93
0．03266
乙醇
２93
0.02２39
在一定压力下,当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象(supｅrcoolｅd pｈenomenａ ｏｆ lｉquid），此时的液体称为过冷液体（supercｏｏlｅd liquid)。ﻫ 上述过饱和蒸气、过饱和溶液、过热液体、过冷液体所处的状态均属亚稳状态（meｔastaｂle ｓtate)。它们不是热力学平衡态，不能长期稳定存在，但在适当的条件下能稳定存在一段时间,故称为亚稳状态。
计算公式:
-δω'＝ γdＡ……（1)
式中 γ是比例常数，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作的非膨胀功。ﻫ 我们从另一个角度来理解公式(1)。先请看下面的例子。
从上面的动画可知：肥皂膜将金属丝向上拉的力就等于向下的重力（Ｗ１+W2)，即为
F＝2γl……(2)
这里称为表（界)面张力。表面自由能的单位为 Ｊ·ｍ－²。由于 Ｊ=N·m ,所以γ的单位可表示为 N·m-１，N为牛顿，是力的单位，所以表面自由能也可以看作是垂直于单位长度相界面上的力，即表面张力。ﻫ 下表是一些纯物质及液－液界面的张力。
边长 l／ｃｍ
立方体数
表面积A/ｃm２
比表面Ａ0/cm-1
线性大小与此相近的体系
1
1
６
6
——
１0-1
1０3
6×1０
6×１0
——
１0-２10６Leabharlann ６×102６×102
牛奶内的油滴
10-3
10９
６×1０3
６×103
——
1０-4(=1μｍ）
1012
６×1０4
6×104
——
10-5
1015
6×１０5
６×10５
藤黄溶胶
专题讲解-界面现象-胶体化学
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ﻩ
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）。