胶体与界面化学：第7章 界面物理化学
物理化学第七章
粗分散物系
>10-7m
混浊泥水，牛 奶，豆浆
3、胶体四大特征：（同溶液相比较）
①聚结不稳定性（热不稳自发聚沉）②多相不均匀性 聚结不稳定性 ②多相不均匀性（一相分散 于另一相，有相界面）③高分散性 ③高分散性（颗粒大小及胶团量不相同） 结构组成不确定性（受添加剂或添加物影响） ④结构组成不确定性 （真溶液：热稳，均相物系，组成，结构，分子量恒定） 4、胶体化学研究内容：表面现象，分散物系及高分子溶液 5、表面：物体处于真空或与本身饱和蒸气达平衡的面。 6、界面：物体与空气或其他物体相接触的面（存在于两相之间 几个nm厚度薄层） 7、表面现象（Surface phenomenon）：凡物质处于凝聚状态时， 其界面上发生的一切物理化学现象。（包括s-g,s-l,l-g,ss,l-l等统称表面）严格讲为界面现象，如：毛细现象，润湿 作用，液体过热，蒸气过饱和，吸附作用等统称界面现象 AS Sο (Interface phenomenon)。
（1）按分散相和分散介质的聚集状态分类
分散相 分散介质 名称 气 泡沫 液 液 乳状液 固 悬浮体，溶液胶 气 液 固 固溶胶 固 气 液 气 气溶胶 固
实例 肥皂泡沫 牛奶 泥浆，金溶胶 浮石，泡沫玻璃 珍珠，某些矿石 某些合金 雾 烟
（2）按分散相的分散度分类
类型 低分子 分散物系 分散相粒子半 径 <10-9m 分散相 原子 离子,小分子 性质 均相，热力学稳定物 系，扩散快，能透过 半透膜，形成真溶液 均相，热力学稳定物 系，扩散慢，不能透 过半透膜，形成真溶 液 举例 NaCI、蔗糖的 水溶液，混合 气体等 聚乙烯醇水溶 液
之一)：当毛细管插入润湿性液体水中时，管内液面呈凹面, △P背向 液面，使液体受到向上提升力而沿管内壁上升,当液柱产生的静压 力ρgh=△P时达平衡停止移动；反之，当毛细管插入非润湿性液体 汞中时产生管内凸液面，因△P向下,使管内液面下降至ρgh=△P 达平衡时停止，此为毛细现象。
胶体化学第7章-2 固液界面的吸附作用
对稀溶液，Gibbs等温式可写作
c n RT c S
S :固体的比表面
将（１）式代入求导
Sc ( 0 m ) dn n s RT n dc
s 2
s 2
作不定积分
n RT ln n ln c ln a ( 0 m )S
s 2
s
set
n s RT 1 ( 0 m )S n
n ac
s 2
1
n
加而直线降低的关系导出的 关系式，只适用于中等覆盖度的化学吸附或物理 吸附。
1 =n / n ln Ac a s n2 k1 k2 ln c
s 2 s m
四、自电解质溶液中的吸附
1. 固体表面与介质在液体介质中带电
a.表面基团解离 b.吸附带电 c.非水介质中的带电... 为了保持荷电固体和介质的电中性，介质中的 与固体表面电荷符号相反的离子必将靠近表面 形成双电层（double layer）。
四、自电解质溶液中的吸附
2 双电层
Stern面
滑动面
－ － 溶剂分子 － 反离子 － －
表面电势
φ0
Stern电势
φδ
ζ
＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－ ＋ ＋－
－
紧密层（Stern层）
扩散层
例：AgNO3＋过量KCl →AgCl（晶体）＋K+＋Cl-＋NO3-
①Cl-可在AgCl晶体上吸附成牢固的化学结合
b 结构影响 ： 碳自水溶液中吸附量 在水中的溶解度
（2）溶剂影响
溶剂/溶质作用强烈，溶解度上升，吸附量降低 溶剂/吸附剂作用强烈，竞争吸附，吸附量降低
（3）吸附剂影响
物理化学界面现象教案中的界面胶束与胶体稳定性
物理化学界面现象教案中的界面胶束与胶体稳定性在物理化学的领域中，界面现象是一门研究液体、气体及固体相互接触的现象和特性的学科。
界面现象涉及到很多重要的概念和现象，其中界面胶束和胶体稳定性是非常重要的内容。
本文将探讨界面胶束和胶体稳定性在物理化学教学中的相关教案。
一、界面胶束的概念与特性界面胶束，指的是由表面活性剂形成的微小胶状结构，存在于液体-液体或液体-气体的界面上。
界面胶束由两部分组成：亲水的头部和疏水的尾部。
在水体中，由于水分子具有极性，这些亲水头部会向水中靠近，而疏水尾部则会相互靠拢，形成一个稳定的环境。
通过这种形成的胶束结构，界面上的物质可以更好地分散和平衡。
界面胶束具有一些独特的特性。
首先，界面胶束使液体-液体或液体-气体的界面紧凑，减少了界面的表面能。
其次，界面胶束可以增加分子之间的相互作用，从而改变物质的表面性质和流动性。
最后，界面胶束可以嵌入在液体或气体的界面上，形成一层类似于薄膜的结构，起到保护和稳定界面的作用。
二、胶体稳定性的影响因素胶体稳定性是指胶体溶液中胶体颗粒持续分散不聚集的程度。
在物理化学的教学中，教师可以通过设计实验来探究胶体稳定性的影响因素，从而提高学生对胶体稳定性的理解。
1. 电荷效应胶体颗粒上的电荷对胶体稳定性起着至关重要的作用。
当胶体颗粒表面带有电荷时，这些电荷会产生电二重层，使胶体颗粒之间发生静电斥力，从而阻止它们相互聚集。
这种电荷效应在教学中可以通过电泳法来验证。
2. 电解质浓度胶体溶液中的电解质浓度对胶体稳定性有着重要影响。
当电解质浓度增加时，电解质会与胶体颗粒表面的电荷相互作用，中和胶体颗粒表面的电荷，从而降低胶体稳定性。
这种现象被称为病态溶胀，可以通过相关实验来进行说明。
3. pH值溶液的pH值也会对胶体稳定性产生影响。
在一些胶体溶液中，有些颗粒表面的电荷会随着溶液pH值的变化而改变。
这种变化会导致颗粒之间的相互作用发生变化，进而影响胶体的稳定性。
养殖水环境化学-第七章 重点
第七章：水环境中的胶体与界面作用第一节：胶体一．胶体基本知识（一）胶体的基本概念胶体：胶体是物质存在的一种特殊状态，它普遍存在。
1.胶体分类在常见的物理化学教材科书中，胶体被定义为“任何线性直径在10-9 m到10-6 m间的粒子”，即胶体粒径大小范围为1～1000 nm，故也可以称其为“纳米粒子”。
所以在透过0.45 μm微孔膜的水样中，除了真正的溶解态组分外，还存在着胶体。
在实际研究工作中，可将胶体粒子定义为“能透过0.45 μm微孔膜，但却能被可截留相对分子质量1000以上物质的超滤膜所保留的粒子”。
胶体分为两类：亲液胶体和憎液胶体。
如蛋白质、明胶等容易与水形成胶体的溶液叫做亲液胶体，而那些本质上不溶于介质的物质，必须经过适当处理后，才可将它分散在某种介质中的，叫做憎液胶体。
凡分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶，分散介质为气体的则称为气溶胶，而分散介质为固体的则称为固溶胶。
2.胶体的结构胶体表面带电后，由于静电引力的关系，可从溶液中再吸附一些荷电相反的粒子（称为“反离子”），它们与胶体表面保持一定的距离。
离表面近的反离子，受的引力较大，总是随胶体粒子一起移动，故合称为“固定层”，也称吸附层。
离胶体表面更远的反离子，由于受到的引力较小，在胶体粒子移动是，它们并不随之移动，称为“扩散层”。
胶粒=校核+吸附层胶团=胶粒+扩散层反离子[胶核│n表面离子+（n-x）反离子]x±·x反离子±（二）胶体的电学性质1.胶体粒子表面电荷的由来（1）电离一些胶体粒子，在水中本身就可以电离，故其表面带电荷。
（2）离子吸附分散相对表面对电解质正负离子不相等的吸附，从而使其表面获得电荷。
具有水合作用的物质（如蛋白质、多糖等）表面不太容易吸附离子，而疏水物质的表面（如脂类表面）则比较容易吸附离子（DunanJ.Shao，1983）。
（3）晶格取代晶格取代也是黏土粒子带电的原因之一。
2.ξ－电位这种当分散相和分散介质做相对运动时，吸附层和扩散层之间存在的电位差称为电动电位，用希腊字母ξ－（Zeta）表示，又称为ξ－电位。
物理化学第2版万洪文 下 各章练习题答案
解：1/[A]-1/ [A]0=( k1+ k2) t , k1 /k2=15%/25%=0.6 , k1+ k2=0.044 mol-1dm3min-1, k1 = 1.67×10-2mol-1dm3min-1 k2 = 2.78×10-2mol-1dm3min-1
11、在1189K下，乙酸的气相分解有两条平行的反应途径： ( 1 ) CH3COOH → CH4 + CO2 k1 = 3.74 s-1 ( 2 ) CH3COOH → H2C=C=O + H2O k2 = 4.65 s-1 （1）求乙酸反应掉99%所需的时间； （2）求在此温度下乙烯酮的最大产率。 解：(1) ln([A] /[A]0)= -( k1+ k2)t , t= 0.55 s . (2) 最大产率= 4.65/(3.74+ 4.65)=0.556
9、某连串反应, 试证明：（1）若k1>>k2，则C的生成速率决定于k2； （2）若k1<<k2，则C的生成速率决定于k1
证明： t=0 a t=t x 0 y 0 z
10、在二硫化碳溶液中，以碘为催化剂，氯苯与氯发生如下平行反应：
在温度和碘的浓度一定的条下， C6H5Cl和 Cl2的起始浓度均为0.5 mol.dm-3 , 30 min 后 C6H5Cl 有 15%转变为邻- C6H4Cl2 , 而有25%转变为对- C6H4Cl2 ，求k1和 k2 。
7、某溶液含有NaOH和CH3COOC2H5 ，浓度均为1.00×10-2mol· dm-3 ， 298 K时反应经 过10min有39%的CH3COOC2H5分解，而在308 K时，10分钟有55%分解，计算： (1)该反应的活化能。 (2)288K时，10分钟能分解多少？ (3)293K时，若有50%的CH3COOC2H5分解需时多少？ 解：(1)1/[A]-1/[A]0= k t ,k(298 K)= 6.39 mol-1· dm3 min-1 ,k(308 K)=12.22 mol-1· dm3 min-1 Ea=Rln(k1/k2)(1/T2-1/T1)= 49.4kJ· mol-1 (2)288K时,k(288K)=3.2 mol-1· dm3 min-1, t =10 min,{[A]0-[A]}/ [A]0=24.2% (3)293K时, k(293K)=4.55 mol-1· dm3 min-1, t1/2=1/( k[A]0)= 22min 8、两个二级反应1和2具有完全相同的频率因子,反应1的活化能比反应2的活化能高出 10.46kJ ·mol－1;在 373K时,若反应1的反应物初始浓度为0.1mol ·dm－3,经过60min后反应 1已完成了30%,试问在同样温度下反应2的反应物初始浓度为0.05mol ·d m－3时, 要使反应 2完成70%需要多长时间(单位min)? 解：由k=Ae-Ea/RT，A1=A2，所以k1/k2=e (Ea1-Ea2)/RT 由1/[A]-1/[A]0= k t , Ea1-Ea2=10.46×103J/mol 所以 k1= 7.14×10-2 mol-1 ·dm3 min-1 ,k2=2.04 1/(1-70%) [A]0 -1/[A]0 = k2 t2 ， [A]0 = 0.05mol ·d m－3 所以 t2=22.88min
物理化学表面现象及胶体化学总结
1.压缩因子任何温度下第七章表面现象1.在相界面上所发生的物理化学现象陈称为表面现象。
产生表面现象的主要原因是处在表面层中的物质分子与系统内部的分子存在着力场上的差异。
2.通常用比表面来表示物质的分散度。
其定义为：每单位体积物质所具有的表面积。
3.任意两相间的接触面，通常称为界面（界面层）。
物质与（另一相为气体）真空、与本身的饱和蒸气或与被其蒸汽饱和了的空气相接触的面，称为表面。
4.表面张力：在与液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。
5.在恒温恒压下，可逆过程的非体积功等于此过程系统的吉布斯函数变。
6.影响表面及界面张力的因素：表面张力与物质的本性有关、与接触相的性质有关（分子间作用力）、温度的影响、压力的影响。
7.润湿现象：润湿是固体（或液体）表面上的气体被液体取代的过程。
铺展：液滴在固体表面上迅速展开，形成液膜平铺在固体表面上的现象。
8.亚稳状态与新相生成：a.过饱和蒸汽：按通常相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸汽。
过热液体：按通常相平衡条件应当沸腾而仍不沸腾的液体。
过冷液体：按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体。
过饱和溶液：按相平衡条件应当有晶体析出而未能析出的溶液。
上述各种过饱和系统都不是真正的平衡系统，都是不稳定的状态，故称为亚稳（或介安）状态。
亚稳态所以能长期存在，是因为在指定条件下新相种子难以生成。
9.固体表面的吸附作用：吸附：在一定条件下一种物质的分子、原子或离子能自动地粘附在固体表面的现象。
或者说，在任意两相之间的界面层中，某种物质的浓度可自动发生变化的现象。
吸附分为物理吸附（范德华力）和化学吸附（化学键力）。
具有吸附能力的物质称为吸附剂或基质，被吸附的物质称为吸附质。
吸附的逆过程，即被吸附的物质脱离吸附层返回到介质中的过程，称为脱附（或解吸）。
10.吸附平衡：对于一个指定的吸附系统，当吸附速率等于脱附速率时所对应的状态。
当吸附达到平衡时的吸附量，称为吸附量。
气体在固体表面的吸附量与气体的平衡压力及系统的温度有关。
胶体与界面化学
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2020/4/23
前言
1806年，拉普拉斯（place）导出了弯曲液面两边附加 压力与界面张力和曲率半径的关系.可用该公式解释毛细管现 象。1869年普里（A.Dapre）研究了润湿和黏附 现象，将黏 附功与界面张力联系起来。界面热力学的奠基人吉布斯 （Gibbs）在1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型， 他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化的普遍关 系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年，开尔文（Kelvin） 将界面扩展时伴随的热效应与界面张力随温度的变化联系起 来。后来，他又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程即著名 的开尔文方程。
在一个非均匀的体系中,至少存在着两个性质不同的相。两 相共存必然有界面。可见，界面是体系不均匀性的结果。 一般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。
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。
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2020/4/23
1.1表面和界面(surface and interface)
几点说明：
1、严格讲，界面是“界”而不是“面”。因客观存在的界面 是物
理面而非几何面，是一个准三维的区域。
2、目前，常用于处理界面的模型有两种：一为古根海姆
（Guggenheim）模型。其处理界面的出发点是：界面是一个
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
物理化学第七章习题答案
习 题1．290K 时，在超显微镜下测得藤黄水溶胶中粒子每10秒钟在x 轴上的平均位移为6.0μm ，水的黏度为0.0011Pa·s ，求藤黄胶粒的半径。
解： 根据公式23x tL RT πηγ⋅=()m ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--26323100.6101.114.331010022.6290314.8 m 71007.1-⨯=2．某溶液中粒子的平均直径为4.2nm ，设其黏度和纯水相同，η =1.0×10 －3kg·m －1·s －1，试计算：（1）298K 时，胶体的扩散系数D 。
（2）在一秒钟里，由于布朗运动粒子沿x 轴方向的平均位移x 。
解：（1） r L RT D πη61⋅=129323101.2100.114.36110022.6298314.8---⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=s m 12101004.1--⋅⨯=s m（2） 根据 tx D 22=[]mtD x 101004.10.122-⨯⨯⨯==m 51044.1-⨯=3．293K 时，砂糖（设为球形粒子）的密度为1.59×10 3kg·m －3、摩尔质量为3.42×10－1kg·mol -1，在水中的扩散系数为4.17×10－10m 2·s －1，水的黏度为1.01×10－3N·s·m －2。
求砂糖分子的半径及A vogadro 常数。
解：分子的摩尔质量为ρπL r M 334= 得 ρπ34r ML =代入Einstein 公式ηρπηM RTr r L RT D 29261⋅=⋅= 得m RTD M r ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---293314.81059.121017.41001.11042.392931031ρηm 101009.4-⨯=将r 代入Einstein 公式得 r D RT L πη61⋅=1103101009.41001.114.361017.4293314.8----⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=mol 1231051.7-⨯=mol4．在298K 时，某粒子半径为3.0×10－8m 的金溶胶，在地心力场中达沉降平衡后，在高度相距1.0×10－4m 的某指定体积内粒子数分别为277和166。
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。
物理化学 第七章胶体
使一定量溶胶在一定时间内明显聚沉所需的外加电解质的最小浓度 称为此电解质的聚沉值或凝结值。常用的单位是: mol•m-3或 mmol•d
m-3
电解质的聚沉值越小，其聚沉能力越大。故定义聚沉值的倒数为电 解质的聚沉能力。电解质对溶胶聚沉的影响有如下经验规律： 1. 电解质中主要起聚沉作用的是与胶粒所带电荷电性相反的离子 （即反离子），且反离子的价数越高，聚沉能力越大。一、二、三 价离子的聚沉能力之比为： 1 : 26 : 36 。此规律称叔采-哈迪价数 规则。 2. 价数相同的离子其聚沉能力相近但有差别，部分一价离子的聚沉 能力大小顺序为：H+ >Cs+ >Rb+ >NH4+ >K+ >Na+ >Li+ F- >IO3- >H2PO4- >BrO3 ->Cl- >ClO3- > Br->I->CNS 3.有机离子的聚沉能力很强，如高分子凝结剂。
(2) 若液-固界面张力小于气-固表面张力， cosθ ＞
0, θ＜ 90°, 此种情况称为润湿。当θ=0°时，则为
完全润湿，即发生铺展。
3.毛细现象 毛细现象是指具有细微缝隙的固体与液体接触时，液体 沿缝隙上升或下降的现象。例如：将一玻璃毛细管插入水 中，管内液面升得比管外液面高，如下图7.5 (a)所示； 而将一玻璃毛细管插入汞中，管内液面降得比管外液面 低，如下图7.5 (b)所示.
若AB为凸液面，则周围液体的表面张力方向与AB 面相切，合力向下，表现为指向液体内部的附加压力。
若AB为凹液面，那么周围液体的表面张力方向仍 与AB面相切，表现为指向液体外部的附加压力。
二.液体对固体的润湿作用
表面与胶体化学—第七章表面吸附
第七章 固气界面上的吸附作用
第一节 吸附作用
吸附作用是一种最为重要的界面现象， 当互不相溶的两相接触时，两体相内的某 种或几种组分的浓度与其在两相界面上的 浓度不同的现象称为吸附 吸附。 吸附 在界面上被吸附的物质称为吸附质， 能有效吸附吸附质的物质称为吸附剂。
固体表面层的物质粒子受到指向内部 的拉力，这种不平衡力场的存在导致表面 吉布斯函数的产生。固体物质不能象液体 那样可通过收缩表面来降低系统的表面吉 布斯函数，但它可以利用表面上的剩余力， 从周围的介质中捕获其它的物质粒子，使 其不平衡力场得到某种程度的补偿，从而 导致表面吉布斯函数的降低。
吸附滞后
Zigmondy对吸附滞后的解释是吸附时 液态吸附质润湿孔壁的过程，接触角是前 进角；脱附是液体从一润湿的表面上退出 的过程，接触角是后退角。而前进角一般 总是大于后退角。因而脱附时平衡相对压 力小于吸附时的。
吸附滞后圈的形状与孔结构
吸附滞后环的起始点与吸附质的性质 有关，与吸附剂性质关系不大。吸附等温 线、滞后环的形状与孔的形状、孔径大小 有关。
1.Van der Waals 力 固体表面原子和吸附质分子间相互接 近时都有色散力产生，当吸附质分子或固 体表面原子具有极性或有极性基团时，它 们之间可以有静电力或诱导力的作用。但 是，色散力比静电力、诱导力都大。
这种吸附属于物理吸附。
2.电性作用力 固体表面可因多种原因带有某种电荷。 固体表面带电有时会对吸附产生影响。 当固体表面有以离子键结合的原子或基 团时，它们可与某些溶质（吸附质）发生 交换作用—离子交换。
（2）杂质和吸附平衡时间的影响 杂质可能极大地影响溶质的吸附结果； 对于有些体系，液相吸附达到平衡时间长。
（3）液相吸附的吸附量
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
胶体与界面化学及其应用
胶体与界面化学及其应用胶体与界面化学是一门涉及多学科交叉的科学，它研究的是介于分子集合体和大分子之间的微粒体系。
胶体粒子在尺寸范围上介于原子和大分子之间，通常在1到1000纳米之间。
而界面则是相邻两相（如气液、液液或固液等）的分界面，界面化学则是研究物质或物质间相邻的分界面上的物理化学性质和化学过程。
1 胶体化学的起源胶体化学源于19世纪末的化学家Thomas Graham对比较稀少的水溶液的分离实验，实验表明了有些化合物在水溶液中可以分离出一些相对较稳定的物质，但并不是晶体，而是没有明确的形状、自然发散，但又不是纯粹的混合物的一种物质。
这是胶体的最初描述。
2 胶体的基本特征因为胶体粒子是间接可见的微观物体，很难测定其物理化学性质。
因此，我们通常通过胶体的一些基本特征来描述其性质。
例如分散度、溶剂含量、粒径大小、分布范围、表面功、表面离子制积分、分子的光学散射等。
其中，分散度是描述胶体分散情况的专业术语，它包含两方面的内容：一是检测胶体微小粒子的数量和分布情况，二是检测粒子是否相对稳定，即不发生团聚。
3 界面化学的研究对象界面化学涉及到的研究对象是界面分子、离子及其活动。
界面分子是指界面上与分子相互作用的分子，它们的分子体积一部分在相内，一部分在相外，因而它们的分子间相互作用自然也出现了交叉。
因此，界面化学常涉及分子间各种各样的物理化学过程。
4 界面物理化学的主要内容界面物理化学的主要内容涵盖表面现象、表面活性剂、电化学理论及其应用等方面。
表面现象研究相邻两相（如气水、油水、液固等）之间的表面现象（表面张力、界面等电点、分散粘度等），表面活性剂则研究活性剂分子在表面的行为（如吸附等），以及二者之间相互作用的现象与规律；而电化学理论则是研究电化学界面系统中电化学反应，通过分析电化学反应行为来推演该系统的整体性质，例如电极反应、溶解度分析等等。
5 胶体与界面化学的应用胶体和界面化学在现代生产和生活中有着广泛的应用。
胶体与界面化学
• ⑥化工生产：催化剂，染料、颜料、洗涤剂、吸附剂，润滑剂。 • ⑦石油科学，地质学和土壤科学：石油工业中的三次采油，乳化，土
壤保墒，浮选矿物。 • ⑧日用消费品：牛奶，乳制品，豆浆，啤酒，日用化妆品，装饰用品。
第二节 分散体系
• 一、 分散体系的分类及其特性比较
•
一些分散体系举例
• 现以数据说明：如边长各为1m的1m3的水，表面 积为6m2，其表面能＝6×γ=0.437J，与体系的几千 千焦的能量相比，这个能量完全可以不考虑。若 将这一吨水分散成边长为10-7m的小立方体，则其 总表面积增至6×107m2，表面能增至4370kJ，这个 能量显然不能忽略，因为它与体系的能量处于相 同的数量级。
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 。
需要注意的几点：
（三）按分散程度分类
• 粒径大于0.2μm光学显微镜可见的最小颗粒为微粒子。 而d＜0.2μm显微镜不可见者为超微粒子，这其中粒径 在5～200nm（即0.2μm ）者称显微粒子，而粒径小于5 nm者，超级显微镜也不可见者为次微粒子。
• 如果分散相粒子形状、大小和化学组成晶体结构完全 一样的为单分散体系或均分散体系，否则为多分散体 系。
级标di（μm）
0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05 1.15
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（2）使水的表面张力下降：有机化合物
0 b ln( c 1)
0
a
第七章 界面物理化学
问题：有机物使水的表面张力下降的原因？ 原因：极性小，减小粒子间作用力 （3）使水的表面张力显著下降：表面活性剂
0 b ln( c 1)
0
a
讨论：教材210 图7-7 图7-8 问题：表面活性剂使水的表面张力显著下降的原因？ 原因：表面吸附显著改变表面组成
第七章 界面物理化学
7.1 表面张力及其测定
7.1.1 界面和表面
界面是指两相接触的面; 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。
第七章 界面物理化学
常见的界面有： 1.气-液界面 2.气-固界面 3.液-液界面 4.液-固界面 5.固-固界面
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。
第七章 界面物理化学
由于表面这种力的不平衡性,造成在两相 (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。
第七章 界面物理化学
1d
d 2
W2 界面物理化学
12 W W1 W2 1 2 2
1d
d 2
第七章 界面物理化学
7.1.7 溶液的表面张力
第七章 界面物理化学
（1）使水的表面张力增大：简单无机盐电解质
0 kc
第七章 界面物理化学
问题：简单无机盐电解质为什么能增大水的表面张力？ 原因：离子水化，增大粒子间作用力
讨论: 表面层分子与体相内分子所受到的作用力有
什么不同?
第七章 界面物理化学
以液体及其蒸气组成的表面为例
第七章 界面物理化学
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。
麦克劳德研究气-液平衡时表面张力的结果:
1/4
C
1 0
M 1/4 MC [P] 1 0
([P]为等张比容)
第七章 界面物理化学 当1 0 1时：
M 1/4 [P] 1
第七章 界面物理化学
等张比容的物理意义: 在表面张力=1时的温度下,液体的摩尔
体积即为其等张比容。
某物质的[P]值可由其原子和结构基元 的[P]值求得。
(2) 温度： 温度升高，表面张力下降。 液态铜和 定性解析：分子间吸引力 锌等例外
定量解析：约特弗斯关系式
(M
)2/3
k (Tc
T)
第七章 界面物理化学
（2）压力： 增加压力，表面张力增大或减小。
dG SdT VdP dA
(
P
)T ,A
(
V A
)T
,
P
0
第七章 界面物理化学
（3）化学组分
把作用于单位边界线上的这种力称为
表面张力，用 表示，单位是N·m-1。
弯曲液面下的附加压强
p0
A
B
A
B
p = p0
平面
p0
A
B
ps p = p0 + ps
凸面
p0 ps
A
B
p = p0 - ps
凹面
第七章 界面物理化学
3. 一个计算表面张力的实验:
f 2 l
f
2l
第七章 界面物理化学
7.1.3 表面吉布斯函数及其他表面热力学量
第七章 界面物理化学
一般而言，表面层分子与内部分子相比，它们所 处的环境不同。
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；
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，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层 会显示出一些独特的性质。
讨论：202页例题
第七章 界面物理化学
7.1.5 表面张力与分子间力 （1）表面张力产生原因：分子间力
d I E h m i d sp
色散 诱导 静电 氢键 金属键 电子 离子键
（2） d 的计算： 微观法：London公式
d
N 2 2I
8x2
1.6021015 (N
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。
第七章 界面物理化学
界面化学的发展和现状
1805 1806 1878 1916
T . Young P.S. Laplase Gibbs Langmuir
提出界面张力概念 表面张力与曲率半径关系 表面吸附方程 固体吸附等温方程式
m 1 )
第七章 界面物理化学
讨论：教材203页例
宏观法：福克斯公式
d 1
(1 2 12 )2
4
d 2
第七章 界面物理化学
7.1.6 表面张力与界面张力的定量关系 （1）一般规律：？ （2）定量关系：以两不互溶液体形成的界面为例
福克斯认为：分子从体相移到界面相减少的功为
Es
1d
d 2
W1 1 Es 1
第七章 界面物理化学
1.气-液界面
第七章 界面物理化学
2.气-固界面
第七章 界面物理化学
3.液-液界面
第七章 界面物理化学
4.液-固界面
第七章 界面物理化学
5.固-固界面
第七章 界面物理化学
7.1.2 表面张力和界面张力 1.一个说明表面张力存在的例子
(a)
(b)
第七章 界面物理化学
2.表面张力产生的原因
一些界面现象
汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈 凹形。 固体表面会自动吸附其它物质。 微小液滴更易于蒸发。 肥皂泡要用力吹才能变大。
高的表面能必将引起特殊的表面性质
人脑的总表面积比猿脑大10倍；
绿叶具有大的质量表面，提高了光合作用的量子效率；
固体催化剂的催化作用，在于其高活性的表面；
dGT ,P dA
(
G A
)T
,P
Gs
(
G A
)T
,
P
(Gs为表面吉布斯函数)
第七章 界面物理化学
根据热力学关系式有:
Ss
(
T
)P
Ss为表面熵
U s Gs TS s Us为表面内能
第七章 界面物理化学
7.1.4 影响表面张力的因素
（1）物质的本性：
分子之间的作用力越大则表面张力也越大
(金属)> (离子)>(极性)>(非极性)