第八章表面化学。
第8章 固体的扩散与表面化学汇编
11
8.2 扩散的机理
间接间隙扩散的晶格变形虽然较大。但是还有 很多晶体中的扩散，属下这种间接间隙扩散机理。
例如： AgCl晶体中Ag+； 具有萤石结构的UO2+x晶体中的O2-的扩散。
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8.2 扩散的机理 （2）空位机理
是指以空位为媒介而进
行的扩散。
空位周围相邻的原子跃
入空位，该原子原来占有的
同样在固体中也存在有原子的输运和不断混合的 作用。但固体中原子的扩散要比气体中原子的扩散慢 得多。这主要是由于固体中原子之间有一定的结构和 很大的内聚力的原故。
扩散现象是由于物质中存在浓度梯度、化学势梯 度、温度梯度和其它梯度所引起的杂质原子、基质原 子或缺陷的物质输运过程。
2
8.1 引 言
从热力学的角度看，只有在绝对零度下才没有 扩散。
5
8.2 扩散的机理
扩散机理可有以下几种： （1）晶格间隙机理 （2）空位机理 （3）离解机理 （4）环形机理
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8.2 扩散的机理 （1）晶格间隙机理
处于间隙位置的质点从一间隙位移入另一邻 近间隙位，必然引起质点周围晶格的变形。
晶格间隙机理分为三种形式: ① 直接间隙扩散 ② 间接直线间隙扩散 ③ 间接非直线间隙扩散
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8.2 扩散的机理
① 直接间隙扩散
例如，在某些固溶体中, 杂质原子的扩散可 在晶格间隙的位置之间运动。
处于间隙位置的杂质原子可以从
一个间隙直接跳到相邻的另一个
间隙位置上 Fe－C体系中的C原子在－Fe 或－Fe 基质中的扩散。
(a)
原子或分子运动速度非常快！
8
8.2 扩散的机理 ② 间接直线间隙扩散
原子同时跃迁而互换位置，由
物理化学第8章 表面物理化学
如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的 表面活性剂，使接触角大于90°。
2.增溶作用
定义：非极性有机物如苯在水中溶解度很小， 加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度 大大增加，这称为增溶作用。
增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶 的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分 子形成的胶束中。
2、公式 （1）形式： ⊿p=2ϭ/r
（2）结论： ①凸液面： r >0，则 ⊿p > 0。
液滴越小，附加压力越大
②凹液面 ： r< 0，⊿p<0。
③水平液面：r为无穷大， ⊿p= 0。
④对于液泡（如肥皂泡）:
⊿p =
4ϭ r
因为肥皂泡有两个气液界面，且两个球形界面的
半径几乎相等，方向均指向液泡中心。
①液体能润湿毛细管（如水能润湿玻璃）： 呈凹形曲面，且液面上升一定高度。
p'
p ''
p0
M H2O
N Hg
r g h =⊿ p = 2 ϭ
r
曲率半径 r与毛细管半径R的关系：
R´ = R
cosq
联立以上二式，可得：
2ϭcosq
h=
r gR
②液体不能能润湿毛细管（如汞不能润湿玻璃）： 呈凹形曲面，且液面下降一定高度。
可见光的波长约在400~750 nm之间。
二、溶胶的力学性质
主要指： Brown 运动
扩散
沉降和沉降平衡
1、Brown运动(Brownian motion)
通过超显微镜，可以看到胶体粒子不断地 作不规则的“之”字形运动，这就叫布朗运 动。
产生原因：分散介质分子以不同大小和方向 的力对胶体粒子不断撞击而产生的。
无机化学课件 第八章 表面化学
（ 注意膜有正、反两面。)
W = △A （1）
表面功即系统表面自由能的增加，即等温等 压下： W = Wf = △A （2） 比较（1）,（2）两式： 表面张力 与比表面吉布斯自由能 在数值
上是相等的。 结论：可以用同一符号 “ ” 来表示比表面吉
布斯函数或表面张力。
3、比表面吉布斯函数与表面张力的异同点
三、表面现象与表面吉布斯函数
同一质量的物质，分散度（比表面积A0=A/V) 越大，表面吉布斯函数越大，系统总吉布斯函数 越大。
可通过以下三种方式自发地使系统处于稳定状态：
1.缩小表面积 2.降低表面张力—吸附现象 3.同时变化—润湿现象
8.3 表面活性物质
一、表面活性剂及其分类
定义：以很低的浓度显著降 低液体表面张力的物质。
乳化剂大多是表面活性剂，主要稳定原因： • 降低界面张力
加入适量表面活性剂后，煤油与水间的界面张力可 由35-40mN/m降低到1mN/m甚至10-3mN/m以下。油 水分散就容易得多。
• 形成牢固的乳化膜
使用足量且分子结构适宜的乳化剂有助于得到高强 度的界面膜。
• 界面电荷密度大 • 适当的表面粘度
介质黏度大，乳液液滴运动速度减慢，有助于乳状 液的稳定。高分子物质可作增稠剂，还能形成坚固 的界面膜。
乳状液的类型
乳状液的应用
例：乳化食品和医药用乳剂
牛乳和豆浆是天然O/W型乳状液，其中的脂肪以细滴 分散在水中，乳化剂均是蛋白质，故它们易被人体消 化吸收。
日常生活中的冰激凌、人造奶油以及营养豆奶等大多 是W/O或O/W型乳剂。这些食品中所用的乳化剂多为 甘油-硬脂酸酯、蔗糖酯等。
② 乳化作用
乳化：一种液体以极小的液滴形式分散在另一 只与其不混溶的液体中。
物理化学第八章表面
物理化学第八章表面一、表面化学的概念表面化学是研究发生在固体表面或液体表面的化学现象的科学。
在处理和制备材料、开发新工艺、研究反应机理以及在工业生产和实验室研究中，常常涉及到表面化学问题。
二、表面张力表面张力是液体表面分子之间的相互吸引力，是液体内部分子之间的相互排斥力。
其大小可以用表面张力系数γ表示。
三、弯曲液面的附加压力由于液面是弯曲的，所以液体在表面层内不仅要承受重力等一般压力，还要承受由于液面弯曲而产生的附加压力。
表面层内任一点上总压力与一般压力之差即为附加压力。
四、润湿现象润湿是指液体与固体接触时，液体会延固体表面铺展开来，这种现象叫做润湿现象。
润湿现象的产生与液体和固体的种类及它们之间的相互作用有关。
不同液体在不同固体表面上发生不同的润湿现象。
五、接触角和粘附功接触角是指液体在固体表面上附着时形成的液体-气体-固体三相交界处的切角。
接触角的大小反映了液体对固体表面的润湿程度。
粘附功是指液体润湿固体表面时，由润湿而在界面上产生的附加压力，其大小可用下式表示：W=2γcosθ(1-cosθ)其中γ为表面张力系数，θ为接触角。
六、降低表面张力的方法1、添加表面活性剂：表面活性剂可以显著地降低溶液的表面张力，并具有很好的润湿和乳化能力。
2、温度升高：温度升高可以增加分子的热运动，从而降低表面张力。
3、改变固体表面的性质：通过改变固体表面的性质（如通过化学吸附或物理吸附），可以降低表面张力。
七、应用表面化学的方法制备微纳米材料通过使用表面化学的方法，可以在固体表面上制备出各种微纳米材料。
例如，通过使用表面活性剂可以制备出纳米颗粒和纳米膜等材料。
通过使用分子束外延等方法可以在固体表面上制备出单层或多层原子膜。
这些技术在材料科学、电子学和生物学等领域中有着广泛的应用。
物理化学第十三章表面物理化学物理化学是化学的一个重要分支，它涉及到分子间的相互作用、物质的结构和性质以及它们之间的转化。
在物理化学的学习中，第十三章的内容是表面物理化学，它主要研究的是液体和气体界面上的分子相互作用和物理现象。
物理化学第八章表面现象
见右图，液体内部分子受到的 力彼此抵销，但表面分子受到指 向液体内部的力，所以表面分子 有进入液体内部的倾向。 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。
二、表面吉布斯函数与表面张力
二、毛细管现象
将毛细管插入液体中，如果液体润湿管壁，则液 面成凹液面，液体将在管内升高；如果液体不润湿 管壁，液面成凸液面，液体将在管内下降。这种现 象称为毛细（管）现象。
h
h
二、毛细管现象
毛细管中液面上升高度可 用下式求算：
2 gh p r
2 cos h gR
θ称为接触角。
2、在凸面上 显然表面张力的合力指向球心， 内部分子所受压力大于表面分子。 ΔP = Pin - Pex >0 3、在凹面上 表面张力的合力仍然指向球心， 但内部分子所受压力小于表面分 子。 ΔP = Pin - Pex <0 ΔP ΔP
一、弯曲表面下的附加压力
1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径 之间的关系式：杨-拉普拉斯公式
pex
h
2 2 1.250 7 5 10 (pa) 8 r 5 10
d
压力如此之大，气泡难以存在，但炉壁为多孔砖， 已有半径较大气泡存在，实际附加压力并不很大。
二、毛细管现象
润湿和不润湿： 若液体能够在固体表面铺展，则称该液体对该固体 能够润湿（后面还要讲到）。
润湿
不润湿
一、微小液滴的蒸汽压与人工降雨 二、纯液体的凝固点和过冷现象 三、微小晶粒的溶解度与过饱和溶液 四、过热液体与爆沸现象 五、亚稳状态与金属热处理
工科化学总结和课后答案强亮生版
第八章表面化学思考题与习题解答1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。
（1）表面张力是指存在于液体表面的粘附力。
答：错，表面张力是垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力。
[ 弯曲液面表面张力的合力（附加压力）的方向是指向其曲率圆的中心]。
（2）物质的表面张力只与其温度、压力和组成有关。
答：不确切，还与其第二相组成等因素有关。
（3）因表面活性剂分子为“双亲分子”，故表面活性剂分子有一半是亲水基，一半是亲油基。
答：不确切，其双亲性是指一侧有极性,另一侧没有极性（或两侧极性不同），并非“一半”。
（4）液体对固体的润湿程度可用接触角来衡量，接触角θ> 90。
时称为润湿，接触角θ< 90。
时称为不润湿。
答：错，与所述相反。
接触角θ>90。
时称为不润湿，接触角θ< 90。
时称为部分润湿。
（5）一般说来，摩擦总是有害的。
答：不对，行走等需要摩擦，否则不能实现。
2．填充题（1）无焊药焊接时，熔化的焊锡在焊件表面呈球状的原因（是接触角偏大，需要用焊药降低接触角。
）（2）物理吸附和化学吸附的区别(3) 表面吉布斯函数与表面张力的区别和联系分别是（ΔG = σ•ΔA）(4)悬浊液、乳浊液和溶胶的定义分别是（5）表面现象产生的实质（是其表面分子的能量较高或有剩余价力）。
（6）实验室常用硅胶吸收空气中水分的原因是（极性吸附剂容易吸附极性的吸附质。
硅胶属于极性吸附剂，活性炭属于非极性（弱极性）吸附剂，水是极性吸附质。
）3．25℃时把半径为1mm的水滴分散成半径为1μm的小液滴，比表面增加了多少倍？表面吉布斯函数增加了多少？完成该变化时，环境至少要做多少功？（已知25℃时水的表面张力为72.53J/m2）?解：水滴的体积V1 = (4/3)πR3 = (4/3)×3.14×0.53 = 5.23×1.0– 1(mm)3小水滴的体积V 1=(4/3)πr 3=(4/3)×3.14×(5.0×1.0–4)3=5.23×10– 10(mm)3 该水滴分裂为5.23×1.0– 1/ 5.23×10– 10 = 109个小水滴水滴的表面积A 1 = 4πR 2 = 4×3.14×0.52 = 3.14(mm)2小水滴的总表面nA 1 =109×4πr 2=109×4×3.14×(5.0×1.0–4)2=3.14×103 (mm)2 表面扩大了3.14×1.03/ 3.14 = 103(倍) W = ΔG = σ•ΔA = 72.53(3.14×103 – 3.14)×10– 6 = 2.28×10– 1 J •m 24．有实用价值的表面活性剂，其烃链中的碳原子数在什么范围，过大或过小对表面活性有什么影响？答：碳链不同时其作用不同，碳原子数在12–18的直链烃表面活性剂的润湿、或去污效果比较好。
第八章表面改性和功能材料精品文档
第二节 表面层压改性
表面层压
表面层压有湿式层压和干式层压，又分为： 挤出层压 热熔层压 共挤出层压 热压粘结层压
1、湿式和挤出层压
（1）湿式层压
以液体胶粘剂将两片膜压合的一种技术。
所使用的胶粘剂有：聚乙烯醇水溶液和聚醋酸乙烯乳液。
（3）容易剥离的涂层
为保护塑料制品表面不受污染和伤害而涂布的体层，不需要 时即可剥离。如印刷电路版制作或平版印刷。
第四节 表面非电解镀改性
通过化学的氧化还原反应，使用还原剂将金属离子变成 金属原子并在坯料上析出而形成镀层，称为非电解镀。
一般，离子化倾向小的金属（金，银，铜）等用还原能力 弱的葡萄糖、甲醛等进行化学镀。比铜难析出的Ni,Co等 离子，要使用还原能力强的次亚磷酸（HPO2H2)、氢化硼 等作还原剂进行化学镀。
4、界面活性剂处理
外部处理：将塑料浸渍在界面活性剂溶液中，形成界面活性剂层。
添加处理：在不改变塑料本性特性的条件下，添加界面活性剂。
5、表面接枝处理
（1）接枝反应
光、高能射线或低温等离子体可引发表面接枝反应。如用 Γ射线照射Al2O3表面，可产生自由基，它能使苯乙烯在 表面聚合，以致改变Al2O3的表面性质。 辐射接枝法有：直接接枝法；预辐射接枝法；和过氧化物接枝法。 A：直接接枝法：
（2）挤出层压
又称挤出涂布或多层重叠结构层压。将聚乙烯、聚丙烯、 乙烯-醋酸乙烯共聚体、离子型聚合物等从挤出机模具内 挤出。利用其所形成的膜呈熔融状态与基材压合粘接， 冷却后为层压制品。
2、共挤出层压
将一种或不同种类的树脂进行加热，使之成为熔融状态， 并在模内部的开口部位挤合而制取多层薄膜的一种方法。
物理化学第八章表面
第八章 《表面现象与分散系统》一、选择题1．在一般情况下不考虑表面的存在对系统性质的影响是因为（ ）。
A. 表面状态复杂；B. 表面不重要；C. 表面分子数比内部分子少得多，表面效应不明显；D. 表面分子与内部分子状态一样。
2． 在一支水平放置的洁净的玻璃毛细管中有一可自由移动的水柱，今在水柱右端微微加热，则毛细管内的水柱将（ ）。
A. 向右移动；B. 向左移动；C. 不移动；D. 条件不足，无法判断。
3．等温等压条件下的润湿过程是：（ ）。
A. 表面吉布斯自由能降低的过程；B. 表面吉布斯自由能增加的过程；C. 表面吉布斯自由能不变的过程；D. 表面积缩小的过程。
4．若某液体在毛细管内呈凹液面，则该液体在该毛细管中将（ ）。
A. 沿毛细管上升；B. 沿毛细管下降；C. 不上升也不下降。
D. 条件不足，无法判断5．液体在能被它完全润湿的毛细管中上升的高度反比于（ ）。
A. 空气压力；B. 毛细管半径；C. 液体表面张力；D. 液体粘度。
6．当表面活性剂加入溶剂中后, 产生的效果是（ ）。
A. /0d dc σ< 正吸附；B. /0d dc σ> 正吸附；C. /0d dc σ< 负吸附； D . /0d dc σ> 负吸附。
7．在影响物质表面张力的因素中，下列说法哪个不对?（ ）。
A. 与压力有关；B. 与温度有关；C. 与共存相有关；D. 与表面积有关。
8． 空气中有一肥皂泡, 直径为2mm, 若其表面张力为0.06 N· m -1, 则泡内附加压力为（ ）。
A. 0.06×103 Pa ；B. 0.24×103 Pa ；C. 0.12 ×103 Pa ；D. 0.48×103 Pa 。
9．对于一理想的水平液面，下列各量中，何者为零？（ ）。
A. 表面张力；B. 表面能；C. 附加压力；D. 比表面能。
10．对于化学吸附的描述, 以下说法中不正确的是（ ）。
第八章表面化学及胶体化学课后习题答案
第八章 表面化学与胶体化学习 题1．在293 K 时，把半径为1×10-3m 的水滴分散成半径为1×10-6m 的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?环境至少需做功多少?已知293 K 时-1O H m mN 75.722⋅=σ。
（答案：9.15×10-4J ）解： 一滴大水滴可分散成N 个小水滴：323132313434r r r r N ==ππ小水滴的面积为： 2312244r r r N ππ=⨯，大水滴的面积为： 4π21r面积增加倍数为：9991444212121231=-=-r r r r r r πππ J 10133.9)101101101(41075.72)44(4669321231s s -----⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=∆⋅=∆πππσσr r r A G2．在298 K 时，1,2—二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液的浓度为5.9×10-3mol·L -1，计算直径为1×10-8m 的NB 微球在水中的溶解度。
已知298 K 时NB ／水的表面张力为25.7 mN·m -1，NB 的密度为1 566 kg·m -3。
（答案：2.625×10-3 mol ·dm -3）解：根据开尔文公式 ：rRT M c c 12ln0⋅=ρσ，将数值代入，得： -1338330L mol 10625.2109.54449.04449.0105.0115.298314.8156610168107.252ln ⋅⨯=⨯⨯=∴=⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----c c c3．373 K 时，水的表面张力为58.9 mN·m -1，密度为958.4 kg·m -3，在373 K 时直径为 1×10-7m 的气泡内的水蒸气压为多少?在101.325 kPa 外压下，能否从373 K 的水中蒸发出直径为1×10-7m 的气泡? （答案：99.89kPa ）解：气泡为凹面，且r = 0.5×10-7mkPa89.999858.0325.101)01427.0exp(01427.0105.01373314.84.9581018109.58212ln 0r 7330r =⨯=-⋅=∴-=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=---p p r RT M p p ρσ 因p r < p 外，故不能蒸发出直径为1×10-7m 的气泡。
表面物理化学
§8-1 表面Gibbs自由能和表面张力
一. 分散度和比表面 界面----- 相邻两相间的一个过渡区域，厚度为单分子层
或几个分子层。
按两相物理状态不同，两相界面可分为5种类型：
l－g、s－g、l－l、l－s、s－s界面，
对l－g界面，s－g界面，常称表面。
物质的表面积的大小与物质被分散的程度有关，物
② 液体沸腾时的过热----亚稳态 沸腾现象是液体从内部形成气泡、剧烈汽化的结 果。 气泡内的蒸气压Pr* 至少要达到外压 P0与气泡所
受附加压力的绝对值之和时，液体才会沸腾，即
P P P 0
* r
当液体中的气泡很小时，Pr* 很小，温度升至正常 的沸点时，Pr* 仍然小于( P0 + ︱△P︱) , 此时 , 液体不 沸腾 ; 当温度继续升高时 , Pr* 增大, 直至 Pr *= P0 + ︱△P︱, 液体才开始沸腾, 此时的温度超过
10103 V0 1.00105 (m3 ) 998.3 m
4 3 4 V r 3.14 (10 9 )3 4.19 10 27 (m3 ) 3 3
V0 1.00 105 N 2.39 1021 (个) V 4.19 10 27
Pr * ---- 弯曲液面上的蒸气压 (Pa)
r
M
---- 弯曲液面的曲率半径
---- 液体的摩尔质量 ---- 液体的密度 ---- 液体的表面张力
(m)
(kg · -1) mol ( kg ·m- 3 ) ( N · -1 ) m
P 2M 1 ln ( ) RT r P
* r * 0
正常的沸点, 液体产生过热现象。
第八章土壤胶体表面化学
B. 土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土壤， 它们所带的电荷数量可以完全不同。这是有胶体 类型不同所致。 C. pH值 主要影响可变电荷的数量。
三、土壤胶体表面电位
当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面 与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和一层 溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间 结构，称为双电层。
双电层模型
胶核 胶体微粒
胶粒
决定电位离子层（内） 双电层 非活性离子层 补偿离子层（外） 扩散层
Boltzmann方程
Cx=Coexp( )
Gouy（1910）和Chapman（1913）提出的双电层模型
x=o exp(-Kx)
式中o为表面电位，k是与离子浓度、价数、 介电常数和温度有关的常数。在室温下：k ＝3×107 Z Co 1/K称为扩散双电层的厚度 。 离子价数越高，离子浓度越大，K值越大，双电层 的厚度越小，因此，增加离子的价数和浓度，可使 双电层压缩 。
***影响土壤阳离子交换量的因素有：
（1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。
质地 CEC 砂土 1~5 砂壤土 7~8 壤土 15~18 粘土 25~30
（2）有机质 OM % CEC
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石
（4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤 的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
（三）土壤电荷数量
土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离 子的厘摩尔数表示。CEC即为pH7时土壤净负电 荷的数量。
土壤电荷主要集中在胶体部分。
第八章 表面、相界和晶界
22
（3）清洁表面 清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等 物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组成与体内 相同，但周期结构可以不同于体内。根据表面原子的排 列，清洁表面又可分为：
13
（2）原因 液膜中不仅有凹面，还有凸面。设凹的曲率半径为
r1，凸面的半径为r2。对于非球面： Ρs＝γ(1/r2-1/r1) r :主曲率半径。
当液膜非常薄时, r2»r1 ,或r2＝∞, 即为两块相互平行的 平板间的液体液面
Ρ＝-γ/r1 负号表示液内压力小，相当于两边给玻璃有正的γ/r1 的推力，这一推力使二块玻璃拉近拉紧。
于B/r3 , 故范得华力只表现出引力作用。
对不同物质，上述三种作用并非均等的。例如对 于非极性分子，定向作用和诱导作用很小，可以忽 略，主要是分散作用。
18
二、固体的表面结构 1.表面结构
（1）静态表面原子状态 1）表面:是指（固体）晶体的三维周期性结构开始破坏一直
到真空之间的整个过渡区域，其厚度一般为几个原子层。 2）静态表面原子状态：是指在0K时，表面原子静止地（无
开尔文公式的结论说明凸面蒸气压＞平面＞凹面 由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式可
知，各处相应的蒸气压大小也不同。故质点容易从 高能阶的凸处（如表面）蒸发，然后通过气相传递 到低能阶的凹处(如颈部）凝结，使颗粒的接触面 增大，颗粒和空隙形状改变而使成型体变成具有一 定几何形状和性能的烧结体。这一过程也称蒸发冷凝。
多数情况下吸附是介于上述二者之间，即在固体吸附剂 和吸附物之间共有电子，并且经常是不对称的。
表面化学讲义
三、 亚稳状态和新相的生成
沸腾条件：水的蒸气压 ≥ p外+Δp + p静+ Δp
p外=1.013×105Pa p静=ρgh=103×9.8×1.0 =104Pa p 静 Δp=2σ/r=2×0.0589/10-6 = 1.178×105Pa p外+p静+Δp =2.291×105Pa
开尔公式应用举例
1．微小晶体的溶解度
ar 2 sl M ln a RTr
2．毛细管凝结
陈化
在低于正常的饱和蒸气压时，蒸气分子在 毛细孔内凝结成液体的现象。
硅胶作为干燥剂的工作原理。
三、 亚稳状态和新相的生成
水在常压（101.3kPa）下的沸点是100 ℃。如果
水温≥ 100 ℃仍不沸腾，这样的水称为过热水。
凹面接触角<90°
二、固体表面的润湿
（三）毛细现象
2σ Δp ρgh r
R r cosθ
2σ cos θ h ρ液 gR
毛细现象： 凹液面，液面上升 凸液面，液面下降
二、固体表面的润湿
（三）毛细现象
毛细管凝结：在低于正常的饱和蒸气压时， 蒸气分子在毛细孔内凝结成液体的现象。 产生原因：凹液面的蒸气压小于正常蒸气压
c表-c本 表示溶液表面吸附的大小
但不能实验测定
(n表-n’本)/A表示溶液表面吸附的大小
Γ=nσ/A，表面吸附量
Γ＞0，正吸附； Γ＜0，负吸附。
二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式 （二）吉布斯公式
a σ Γ ( )T RT a
第八章 土壤胶体化学和表面反应.
第一节 土壤胶体的表面性质
二、土壤胶体的比表面
4、测定方法 1）仪器法：用电子显微镜或X射线衍射仪测定颗粒大小、形状，计算出理 论比表面积。 适用于：结晶良好，组成一定的纯矿物，不适用于土壤。 2）吸附法：用分子大小已知的指示吸附物质，在土粒表面形成单分子层， 计算出比表面，常用吸附物质有：（N2、H2O、溴化十六烷基吡啶、甘油、 乙二醇乙醚）。
第二节 土壤胶体对阳离子的吸附
三、阳离子交换作用
4、盐基饱和度（BS） 土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类致酸离子H+、Al3+，其它为盐基 离子。 盐基饱和度：指交换性盐基离子占阳离子交换量的百分数。
盐基饱和度%
交换性盐基 100% CEC 代换性H 、Ａl３＋ 盐基不饱和度% １００％ ＣＥＣ
第一节 土壤胶体的表面性质
三、土壤表面电荷和电位
5、土壤胶体的分散和凝聚 土壤胶体分散状态为溶胶，发生凝聚作用，形成凝胶。 原理：当电动电位大时，两个胶粒之间电荷斥力大，胶体处于分散状态。 当扩散层变薄，电动电位降电，两胶粒碰撞，其分子间引力大于静电斥力时， 胶体发生凝聚。电动电位减小，胶体发生凝聚。 1）补偿离子改变：土壤中Na+多，分散； 土壤中Ca2+多，结构好。 2）溶液中电解质增加，阳离子浓度大，扩散层薄，发生凝聚作用。 一价离子Na+ H+ K+引起胶体凝聚是可逆的。水分增加，阳离子浓度下 降，凝胶—溶胶。 二、三价离子产生凝聚不可逆，形成水稳性团聚体。 3）带相反电荷胶体，相遇发生凝聚作用。
第二节 土壤胶体对阳离子的吸附
三、阳离子交换作用
3、阳离子交换量（CEC） 阳离子交换量（CEC）是指pH=7时，每kg土吸附交换阳离子的厘摩尔 数。Cmol(+)/kg 影响因素： 1）胶体种类：有＞蒙＞伊＞高 2）土壤质地：细，有机质多，粘土矿物多 3） pH： pH下降，CEC降低 反映土壤的保肥能力： ＞20 Cmol(+)/kg高 20-10 Cmol(+)/kg中 ＜10 Cmol(+)/kg低
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Wr' = Fdx
l
dG = 2dA = 2ldx
F 单位：Nm–1
2l
σ物理意义：单位长度中，使液面拉紧的力。
表面张力的方向：垂直于作用线，相切于液面。
dx F
表面张力和表面能物理意义不同，但只是同一事物不同方式描 述的结果。两者数值相同， 量纲也一致。
Jm–2 = Nmm–2 = Nm–1
一. 表面能
以l-g 表面为例，液体表面分子与内部分子受力情况不同
内部：分子作用力合力＝0，移动时能量没有变化 表面：分子作用力合力指向液体内部，
当把体相分子拉向表面时 环境作功 转化为表面能
（T,p,n不变）
表面积增加
一. 表面能
当把体相分子拉向表面时 环境作功 转化为表面能
（T,p,n不变）
aV＝
表 面 积A 体积V
或
am＝
表 面 积A 质量m
aV＝
表 面 积A 体积V
或
am＝
表 面 积A 质量m
例 体积为 V 的液体分散为半径为 r 的液滴时比表面积多少？
A = 液滴数4r2 V 4r 2 3V
4 r 3
r
3
A 3m
r
am
3
r
aV＝
3 r
第一节 表面能、表面张力、表面热力学
T A Qr = TS
(3) G与可逆功Wr' G = A = Wr'
(4) H
H = G + TS
(Wr') (Qr) 可见表面积可逆扩大时，系统能量变化来自 环境作功Wr'
环境传递的热Qr
四．影响的因素
表面张力（表面能）是分子间作用力在表面上的体现，影响作 用力的因素有
一．曲面附加压力
3．毛细现象
当毛细管插入液体后，有两种情况
h
定量计算式:
h 2 gr
r > 0 h r < 0 h
曲率半径r与毛细管半径R、接触角有关： R = r cos =0时，r= R
r
R
一．曲面附加压力
请思考 (1) 为什么自由液滴自动呈球状，画出图中4点p曲方向及相对
第八章 表面化学 surface chemistry
• 有许多现象与物质的表面性质有关，如液滴在不同固体表面 有不同的形状，活性炭能去除冰箱中的异味，药物微粒化可 增加其溶解度，选择合适的溶剂可增加皮肤吸收等。
• 表面是两相的分界面，有
液－气 固－气 液－液 固－液
表面
界面（广义表面）
• 表面性质有时当表面积很大（物质分散度很大）时才表现 出来，分散度可用比表面来表示。
r2
当r = 时，得柱面
p曲 r
一．曲面附加压力
3．毛细现象
当毛细管插入液体后，有两种情况
h
浸润性液体，凹液面，p曲向上，使液面
不浸润性液体，凸液面，p曲向下，使液面
定量计算式: 平衡时，附加压力 = 液柱静压力
设为球面， 2 gh
r
h 2
r > 0 h
gr r < 0 h
交叉偏导
S 称之为表面张力温度系数
A T T A
三．表面热力学
交叉偏导
S
A T T A
3. 表面积变化时，热力学函数的计算
(1) S：上式积分 (2) 可逆过程的热Qr
S A
表面张力合力p曲 指向液体外部
一．曲面附加压力
2．球形曲面附加压力
演示
设半径为r的球状液滴在等温等压可逆条件下，使体积增大
dV，表面积增大dA，此时 p
环境作体积功 = 体系表面能增加
p曲dV = dA
p曲
dA dV
d 4r 2 d 4 r 3
8rdr 4r 2dr
表面积增加
表面能 = Wr' = G （G的物理意义）
A
为比表面能，简称Gibbs表面能
G = A G
A T , p,n
物理意义：单位面积上，表面分子增加的Gibbs自由能
（表面分子多于体相分子的能），
是体相分子变成表面分子时环境作的功。
二．表面张力
在l-g表面上，可以观察到处处有使液面拉紧的力––––表面张力。
如铁环上有皂膜
演示
刺破
若使金属框用F 力拉动dx 距离 Wr' = Fdx l
dG = 2dA = 2ldx
F 单位：Nm–1
2l
dx F
(a)
(b) 表面张力存在
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药学院物理化学教研室
二．表面张力
若使金属框用F 力拉动dx 距离
(1) 物质本性：如液体极性>非极性，固体金属>有机物 (2) 相界面构成：相界面是两相分子交融区，界面在两相之
间。如水<水－汞<汞 (3) 温度：一般情况，T，
(4) 压力：影响很小，可忽略 (5) 溶液中溶质的种类和浓度
第二节 弯曲表面的性质
一．曲面附加压力
1．附加压力概念 曲面和平面比较，表面受力情况不一样
r=
凸面 凹面 平面
p曲> 0 p曲< 0 p曲= 0
r
一．曲面附加压力
2．任意曲面附加压力 任意曲面可近似用二个曲率半径描述 通过数学推导，可得
p曲
1 r1
1 r2
Laplace公式
r1
当r1 = r2 时，得球面
p曲
2
r
在不同场合，按理解方便原则应用 。
三．表面热力学
1．热力学基本关系式 对高度分散具有较大比表面积的多组分系统，热力学函数应
包括4种变量。如：
dG= –SdT+Vdp + BdnB + dA
还有其它函数dU，dH，dF也是。
T，p，n不变时
dG = dA
2. 表面张力温度系数
考虑温度T 的影响 dG= –SdT+ dA
平面
p外
p内
凸面
p外
p内
p内= p外
p曲 p内= p外+p曲
任意区域 表面张力合力= 0
表面张力合力p曲 指向液体内部
平面
p外
p内
凸面
p外
p内= p外
凹面
p曲
p内 p外
p内= p外+p曲 p曲
p内
p内= p外-p曲
附加压力 p曲=p= p内– p外
任意区域 表面张力合力= 0
表面张力合力p曲 指向液体内部
大小。
(2) 为什么松散土壤雨后会下沉？（水在土中是浸润的。） (3) 为什么催化剂过热熔结会失活?
二．液滴大小对蒸气的影响
现象：液滴越小，蒸气压越大 原因：液滴越小，受到的附加压力越大（内压越大），越易蒸发 推导：p–r定量关系式