界面现象和胶体分散体系
界面现象与胶体
第八章界面现象与胶体本章主要介绍气-液、气-固、液-固和液-液界面上的发生的界面现象，讨论附加压力及其引起的现象、吸附和润湿等。
介绍胶体基本性质、胶团结构和胶体的稳定性等。
简略介绍乳状液、泡沫和悬浮液等粗分散系统。
当物质以不同的相态共存时，任意两相之间的分隔面称作相的界面，简称界面。
常见的界面有气-液、气-固、液-液、液-固和固-固等五种界面。
其中气-液、气-固两种界面也称作表面。
发生在界面处的现象称为界面现象。
本章主要讨论发生在气-液、气-固两种界面处的现象，也称其为表面现象。
8.1 气液表面现象8.1.1 表面现象的产生界面并不是几何面，而是指处于两相之间，约为几个分子厚度的一层物质，故又称作界面层或界面相。
界面两侧的相称作体相。
界面层与体相在组成、结构、分子所处的能量状态和受力状况等方面都有明显的差别。
如图8.1所示，图8.1 为液体内部分子及表面层分子受力情况示意图体相内的分子，如分子A，受到周围分子的作用力统计地看是对称的，可相互抵消；界面层处于两体相之间，受到两相分子不同的作用，分子受力是不对称的，故界面层的分子例如分子B、C，有离开界面层进入体相的趋势，其宏观表现是界面将收缩至具有最小面积。
在相界面上的物质因为具有与体相不同的结构和性质，从而产生的物理现象和化学现象称为界面现象。
气-液和气-固界面上发生的界面现象也称为表面现象。
例如：毛细现象、润湿、吸附、多相催化等。
8.1.2 表面张力和比表面吉布斯函数把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
通常采用比表面积来表示分散度的大小，其定义为：单位质量或单位体积物质所具有的表面积，简称比表面，其数学表达式如下所示：（空两秒）A m=A/mA s =A/V式中，A m 和A s 分别为用单位质量和单位体积表示的比表面；A 为物质的总表面积；m 和V 分别为物质的质量和体积。
物质的表面现象与其分散度有关。
物质的颗粒越细，即物质的分散度越大，其比表面越大，物质的表面现象也越突出。
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。
12 界面现象和胶体分散系统
h 2 cos / rg
液体的密度（kg m3）；
h 液柱上升的高度（m）； g 重力加速度（9.80N kg1）； r 毛细管的半径； R 曲率半径；
不能润湿毛细管壁的液体的液面呈凹性 90
液面下降的深度为h
h
12
3. 表面曲率对液体蒸汽压的影响
实验现象：
T
t 微小液滴的蒸气压力大于大液滴的蒸气压力，使微小液滴的水蒸 发成蒸气而凝结在大液滴上。
Γ
Γ
Γ Γ
Γ Γ Γ ap 1 ap
29
Γ Γ Γ ap 1 ap
1 Γ 1 Γ 1 Γbp
Γ和b，在一定温度下， 对一定的吸附剂和吸附物为常数 以 1 Γ 对 1 p 作图，应得一直线。 直线斜率 1 Γ b 为截距为 1 Γ
30
6. BET多分子吸附等温式
BET——Brunaurer S , Emmett H , Teller E 1935年提出多分子层吸附理论
46
47
§12.7 溶胶的特性
1. 动力性质
胶体粒子的热运动
48
49
浓 度 梯 度
50
2. 光学性质
51
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3. 电学性质
电动现象
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胶体粒子的结构
56
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59
§12.8 溶胶的聚沉和絮凝
1. 电解质对胶体稳定性的影响
60
61
62
63
2. 溶胶的相互聚沉
p＝常数
吸附量＝ x f T
m
100
B
80
量
吸 附
60
1
2ห้องสมุดไป่ตู้
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。
胶体与界面化学
摘要：胶体与界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学。
随着科学技术的迅速发展，它已经成为一门独立的学科。
胶体与界面化学与生产、生活实际有着紧密的联系，无论是在工业生产，还是在日常生活的衣、食、住、行等各个方面，都会遇到与胶体化学有关的的各种问题。
关键词：胶体界面化学生活应用引言：胶体与界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学。
随着科学技术的迅速发展，它已经成为一门独立的学科，正是因为胶体现象很复杂，且有它自己独特的的规律性；更重要的是它与生产、生活实际有着紧密的联系，无论是在工业生产，还是在日常生活的衣、食、住、行等各个方面，都会遇到与胶体化学有关的的各种问题，如土壤改良、功能与复合材料、三次采油、浆体的管道运输、人造血浆、药物缓释与定向、摩擦与润滑和油漆涂料等，与国家安全、能源开发、环境保护和人民生活等方面密切相关。
胶体与界面化学是一门古老的科学。
他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的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的事实，如溶胶、凝胶、胶溶、渗析、离浆。
尽管在这一时期积累了大量的经验和知识，但是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一一体系的多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。
胶体与表面化学是物理化学的一个重要组成部分，是一门应用性极强的学科，它所研究的领域涉及到化学、物理学、材料科学、环境科学、生物化学等，是诸学科的交叉和重叠。
因此，它的应用领域是极其广泛的，近年Hiemenz就列举了涉及胶体和表面化学的实例：（1）分析深化中的吸附指示剂、离子交换、沉淀物的可滤性、色谱等；（2）物理化学中的成核作用，过饱和及液晶等；（3）生物化学和分子生物学中的电泳、膜现象、蛋白质和核酸等；（4）化学制造中的催化剂、洗涤剂、润滑剂、粘合剂等；（5）环境科学中的气溶胶、泡沫、污水处理等；（6）材料科学中的陶瓷制品、水泥、纤维、塑料等；（7）石油科学中的油器回收、乳化等；（8）日用品中的牛奶、啤酒、雨衣等。
界面化学基本理论—界面和分散体系
分散系统可分为均相分散系统和非均相分散系统。
均相分散系统是物质彼此以分子形态分散或混合所形成的系统。此类系统的
分散相及分散介质之间无相界面存在，是热力学稳定系统。
非均相分散系统是物质以微相形态分散在分散介质中所形成的多相系统。
大分子化合物溶 液
(亲液溶胶)
胶体分散体系(憎 液溶胶)
粗分散体系
r分散相粒径 ＜10－9m
10－9～ 10－7m
分散相
性质、特 点
举例
原子、分子、 单相，热力学稳定，扩散快， 蔗糖水溶液，混
离子
光散射现象弱
合气体等
大分子
均相，热力学状态稳定，可 蛋白质，聚乙烯
逆，光散射现象弱，扩散慢
醇水溶液
10－9～ 10－7m ＞10－7m
《表面活性剂、胶体与界面化学基础》
考试考核
平时成绩：考勤+课堂表现 线上考核、互动、评价：50% 期末考试：50%
基本理论
界面和分散体系 胶体体系概述 胶体的基本性质 表面活性剂结构和定义 表面张力和表面特性 表面活性剂在界面的吸附 表面活性剂溶液性质 乳状液HLB值、PIT理论
目 录
学习目标：理解界面现象
界面和表面张力
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，如果其中一相为气体
时，我们习惯上将这种界面称之为表面。
常见的界面主要包括：气-液、气-固、
表 面
液-液、固-固、固-液之间的界面
气-液界面
气-固界面
液-液界面
液-固界面
固-固界面
镀 铬 层
铁 管
物理化学 第八章界面现象及胶体
•不同温度下氨气在炭粒上的吸附等温线
• 压力一定时, 温度愈高吸附量愈低. • 温度一定时, 压力愈高吸附量愈大. 如－23.5℃ 时, 低压段； 中压段； 高压段 吸附趋向饱和.
3. 吸附经验式----弗罗因德利希公式 P479 弗罗因德利希提出如下等温吸附经验式:
V kp
a
n
k 和 n 为经验常数, 该经验式只适用于中压范围的吸附.
dG SdT Vdp B( )dnB d As
B
dG SdT Vdp B( )dnB d As
B
dU TdS pdV B( )dnB d As
dH TdS Vdp B( )dnB d As
As为物质的表面积, m为物质的质量.
8.1界面张力、润湿、弯曲液面的附加压力 P326 1. 液体的界面张力、表面功及表面吉布斯函数
g
l
• 界面层分子与体相分子 所处力场不同
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. 扩张表面需要对系统做功
同一种物质与不同性质的其它物质接触时, 表面层 中分子所处力场不同, 导致表面(界面)张力出现明 显差异. (3)温度的影响
一般情况下，温度升高液体表面张力降低。
(４)其它因素的影响 高压下液体的表面张力比常压下要大; 当物质分散到 接近分子大小时分散度的影响显得重要; 高速旋转的 液体有较大的表面张力.2 1 2 2 Nhomakorabea p1 p2
20℃时, 汞的表面张力为 483×10－3 N· －1, 体积质量 m 例4 (密度) 为13.55×10 3 kg· －3. 把内直径为 10－3 m的玻璃管垂直 m 插入汞中, 管内汞液面会降低多少?已知汞与玻璃的接触角为 180°, 重力加速度 g = 9.81 m ·－2. s
有关界面现象与胶体分散应用的研究
有关界面现象与胶体分散应用的研究摘要：综述了物理化学在精细化工中的应用，着重阐述界面现象及胶体分散系统在精细化工中的应用。
关键词：物理化学精细化工界面现象精细化工即精细化学品工业，为生产精细化学品的工业。
精细化工产品是新材料的重要组成部分，精细化工产品生产的全过程，不同于基本化工产品，它是由化学合成、剂型加工和商品化三部分组成，在每一过程中又包含多种化学的、物理的、生理的以及经济的要求。
大力发展精细化工已成为世界各国调整化学工业结构、提升化学工业产业能级和扩大经济效益的战略重点。
精细化工产品的实际生产和应用中离不开物理化学，有机化学等基础学科的理论支撑，本文主要阐述了物理化学中的界面现象及胶体分散系统对精细化工行业的应用。
一、界面现象在精细化工中的应用界面科学是化学、物理、生物、材料和信息等学科之间相互交叉和渗透的一门重要的边缘科学，是当前三大科学技术（即生命科学、材料科学和信息科学）前沿领域的桥梁。
精细化学品工业中主要是利用这一技术开发表面活性剂、液膜分离等生产领域。
二、界面现象在精细化工中的应用实例1.表面活性剂表面活性剂就是能在液体中溶解分散，其加入会大大降低溶剂的表面张力，且能够使体系的表面状态发生明显变化的物质。
按照能否电离出离子，通常将表面活性剂分为离子型和非离子型，离子型表面活性剂还可以继续分为阴离子型、阳离子型和两性表面活性剂。
它具有改变气-液、液-液及液-固界面性质的能力，使其具有起泡、消泡、乳化、分散、润湿、增溶等多方面的性能，广泛用于化妆品、造纸、农药等各个工业部门，被誉为“工业味精”。
这三类方法大多采用醚键、硫醚键及酰胺键进行连接。
除此之外，还可以利用双键的断裂等方法合成阴离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂具有特殊的乳化性和吸附性，容易吸附于一般固体表面，因此常能赋予固体表面某些特性。
以聚氧化乙烯醇醚、环氧氯丙烷、三甲胺作为主要原料，可制备产品含氮量约在0.7的十二烷基聚氧乙烯醇醚季胺盐型新型阳离子表面活性剂。
高中化学竞赛【界面现象和胶体分散体系】
物质称为非表面活性物质。
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三、吉布斯吸附等温方程（简称吉布斯吸附公式）
实验发现：溶液的加入能改变溶剂的表面张力时， 溶质在表面层与在溶液本体的浓度不同。把溶质 在表面层中与在本体溶液中浓度不同的现象称作 “溶液表面吸附”。
溶质在表面层的浓度大于本体浓度，叫做“正吸 附”。
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能显著降低水的表面张力的物质称为表面活性物 质。 习惯上表面活性物质指能显著降低 的水的表面张力含有8个碳以上碳链 的两亲性有机化合物。
两亲分子：含有亲水基 例如: —COOH基
和憎水基—碳氢链 表示为右图：
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特劳具（Tranbe）在研究脂 肪酸同系物的表面 活性物质时发现，表面张力 降低效应随碳氢链的增 长而增加，每增加一个— CH2—，表面张力降低效应 平均可增加3.2倍，该规则称 为特劳具规则。 实例如图：
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一、表面活性物质的基本性质和分类 1、分子在两相界面上定向排列
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S1/2=2，3-(1,3+1,2) S1/2：称作铺展系数。 S1/2为正值，液体1在液体2上铺展。 S1/2为负值，液体1不能在液体2上铺展。 总之， 较小的液体能在 较大的液体上铺 展,较大的液体不能在 较小的液体上铺展。例 如：油可以在水上铺展，但水不可以在油上铺展
二、溶液的表面张力与浓度的关系：
溶解度与晶体颗粒大小的关系为：
RT ln Cr C0
2M S ~ H2O R'S
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Cr：半径为 R‘微小晶体的溶解度，C0：大块晶 体的溶解度；s-水：固体与 H2O 的界面张力； ρ(s)：固体的溶液； M：固体的摩尔质量
II、微小晶体的熔点低于大块晶体的熔点
第十二章 界面现象和胶体分散系统第八节 胶体系统的稳定与聚沉
一、胶体系统的稳定——DLVO理论
(一)理论要点
(1)胶团间既存在斥力势能，也存在引力势能 引力 范德华力：分子或原子间与距离6次方反比，属近程力。 分散相微粒间引力，仍有范德华引力性质，但因每个核粒皆由多个 分子或原子组成，这种范德华引力是多个分子或原子作用的结果， 作用范围，比分子的大千百倍，为远程范德华力
（2）感胶离子序 同价反离子聚沉能力大小次序为感胶离子序 (lyotropic series)。一价正、负离子对带相反电荷胶体粒子的聚沉能 力大小的顺序
H+＞Cs+＞Rb+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+
2023/2/21
F-＞C1-＞Br-＞NO3-＞I-＞SCN-＞0H-
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（二）高分子化合物的聚沉作用和保护作用
2023/2/21
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二、胶体系统的聚沉 胶体系统中的分散相微粒互相聚结，颗
粒变大，进而发生沉降的现象，称为聚沉（coagulation）
（一）电解质的聚沉作用
适量电解质稳定胶体；量过多，尤其高价反离子易使溶胶聚沉。原
因：电解质浓度或价数增加，将更多反离子挤入紧密层，使电势
降低，扩散层变薄，ER降低，Emax变小，当电解质浓度足够大时，
Emax代表溶胶发生聚沉时必须克服的“势垒”，迎面相碰的一对胶 体粒子所具有的平动能足以克服这一势垒，才能进一步靠拢聚沉。
若Emax足够高，胶粒热运动无法克服，溶胶相对稳定；若Emax很小
或者2023不/2/2存1 在，溶胶易聚沉 Nhomakorabea3
（2）溶剂化的稳定作用 溶剂化也是溶胶稳定的重要原因：水为 分散介质，胶团双电层结构离子都是水化的，在粒子周围形成弹性 水化外壳。布朗运动使胶团靠近时，水化外壳受挤压而变形，但每 个胶团都力图恢复其原来的形状而又被弹开，可见，水化外壳的存 在增加了溶胶聚合的机械阻力，利于溶胶的稳定性
界面现象与分散系统
第八章界面现象与分散系统教学目的：通过本章学习，使学生了解物质高度分散后的性质及不同物质的界面现象，了解表面活性物质的一些基本性质。
基本要求：明确表面吉布斯自由能、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系。
明确弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，了解弯曲表面上的蒸汽压与平面相比有何不同。
学会使用拉普拉斯公式和开尔文公式。
理解吉布斯吸附公式的表示形式，各项的物理意义并能用来作简单计算。
了解什么叫表面活性物质，了解表面活性剂的分类及几种重要作用。
了解液-液、液-固界面的铺展与润湿情况，理解气-固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型。
重点和难点：拉普拉斯公式和开尔文公式,以及兰缪尔吸附等温式是本章的重点难点。
教学内容：表面现象(通常将气一液、气一固界面现象称为表面现象)所讨认的都是在相的界面上发生的一些行为。
物质表面层的分子与内部分子周围的环境不同。
内部分子所受四周邻近相同分子作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是表面层的分子，一方面受到本相内物质分子的作用；另一方面又受到性质不同的另一相中物质分子的作用，因此表面层的性质与内部不同。
最简单的情况是液体及其蒸气所成的体系（见图12-1），在气液界面上的分子受到指向液体内部的拉力，所以液体表面都有自动缩成最小的趋势。
在任何两相界面上的表面层都具有某些特殊性质。
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；而对于多组分体系，这种特性则来自于表面层的组成和任一相的组成均不相同。
物质表面的特性对于物质其他方面的性质也会有所影响。
随着体系分散程度的增加，其影响更为显著。
因此当研究在表面层上发生的行为或者研究多相的高分散体系的性质时，就必须考虑到表面的特性。
通常用表面（A0）表示多相分散体系的分散程度，其定义为:A0=A/V式中A代表体积为V的物质具有的表面积。
所以比表面A0就是单位体积（也有用单位质量者）的物质所具有的表面积，其数值随着分散粒子的变小而迅速增加。
界面现象和胶体化学的基本概念
界面现象和胶体化学的基本概念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：A=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：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。
物理化学-论文
表面与胶体化学综述摘要：表面与胶体化学是研究胶体分散体系物理化学性质及界面现象的科学。
虽然原属物理化学的一个分支，但其与生产和生活实际联系之紧密和应用之广泛是化学学科中任一分支不能比拟的。
关键词：胶体与界面分散体系胶体界面前言：我在20世纪80～90年代在北京大学化学系曾主持胶体与界面化学实验课和讲授界面化学及吸附理论等课程，并进行其中一些领域的研究工作，不断学习和积累了一些资料和研究成果。
感到有些内容应该可丰富到胶体与界面化学的教学活动中，以有利于有关专业和研究方向的学生、科研和工程技术人员深化和扩大知识面并提高解决实际问题的能力。
正文：研究分散体系（除小分子分散体系以外的胶体分散体系和一般粗分散体系）和界面现象的物理化学分支学科。
胶体和表面化学的研究和应用，实际上可追溯到远古时代。
如中国史前时期陶器的制造；4000年以前巴比伦楔形文字碑文中有关油膜(不溶单分子膜)的记载；肥皂以及皂角一类天然表面活性剂（洗涤剂）的应用；毛细现象的研究等等。
但作为一种科学，直到20世纪才得到具有本身特色的迅速发展。
胶体的定义胶体一词，来自1861年T.格雷姆研究物质在水中扩散的论文《应用于分析的液体扩散》。
当时发现有些物质（如某些无机盐、糖和甘油等）在水中扩散很快，容易透过一些膜；而另一些物质，如蛋白质、明胶和硅胶类水合氧化物等，则扩散很慢或不扩散。
前者容易形成晶态，称为晶质；后者不易形成晶态，多呈胶态，则称为胶体。
此种分类并未说明胶体的本质，因为胶状的胶体在适当条件下可以形成晶态，而晶质也可以形成胶态。
直到20世纪初超显微镜的发明以及后来电子显微镜的应用，对胶体才逐渐有较清楚的了解。
经典的胶体体系由无数大小在10-7～10-4厘米之间的质点所组成，这种质点远大于一般经典化学所研究的分子，可以是胶状，也可以是晶质。
由这一概念出发，胶体体系的不稳定、不易扩散、渗透压很低等不同于经典分子分散体系的性质，即可得到明确解释。
胶体与界面化学
胶体与界面化学胶体和界面化学是化学学科中的两个非常重要的分支，主要研究物质的表面性质和界面现象。
胶体是基于二相（固体-液体、液体-液体、气体-液体、气体-固体）的分散体系，粒径大小在1nm至1μm之间。
而界面是指两种不同物质之间的分界面，如液体表面、气液界面、固液界面等。
胶体在我们的日常生活中经常出现，许多熟悉的物质，例如牛奶、血液、纸张、涂料、乳化油等都是胶体。
从宏观上看，它们呈现出悬浮于溶液中的微小颗粒。
从微观上看，它们是由分散相和连续相构成的，其中分散相是微小的颗粒，而连续相是包含分散相的介质。
分散相和连续相的界面称为胶体界面。
由于分散相和连续相具有不同的物理化学性质，所以胶体系统具有独特的性质和功能。
同时，胶体系统也是许多工业和生命科学应用的基础。
在胶体科学中，胶体的稳定性是一个重要的问题。
胶体的稳定性对于胶体颗粒的协同作用、胶体的转变以及物质交换过程起着重要的作用。
一些常用的稳定性机制包括DLVO理论、生物分子作用力和电场效应等。
DLVO理论是阐述胶体相互作用的基本理论之一，该理论将胶体相互作用分为库仑相互作用和范德华力相互作用，并进一步阐述了胶体的凝聚和稳定机制。
生物分子作用力是通过分子间的特定相互作用来影响胶体的聚集和构型变化，其中最重要的可能是疏水作用和静电相互作用。
电场效应引入背景电场的影响，在胶体交互作用的过程中，背景电场能够影响胶体的相互作用，使之更加复杂。
界面化学是一个研究物质表面性质和表面现象的学科，它广泛应用于化学、物理学、材料科学等不同领域。
界面的性质和现象在许多领域中都是非常重要的，如表面活性剂、液晶、合金材料、催化剂、表面吸附等。
在界面化学中，一个非常重要的概念是表面张力。
表面张力是指液体表面上分子间相互作用力造成的张力。
这种力量会导致液体分子在表面聚集起来，使得表面变为一个弹性值。
表面张力是界面现象中最重要的物理性质之一，它对液滴、泡沫、生物膜等物质的稳定性起着决定性的作用。
复旦大学物理化学AII 第16章界面现象和胶体分散体系
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)
3. 液-液界面
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表面和界面(surface and interface)
3
表面和界面(surface and interface)
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。
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。
考虑了 表面功，热 力学基本公 式中应相应
增加 s dA一
项，即：
由此可得：
dU TdS PdV sdA BdnB
B
dH TdS VdP sdA BdnB
B
dF SdT PdV sdA BdnB
B
dG SdT VdP sdA BdnB
B
s
U ( A )S ,V ,nB
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
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。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需 要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
胶体与界面
溶胶的制备
物
化
分
理
学
子机 电 超 胶
凝
凝
模械 分 声 溶
聚
聚
板法 散 分 法
法
法
法
化散
法法
胶体的基本性质
胶体的运动性质
1. 布朗运动 粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高 而增加。
2.扩 即散由于布朗运动的存在,当溶胶中的胶粒存在浓度梯度时,就会发生扩散. 3.渗透压与Donnan 平衡
胶体与界面
应化122 石哈申
？什么是胶体
首先我们先来做一个实验 实验：将一把泥土放入水中
土中的 盐类形成 真溶液
一杯泥土
既不下沉、也不溶解的极为微小的 土壤颗粒称为胶体颗粒； 含胶体颗粒的体系称为胶体体系； 胶体化学，狭义地说就研究这些微 小颗粒分散体系的科学。
泥沙 +浑浊的小土粒 （底部）
(3) 溶剂化的稳定作用
流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本身具有的性 对于纯液体： 质有关，把这种现象称为粘性（Viscosity）。流动也视为一种非可
逆性变形过程。
粘度的测量
液体的表面张力
G
L
非时间依赖性流体流变曲线
液体表面自动收缩，使自然形成的液滴总是倾向于表面积最小的球形或类球形； 弯曲液面现象
形成憎液溶胶的必要条件是：
分散相的溶解度要小
还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。
胶体的分类 （1）液溶胶
（2）固溶胶
胶体的特点---纳米粒子的特点
（3）气溶胶
(1) 巨大的比表面
(2) 最强烈的尺寸效应
界面和胶体化学课件.ppt
第九章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
一. 界面Gibbs自由能与界面张力
1. 界面Gibbs自由能
由于界面上的分子和体相内分子处境不同 (下 图是 g-l 表面分子受力情况示意图), 则液体表面层 分子受到一个指向液体内部的拉力. 因此在没有其 它功存在时, 任何液体都有自动缩小表面的趋势.
若要扩展液体表面, 则需把液体内部分子拉 到表面上, 此时要克服 体相内分子的引力而作 功—称为表面功.
第九章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
在温度、压力、组成恒定时, 可逆地使液体 表面增加dA面积所做的功为：
W dA
“-”表示外力做功.
根据热力学原理, 在恒温恒压可逆条件下:
W dGT,p
① 阴离子型
硬脂酸钠
CH3(CH2 )16CO O Na
十二烷基苯磺酸钠 CH3(CH2 )11C6H4SO3 Na
② 阳离子型 月桂胺基三甲胺 CH3(CH2 )11NH3 Cl 溴代十六烷基三甲胺
CH3(CH2 )15 N (CH3 )3 Br
第九章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
③ 两性型 十二烷基二甲基甜菜碱
第九章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
3. 界(表)面效应
界面层的特性, 对其它方面的性质也有影响, 而且随分散度增大, 其影响更显著。
通常用比表面(单位体积或单位质量物体具有
的表面积)来表示分散度, 即
A A0 V
或
A A0 W
对于一个边长为 l 的立方体, 比表面是:
A 6l 2 6
A0 V
第九章 界面和胶体化学
物理化学电子教案
第8章_界面现象与分散系统
物理吸附
具有如下特点的吸附称为物理吸附： 1.吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力产生 的，一般比较弱。 2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个 kJ/mol以下。
人工降雨
夏天，云朵中的水蒸气压力已超过平液面的 饱和蒸气压，而水蒸气仍不凝结为雨滴。 pr ' 2 M ln( ) r 0 p' RTr l 由开尔文公式，水蒸气凝结为半径为r的小 液滴，必须达到该凸液面的饱和蒸气压pr’，而 pr’>p’。如洒入AgI作为凝结核心，蒸气在半径 较大的核心上凝结，所需蒸气压则可降低。 若使用干冰，则即可作为凝结核心，也可 降低体系温度。 返回
1、弯曲表面下的附加压力与蒸气压
2、液体的润湿与铺展
3、毛细现象
弯曲表面下的附加压力
研究以AB为弦长的一个球面 上的环作为边界。由于环上每点 两边的表面张力都与液面相切， 大小相等，但不在同一平面上， 所以会产生一个向下的合力。
所有的点产生的总压力为 Dp ，称为附加压力。凸面上受 的总压力为： p0+ Dp po为大气压力， Dp为附加压力。 附加压力示意图
铺展系数(spreading coefficient)
等温、等压条件下，单位面积的液固界面取 代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气 液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺 展系数，用S表示。若S，说明液体可以在固体 表面自动铺展。
S DG ( l-s l-g s-g )
= r(脱附)=k2q
设b = k1/k2
bp 得： q 1 bp
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4．发泡作用
5．去污作用
㈢ 表面活性剂的结构与其性能间的关系
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复旦大学化学系
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-6 胶体分散体系
㈠ 胶体体系的分类
胶体：一种分散体系，即某种或某些物质以高度分散的形 式分布在一均匀的连续介质中。 分散相粒子直径介于10 ~ 1000 Å之间
§16-4 表面相热力学
㈠ 表面相和表面过剩量
d Γ1d1 Γ2d2
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
㈡ 吉布斯吸附方程式
(1) 2
1 RT
ln a2
T
(1) 2
1 RT
ln c2
T
(1) 2
c2 RT
c2
T
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开尔文方程
RT ln pr 2Vml 2M
p0
r
r
➢ 液滴越小饱和蒸气压越大
➢ 毛细孔越细，与液体成平衡 的饱和蒸气压越小
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-3 润湿和铺展
㈠ 黏附功
润湿：液体和固体接触后体系吉布斯自由能降低 (-G)
的现象 黏附功 (W黏)
(2) 在胶团的扩散双电层中反离子 是水化的，因而胶粒都被水化离 子所包围，好象包了一层水膜， 这层水膜能阻碍粒子的合并，因 而提高其稳定性；
(3) 胶粒在介质中的布朗运动可使 其不致因重力而沉降。这是胶体 体系的动力学稳定性。
5．溶胶的聚沉
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
2．胶粒带电的原因 3．胶粒的扩散双电层结构
动电电势 (z)
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
4．胶团的结构和溶胶的稳定性
(1) 溶胶中的颗粒都带有相同的电 荷，具有静电斥力，因此不易聚 结；
杨-拉普拉斯（Young-Laplace）方程式
p ( 1 1 )
R1 R2
附加压力与表面张力成正比，而与曲率半径 成反比,即曲率半径越小，附加压力越大。
对于球面，R = R1 = R2
p 2
R
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
㈢ 表面曲率与液体蒸气压的关系
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
㈡ 胶体体系的不稳定性及其电化学性质 1．电泳和电渗 电泳:外电场作用下，分散相粒子在分散介质中的移动。 电渗:外加电场作用下液体介质将向与所带电荷相反的电极移动。 电泳和电渗都反映了带电的分散相在外电场作用下运动的性质， 常称为动电现象
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-5 表面活性剂
㈠ 表面活性剂的分类及其定向排列功能 胶束 临界胶束浓度
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
㈡ 表面活性剂的作用 1．润湿作用
2．乳化作用 亲憎平衡——HLB（Hydrophile-Lipophile- Balance）
物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
物理化学
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-1 表面自由能和表面张力
㈠ 表面自由能及其定义 ㈡ 表面张力
§16-2 弯曲液体的表面现象
㈠ 弯曲液面的附加压力 ㈡ 附加压力与曲面的曲率半径和表面张力的关系 ㈢ 表面曲率与液体蒸气压的关系
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-3 润湿和铺展
㈠ 黏附功 ㈡ 接触角与润湿的关系
§16-4 表面相热力学
㈠ 表面相和表面过剩量 ㈡ 吉布斯吸附方程式
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-5 表面活性剂
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第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-1 表面自由能和表面张力
界面
比表面
S
SV
V
㈠ 表面自由能及其定义
表面功 & 表面能
W dA
㈡ 表面张力
G
A T , p,n
表面张力 (N·m-1) dA 2ldh
W Fdh
W Fdh F
㈠ 表面活性剂的分类及其定向排列功能
㈡ 表面活性剂的作用 1．润湿作用 2．乳化作用 3．增溶作用 4．发泡作用 5．去污作用
㈢ 表面活性剂的结构与其性能间的关系
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-6 胶体分散体系
㈠ 胶体体系的分类
㈡ 胶体体系的不稳定性及其电化学性质 1．电泳和电渗 2．胶粒带电的原因 3．胶粒的扩散双电层结构 4．胶团的结构和溶胶的稳定性 5．溶胶的聚沉
dA 2ldh 2l
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第十六章 界面现象和胶体分散体系
§16-2 弯曲液体的表面现象
㈠ 弯曲液面的附加压力
p凸 p p
p凹 p p
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物理化学 II
第十六章 界面现象和胶体分散体系
㈡ 附加压力与曲面的曲率半径和表面张力的关系
－G 气液 气固 液固 W黏
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第十六章 界面现象和胶体分散体系
㈡ 接触角与润湿的关系 杨（Young）方程
接触角 ( )
cos 气固 液固 气液
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第十六章 界面现象和胶体分散体系