第7章表面化学
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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。此后，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，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，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，如溶胶(sol)、凝胶(gel)、胶溶(peptization)、渗析(dialysis)、离浆 (syneresis)都。但胶体化学真正为人们所重视并获得发展是从1903年开始 的。这时Zsigmondy(德)发明了超显微，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创办了专门刊物--《胶体化学和工业》，接着Freundlich和 Zsigmondy先后出版了名著《毛细管化学》-1909和《胶体化学》-1902。
面张力随体相浓度变化的普遍关系（吉布斯吸附等温式）。
1859Kelvin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。后来又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程（开尔文方程）。
8
1893Van de Walls界面化学的统计力学, 应用局部自由能密度的概
念，结合范德华方程，并引入半经验修正，从理论上研究了决定于分子间 力的状态方程参数与界面张力间的关系。
2、催化作用 在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。 如石油工业
的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。
3、表面膜 如微集成电路中重要应用的LB膜；生物学医学研究来自百度文库重要
意义的BL膜和人工膜； 延缓湖泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。
4、新相生成 晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、过热、
过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成。
14
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 个有一定厚度的过渡区，它在体系中自成一相—界面相。 界面相是一个既占有体积又有物质的不均匀区域。该模型 能较客观地反映实际情况但数学处理较复杂。
5、泡沫乳状液 如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。 6、润湿作用 如喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润 湿及利用润
湿作用进行浮选等。 此外，在超细粉末和纳米材料的制备和粉末团聚的研究方面，界面现象 都有重要的应用。
12
密切接触的两相之间的过渡区（大约几个分子层厚 度）称为界面，界面层分子受的力与内部分子受的 力不同，因此表现出一些特殊的性质，当物系的分 散度很大时，则必需考虑界面层分子的特殊性质和 由此产生的界面现象。
若其中一相为气体，一般称此时的界面为表面。
表面（界面）现象：指界面上所发生的一切物理
化学现象。由表面分子与体相分子所处环境不同 而导致。
6
界面现象 是自然界普遍存在的现象。 胶体 指的是比表面的分散体系。
对胶体和界面现象的研究是物本原理的拓展和应用。
从历史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要 的分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，界 面化学已独立成一门科学，有关“界面现象”或“胶体 与界面现象”的专著在国内外已有多种版本。
若密切接触的两相中有一相是气体则称为表面。
本章讨论表面（包括界面）现象。通常有：
液—气界面 固—液界面 液—液界面 固—气界面
13
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。
本课程主要介绍 与界面现象有关的物理化学原理及
应用，包括各种相界面和表面活性剂的相关特性，界面 上的各种物理化学作用，实验的和理论的研究方法及其 重要应用。
7
界面化学 一门既古老又年轻的科学
研究界面的物理化学规律及体相与表相的相互影响关系
1805 T.Young形成界面张力概念。体系中两个相接触的均匀流体，从
10
近几十年来，由于实验技术的不断发展（像超离 心机、光散色、X射线、多种电子显微镜、红外 线以及各种能谱等的应用），又使胶体和表面化 学在微观研究中跃进了一大步。
11
界面现象有着广泛的应用。主要有： 1、吸附 如用活性炭脱除有机物；用硅胶或活性氧化铝脱除水蒸汽； 用
分子筛分离氮气和氧气；泡沫浮选等。
另一个模型是吉布斯（Gibbs）的相界面模型。该模型认为 界面是几何面而非物理面，它没有厚度，不占有体积，对 纯组分也没有物质存在。该模型可使界面热力学的处理简 单化。
力学的观点看就象是被一张无限薄的弹性膜所分开，界面张力则存在于 这一弹性膜中。其还将界面张力概念推广应用于有固体的体系，导出了 联系气—液、固—液、固—气界面张力与接触角关系的杨氏方程。
1806P.S.Laplace导出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。
1869A.Dapre研究了润湿和黏附 现象，将黏附功与界面张力联系起来。 1878 Gibbs提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型，导出吸附量和界
第七章 表面化学
1
植物自身的疏水、保洁作用
2
表面张力的应用
3
表面张力的应用
表面张力：阻止表面增大
4
人工降雨
凝成小液滴需要较大蒸汽压，提供凝结中心增大液滴半径
类似增雨使其在上风方提前下 播撒吸湿性细粉吸湿消除云层
人工影响天气办公室 进行消云减雨
5
界面现象
界面：任意两相间约几个分子厚度的过渡区。
1913-1942Langmuir在吸附、单分子等膜界面科学领域做出杰出
贡献，1932年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。
50年代以后，界面现象的统计力学研究经过F.Buff、Kirkwood、
Harasima等的研究工作，取得了实质性的进展。
9
胶体化学
有史以前，我们的祖先就会制造陶器；汉朝已能利用纤维造纸；后汉时 又发明了墨；其他像做豆腐、面食以及药物的制剂等在我国都有悠久的 历史，这些成品及其制作过程都与胶体化学密切相关。
学家Brown观察到花粉的布朗运动。此后，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，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，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，如溶胶(sol)、凝胶(gel)、胶溶(peptization)、渗析(dialysis)、离浆 (syneresis)都。但胶体化学真正为人们所重视并获得发展是从1903年开始 的。这时Zsigmondy(德)发明了超显微，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创办了专门刊物--《胶体化学和工业》，接着Freundlich和 Zsigmondy先后出版了名著《毛细管化学》-1909和《胶体化学》-1902。
面张力随体相浓度变化的普遍关系（吉布斯吸附等温式）。
1859Kelvin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。后来又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程（开尔文方程）。
8
1893Van de Walls界面化学的统计力学, 应用局部自由能密度的概
念，结合范德华方程，并引入半经验修正，从理论上研究了决定于分子间 力的状态方程参数与界面张力间的关系。
2、催化作用 在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。 如石油工业
的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。
3、表面膜 如微集成电路中重要应用的LB膜；生物学医学研究来自百度文库重要
意义的BL膜和人工膜； 延缓湖泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。
4、新相生成 晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、过热、
过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成。
14
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 个有一定厚度的过渡区，它在体系中自成一相—界面相。 界面相是一个既占有体积又有物质的不均匀区域。该模型 能较客观地反映实际情况但数学处理较复杂。
5、泡沫乳状液 如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。 6、润湿作用 如喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润 湿及利用润
湿作用进行浮选等。 此外，在超细粉末和纳米材料的制备和粉末团聚的研究方面，界面现象 都有重要的应用。
12
密切接触的两相之间的过渡区（大约几个分子层厚 度）称为界面，界面层分子受的力与内部分子受的 力不同，因此表现出一些特殊的性质，当物系的分 散度很大时，则必需考虑界面层分子的特殊性质和 由此产生的界面现象。
若其中一相为气体，一般称此时的界面为表面。
表面（界面）现象：指界面上所发生的一切物理
化学现象。由表面分子与体相分子所处环境不同 而导致。
6
界面现象 是自然界普遍存在的现象。 胶体 指的是比表面的分散体系。
对胶体和界面现象的研究是物本原理的拓展和应用。
从历史角度看，界面化学是胶体化学的一个最重要 的分支，两者间关系密切。而随着科学的发展，界 面化学已独立成一门科学，有关“界面现象”或“胶体 与界面现象”的专著在国内外已有多种版本。
若密切接触的两相中有一相是气体则称为表面。
本章讨论表面（包括界面）现象。通常有：
液—气界面 固—液界面 液—液界面 固—气界面
13
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。
本课程主要介绍 与界面现象有关的物理化学原理及
应用，包括各种相界面和表面活性剂的相关特性，界面 上的各种物理化学作用，实验的和理论的研究方法及其 重要应用。
7
界面化学 一门既古老又年轻的科学
研究界面的物理化学规律及体相与表相的相互影响关系
1805 T.Young形成界面张力概念。体系中两个相接触的均匀流体，从
10
近几十年来，由于实验技术的不断发展（像超离 心机、光散色、X射线、多种电子显微镜、红外 线以及各种能谱等的应用），又使胶体和表面化 学在微观研究中跃进了一大步。
11
界面现象有着广泛的应用。主要有： 1、吸附 如用活性炭脱除有机物；用硅胶或活性氧化铝脱除水蒸汽； 用
分子筛分离氮气和氧气；泡沫浮选等。
另一个模型是吉布斯（Gibbs）的相界面模型。该模型认为 界面是几何面而非物理面，它没有厚度，不占有体积，对 纯组分也没有物质存在。该模型可使界面热力学的处理简 单化。
力学的观点看就象是被一张无限薄的弹性膜所分开，界面张力则存在于 这一弹性膜中。其还将界面张力概念推广应用于有固体的体系，导出了 联系气—液、固—液、固—气界面张力与接触角关系的杨氏方程。
1806P.S.Laplace导出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。
1869A.Dapre研究了润湿和黏附 现象，将黏附功与界面张力联系起来。 1878 Gibbs提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型，导出吸附量和界
第七章 表面化学
1
植物自身的疏水、保洁作用
2
表面张力的应用
3
表面张力的应用
表面张力：阻止表面增大
4
人工降雨
凝成小液滴需要较大蒸汽压，提供凝结中心增大液滴半径
类似增雨使其在上风方提前下 播撒吸湿性细粉吸湿消除云层
人工影响天气办公室 进行消云减雨
5
界面现象
界面：任意两相间约几个分子厚度的过渡区。
1913-1942Langmuir在吸附、单分子等膜界面科学领域做出杰出
贡献，1932年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。
50年代以后，界面现象的统计力学研究经过F.Buff、Kirkwood、
Harasima等的研究工作，取得了实质性的进展。
9
胶体化学
有史以前，我们的祖先就会制造陶器；汉朝已能利用纤维造纸；后汉时 又发明了墨；其他像做豆腐、面食以及药物的制剂等在我国都有悠久的 历史，这些成品及其制作过程都与胶体化学密切相关。