復習：膠體化學與界面化學的相關(guān)性◆膠體的基本特性：特有的分散程度、多相性、聚結(jié)不穩(wěn)定性◆研究物質(zhì)的界面特性——界面化學

表面張力、表面能、表面現(xiàn)象及其應用等◆研究一群質(zhì)點所構(gòu)成的分散體系的性質(zhì)

——膠體化學

動力性質(zhì)、電性質(zhì)、光學性、流變性質(zhì)及其應用；膠體的聚結(jié)與穩(wěn)定性等復習：膠體化學與界面化學的相關(guān)性◆膠體的基本特性：1

第二章界(表)面現(xiàn)象Fundamentalsofinterface(surface)chemistryGL兩相界面處的分子具有特殊的性質(zhì)比表面A總：體系的總表面積，V：體系的體積m：體系的質(zhì)量一、什麼是界(表)面化學第二章界(表)面現(xiàn)象GL兩相界面處的分子具有2對具有巨大表面積的分散體系，界面分子的特殊性對體系性質(zhì)的巨大影響不能忽略界面化學：在分子（原子）尺度上研究界面上的物理和化學過程的科學液體－氣體固體－氣體表面（surface)液體－液體液體－固體固體－固體界面（interface)對具有巨大表面積的分散體系，界面分子的界面化學：在分子（原子3二、表面化學與其他學科的聯(lián)系表面化學生命科學（生物膜及膜模擬化學）

能源科學（三次采油、煤的液化、化學電源）

材料科學（超細材料、材料的表面改型）

信息科學（LB膜，微電子器件）三、界面化學的發(fā)展和現(xiàn)狀1805T.Young提出界面張力概念1806P.S.Laplase表面張力與曲率半徑關(guān)系1878Gibbs表面吸附方程1916Langmuir固體吸附等溫方程式二、表面化學與其他學科的聯(lián)系表面化學生命科學（生物膜及膜模擬4

表面與界面化學雖是物理化學的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域，但由于電子能譜、掃描隧道顯微鏡等新的實驗技術(shù)的出現(xiàn)，使得表面、界面效應及粒子尺寸效應的知識呈指數(shù)上升式的積累，提出了在分子水平上進行基礎研究的要求。當前涉及這一領(lǐng)域的研究已成為催化、電化學、膠體化學的前沿課題，并與生命科學、材料科學、環(huán)境科學、膜技術(shù)及醫(yī)藥學密切相關(guān)，是這些相關(guān)學科要研究和解決的核心課題之一。表面與界面化學雖是物理化學的傳統(tǒng)研52.1比表面Gibbs函數(shù)和表面張力Gibbsfunctionofspecificsurfaceandsurfacetension1.表面分子的受力和能量狀態(tài)GL液體表面的分子受到指向液體內(nèi)部的合力作用.液體表面分子比內(nèi)部分子具有更高的能量2.1比表面Gibbs函數(shù)和表面張力1.表面分子的受力和6表面的原子、分子和內(nèi)部的原子分子是一樣的嗎？

表面分子分子受到的作用力不對稱，有一邊的力場沒有得到滿足。表面所以會有與內(nèi)部不同的性質(zhì)，原因在與此。一杯水水空氣一杯花生油花生油水碳表面的原子、分子和內(nèi)部的原子分子是一樣的嗎？72.(比)表面Gibbs函數(shù)

Gibbsfunctionofspecificsurface在等溫等壓的條件下,可逆地增加單位表(界)面積所做的功,稱為表(界)面功。γ：在等溫等壓且體系所含物質(zhì)的量不變的條件下，增加單位表（界）面積所引起體系Gibbs函數(shù)的增--(比)表(界)面Gibbs函數(shù)2.(比)表面Gibbs函數(shù)在等溫等壓的條件下,可逆地增加單8dG=-SdT+Vdp+ΣμBdnB-δw’δw’=-γdA表面熱力學基本關(guān)系式dG=-SdT+Vdp+ΣμBdnB-δw’δw’=-9比表面內(nèi)能比表面Gibbs函數(shù)比表面Helmholtz函數(shù)比表面焓比表面能

γ：單位表面積表面層的分子比體系內(nèi)部同樣數(shù)量的分子所高出的能量值。比表面內(nèi)能比表面Gibbs函數(shù)比表面Helmholtz函數(shù)比103.表（界）面張力

surface(interface)tension表(界)面張力是平行于表面且垂直作用于表面上單位長度線段上的表面緊縮力。(比)表面Gibbs函數(shù)和表面張力在數(shù)值上是相等的3.表（界）面張力表(界)面張力是平行于表面且垂直作用于表11關(guān)于表面張力（1）表面張力是由于處于表面層的分子受到“凈吸力”的作用而產(chǎn)生的與表面相切，與“凈吸力”相互垂直，引起液體表面自動收縮的力（2）表面張力與表面吉布斯自由能是同一數(shù)值的二個不同概念，前者從力學角度，而后者從能量角度討論界面所存在現(xiàn)象（3）表面張力是物質(zhì)的自然屬性，與溫度、壓力、組成以及共存的另一相有關(guān)關(guān)于表面張力（1）表面張力是由于處于表面層的分子受到“凈吸力124.影響純物質(zhì)的γ的因素(1)物質(zhì)本身的性質(zhì)（極性液體比非極性液體大，固體比液體大）(2)與另一相物質(zhì)有關(guān)

γ/(Nm-1)水----正庚烷0.0502

苯0.0350

汞0.415純液體的表面張力是指與飽和了其本身蒸汽的空氣之間的界面張力。4.影響純物質(zhì)的γ的因素(1)物質(zhì)本身的性質(zhì)（極性液體比13SolidNaAgNaClMgO石蠟聚乙烯云母γ/(Nm-1)0.2000.8000.1901.2000.025.40.033.12.400大多數(shù)固體比液體具有更高的表面能

固體的表面張力SolidNaAg14(3)與溫度有關(guān)對絕大多數(shù)液體T↑,γ↓R-S方程Tc

：臨界溫度Vm

：液體的摩爾體積k：經(jīng)驗參數(shù)，對非締合的非極性液體

k≈2.2×10-7JK-1(3)與溫度有關(guān)對絕大多數(shù)液體T↑,γ↓R-S15Guggenheim方程γ0

，n：經(jīng)驗參數(shù)，對有機液體，n=11/9，對金屬，n≈1但對Cd,Fe,Cu合金及一些硅酸鹽液體，T↑γ↑。Guggenheim方程γ0，n：經(jīng)驗參數(shù)，對有機液16（4）壓力對表面張力的影響改變氣相分子的密度氣體分子在液體表面的吸附及在液體內(nèi)部的溶解壓力增大，界面張力降低。一般每增加10atm，界面張力約降1mN/m（4）壓力對表面張力的影響改變氣相分子的密度17碳粉◆如何證明表面張力的存在？

◆如何證明表面張力與溫度有關(guān)？

放大鏡聚焦陽光，照射碳粉，會又什么現(xiàn)象發(fā)生？竹管吹泡泡，發(fā)生什么現(xiàn)象？碳粉◆如何證明表面張力的存在？

◆如何證明表面張力與溫度有關(guān)18具有巨大比表面的體系具有巨大的表面能，是熱力學不穩(wěn)定體系，例如：將1g水分割成半徑為1nm的小水滴，表面積為3000m2,表面能為220J.任何體系都有降低表面能的趨勢具有巨大比表面的體系具有巨大的表面能，例如：將1g水分割成19為什么在參觀面粉廠時,不能穿帶鐵釘鞋?

在煤粉或在面粉廠，因為細小的煤粉或面粉懸浮在空中，形成巨大的表面，有著巨大的表面能。一個小小的火星，會加速煤粉或面粉表面上發(fā)生的氧化反應，反應中放出的熱量又加速了其它顆粒表面的氧化反應……，因此，引起爆炸！一大塊煤燃燒為什么不爆炸？為什么在參觀面粉廠時,不能穿帶鐵釘鞋?

在煤粉或在面粉廠，因202.2彎曲液面現(xiàn)象

Curvedsurfacephenomena1.彎曲液面下的附加壓力p0GLPi=p0p0psPi=p0+pspsp0Pi=p0-psPi:液體內(nèi)部的壓力Ps:附加壓力(additionalpressure)2.2彎曲液面現(xiàn)象1.彎曲液面下的附加壓力p0GPi=21p0+psp0+ps如果曲面是球形的p0+psp0+ps如果曲面是球形的22如果曲面是非球形的Yong-Laplaseequationr1,r2:在曲面上任意選兩個互相垂直的正截面的曲率半徑（主曲率半徑）如果曲面是非球形的Yong-Laplaseequati23討論：1.凸形液面（convex)(r＞0）ps

＞0,pi

＞po;

凹形液面(concave)(r＜0)ps

＜0,pi

＜po；平面r=∞ps=0,pi=poPs總是指向曲面的球心2.γ越大，r越小，則ps

越大3.由于液體或固體小顆粒的內(nèi)部存在較大的附加壓力，使組分的化學勢發(fā)生變化，引起體系物理、化學性質(zhì)的改變。討論：1.凸形液面（convex)(r＞0）ps＞242.彎曲液面的蒸汽壓

VaporpressureoncurvedsurfaceLp0平面液面在T,p0

下氣液平衡時L凸形液面，仍在T,p0下pv

則要升高，重新達到平衡p02.彎曲液面的蒸汽壓Lp0平面液面在T,p0下氣液平衡25蒸汽可當作理想氣體蒸汽可當作26Kelvin’sequation

20oC時，水的曲率半徑與蒸汽壓的關(guān)系r/m1×10-61×10-71×10-81×10-9p彎/p平

1.0011.0111.1102.927凹形液面，r取負值，p彎＜p平利用類似方法，可得到固體溶解度、熔點等相平衡性質(zhì)隨顆粒度的變化Kelvin’sequation20oC時，水的273.介穩(wěn)狀態(tài)（Metastablestate）和新相的生成pTTt過熱液體、過冷液體、過飽和蒸汽過熱液體-暴沸現(xiàn)象

100oC時，小氣內(nèi)pg＜p0+ps,不能沸騰。直到T超過100oC，在一個更高的溫度下，pg=p0+ps,形成暴沸3.介穩(wěn)狀態(tài)（Metastablestate）和新相的生28過飽和蒸氣與人工降雨原理氣體凝結(jié)成液體，首先要有小液滴產(chǎn)生小液滴的蒸氣壓大于平面液體的蒸氣壓，若在T/K時，壓力為P的蒸氣對平面液體已達飽和狀態(tài)，但對小液滴卻未達到飽和狀態(tài)按照相平衡條件應該凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣，為過飽和蒸氣增加壓力或降低溫度，能達到小液滴的飽和狀態(tài)，而使液滴產(chǎn)生向蒸氣中加入凝結(jié)中心，增加液滴的曲率半徑，降低其蒸氣壓，氣體迅速凝結(jié)成水滴。此為人工降雨的原理。過飽和蒸氣與人工降雨原理氣體凝結(jié)成液體，首先要有小液滴產(chǎn)生29過飽和溶液——開爾文公式的遷移應用●微小晶體顆粒的飽和濃度大于普通晶體的飽和濃度●晶體顆粒越小，溶解度越大●當溶液在恒溫下濃縮時，溶質(zhì)的濃度逐漸增大，達到普通晶體的飽和度時，對微小晶體仍未達到飽和，所以不析出微小晶體。此時溶液為過飽和溶液●溶液過飽和程度太大，會生成過于細小的晶體顆粒，不利于過濾和洗滌●向溶液中投入小晶體，防止過飽和程度過高，并獲得較大的晶體過飽和溶液——開爾文公式的遷移應用●微小晶體顆粒的飽和濃度大304.液體表面張力的測定●毛細高度法●最大氣泡法●滴重法●吊環(huán)法4.液體表面張力的測定●毛細高度法31●毛細高度法

將一支干凈的毛細管插入液體時，若液體能潤濕毛細管，則在表面張力的作用下液體沿毛細管壁上升。上升的高度與液體表面張力有關(guān)。●毛細高度法

將一支干凈的毛細管插入液體時，若液體能潤濕毛細32hpor:液面的曲率半徑r’:毛細管的(內(nèi))半徑rr’θpohpor:液面的曲率半徑r’:毛細管的(內(nèi)33●最大氣泡法

最大氣泡法裝置簡單，測定迅速，由于是動態(tài)法，氣—液界面不斷更新，表面活性劑的影響小。因此適用于測定純液體或潔凈的，溶質(zhì)分子質(zhì)量比較小的溶液的表面張力。裝置圖參見《應用膠體化學》P62●最大氣泡法

最大氣泡法裝置簡單，測定迅速，由于是動態(tài)法，氣34關(guān)于界面張力和彎曲液面附加壓力●許多看似簡單、習一以為常的現(xiàn)象，隱含這表面物理化學的原理毛細現(xiàn)象；液滴、液泡呈球型；小水珠自然匯集成大水珠；過冷現(xiàn)象、過熱現(xiàn)象、過飽和現(xiàn)象；人工降雨等●許多實驗技術(shù)方法，建立在理論研究的基礎上毛細管上升法測定表面張力最大氣泡法測定表面張力加入“沸石”防止加熱時暴沸定量分析中的“陳化”關(guān)于界面張力和彎曲液面附加壓力●許多看似簡單、習一以為常的現(xiàn)35你能對下列問題作出回答？為什么自然界中液滴、氣泡總是圓形的？為什么氣泡比液滴更容易破裂？毛細現(xiàn)象為什么會產(chǎn)生？天空為什么會下雨？人工降雨依據(jù)什么原理？向高空拋撒粉劑為什么能人工降雨？為什么會產(chǎn)生液體過熱現(xiàn)象？加入沸石為什么能消除過熱現(xiàn)象？兩快玻璃板之間有水，為什么不易拉開？你能對下列問題作出回答？為什么自然界中液滴、氣泡