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/m
A 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。
例如： 1Kg 水，当其为一个球形水滴时表面积为424.8410m -⨯，表面吉布斯函数为53.510J -⨯。若将1Kg 水分散成直径为1nm 的大量微小水滴时，其总表面积为6000m 2，表面吉布斯函数为434J 。
由于表面层中分子受到指向液体内部的拉力，在宏观上为液体表面受到收缩力，这种收缩力趋向于减少液体的表面。定义垂直作用于液体表面单位长度上的收缩力为液体的表面张力，以γ表示，即γ=F /l 。
式中，F 为垂直作用于液体表面的收缩力；
l 为液体表面的长度
γ的单位为N •m -1
从下面实验中可以观察到表面张力的存在。在金属环中的皂液膜，正反两面各有一个气液界面。在液膜上放置一棉线环，在线环两边界面中沿着界面的切线方向，分别有垂直于边缘并方向相反的收缩张力在作用着，它们相互达平衡，故棉线环保持原先的形状。若将线环内的液膜刺破，线环外的界面中的收缩张力将牵引线环，使之成为圆形。如下图所示。
如右图所示，在金属框上有一可滑动的金属丝，将此金属框上沾上一层肥皂
液膜。在液膜表面张力的作用下，金属丝将Array自动向左移，以减小液膜的表面积。若施加
外力对抗液体的表面张力，使金属丝向右
移动距离，则液膜面积增加为：
dAs=2ldx
在可逆及无摩擦力的情况下，环境对液膜所作的非体积功，即表面功δWr´为：δW r´= Fdx = 2γldx = γ dA s根据热力学原理，等温、等压和组成不变的条件下，系统所获得的非体积功等于系统所增加的吉布斯函数，故有：
dG = γdA s
定义：等温、等压及恒组成条件下，可逆地增加单位表面积事系统所增加的吉布斯函数称为比表面吉布斯函数或表面自由能，简称表面能，以表示G s，单位为J•m-2。其数学表达式如下所示：（空两秒）
故有：γ = G s
表面张力与物质的本性有关。纯液体的表面张力通常是指液体与饱和了该液
体蒸气的空气接触时所表现出表面张力，其大小取决于液相分子间作用力与气相
分子间作用力的差别，而通常气相分子间的作用力远小于液相分子间的作用力。
一般而言，液体分子间相互作用力越大，其表面张力越大。
表面张力一般随温度升高而降低。因为随温度升高，分子间的距离加大，使
分子间的相互作用力减弱，因此大多数液体的表面张力随温度的升高而下降。而
当温度升至临界温度时，由于液态分子间的作用力与气态分子间的作用力差别消
失，表面张力将降至零。而少数液体例外，如熔融的Cd、Fe、Cu及其合金，液
态的某些硅酸盐等的表面张力却随温度升高而增大
表8.1为20℃时某些液体的表面张力。
表面张力一般随压力升高而减小。因为随温度升高，气相体积质量增大，同
时气体分子更多地被液面吸附，并且气体在液体中的溶解度也增大，以上三种效
果均使表面张力下降。因此大多数液体的表面张力随温度的升高而下降。
另外，分散度等因素也对表面张力有一定影响。
8.1.3 弯曲液面的附加压力
弯曲液面分两种：凸液面，例如气相中的液滴；凹液面，如液体中的气泡。由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的气、液相压力差称为弯曲液面的附加压力，以Δp表示，定义：附加压力Δp=p l-p g。
式中，p l和p g分别为弯曲液面的液相一侧和气相一侧所承受的压力
当外压为p0时，平液面、凸液面和凹液面的受压情况如下图所示。
在平液面上观察一小块面积AB，AB以外的液体的表面张力对AB面周边起作用，作用力的方向与AB面平行且周围的作用力相互抵消，合力为零，即附加压力等于零。
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，附加压力大于零。
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，附加压力小于零。
一定温度下，弯曲液面的附加压力与液体的表面张力成正比，与曲率半径成反比，其关系为：
Δp = 2γ/R
此式称为拉普拉斯方程。式中，R为液面的曲率半径。
对于凸液面，R为正值，附加压力>0，其附加压力指向液体内部；
凹液面，R为负值，附加压力<0，其附加压力指向液体外部；
平液面，R为无穷大，附加压力= 0。
8.2 气-固表面现象
8.2.1 气-固表面上的吸附
一种物质自动附着在另一种物质表面上，从而导致在界面层中物质的浓度，或分压与它在体相中不同的现象称为吸附。
气-固表面吸附、气-液表面吸附、液-固界面吸附、液-液界面吸附。
在气-固界面上发生吸附时，固体是起吸附作用的物质，称为吸附剂；气体是被吸附的物质，称为吸附质。
例如：用活性炭吸附溴蒸气时，活性炭为吸附剂，溴是吸附质。
固体表面上产生吸附的根本原因在于：固体表面由于表面层中分子受周围分子作用的力场不平衡而具有表面吉布斯函数，为使系统趋于稳定，固体要从周围介质中捕获气相，或液相中物质的分子以平衡表面上的不平衡力场。
根据吸附剂和吸附质相互作用的不同，将气-固吸附分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附是指吸附质分子通过范德华力而在吸附剂表面上被吸附。
而化学吸附是指吸附质分子通过化学键而在吸附剂表面上被吸附。
表8.2列出了物理吸附和化学吸附的主要区别。（空6秒）物理吸附和化学吸附既有区别又有联系，一定条件下，二者可以同时发生，还可相互转化。
例如氧在金属钨上的吸附，可同时出现三种情况：
氧以原子状态被吸附，为化学吸附；氧以分子状态被吸附，为物理吸附；
一些氧分子被吸附在已被钨吸附的氧原子上，既有化学吸附又有物理吸附。
右图为钯对CO的吸附等压线，图中，
纵坐标为单位质量吸附剂所吸附CO的体
积，即吸附量。横坐标为温度。1代表物
理吸附，2代表化学吸附。
从图中可以发现，在低温下下主要
是物理吸附，随温度升高，被吸附CO的
减少。温度进一步升高，化学吸附的速率
加快。在173 -273K范围内发生从物理吸附为主向以化学吸附为主的转化。273K 以上以化学吸附为主
8.2.2 气-固吸附理论
吸附量是指在一定条件下，吸附达到平衡时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的物质的量或体积，即：Γ=n/m或者Γ=Ｖ/m。
式中，Γ为吸附量；n为被吸附的吸附质的物质量；m为吸附剂的质量；Ｖ为被吸附的吸附质的体积，通常将体积换算成0℃，标准压力时的体积，用Ｖ(STP)表示。
对于指定了吸附剂和吸附质的气-固吸附系统，其平衡吸附量与温度和压力有关。为研究方便，常将吸附量、温度和压力三个变量中的一个固定，测定另两个变量之间的函数关系。
T一定时，平衡吸附量与与压力有关，可用下式表示，（空两秒）
此式称作吸附等温式。定温下平衡吸附量与吸附质压力的关系曲线称为吸附等温线
P一定时，平衡吸附量与温度有关，可用下式表示（空两秒）：此式称作吸附等压式。等压下，平衡吸附量随温度变化的曲线称为吸附等压线。
Γ一定时，吸附质压力与温度有关，可用下式表示（空两秒）：
此式称为吸附等量式。吸附量一定时，温度与吸附质压力之间关系的曲线称为吸附等量线
吸附剂对吸附质吸附的强弱用吸附量来度量。吸附量（Γ）决定于吸附质及吸附剂的本性、温度和压力等因素。一定温度、压力下，一定量的吸附剂，其比表面越大，吸附量越大，故细微粉末或多孔物质具有良好的吸附性能。
右图为不同温度下，氨吸附在碳粒上
的吸附等温线。从图中可以发现，吸附量
随温度升高而降低，因为吸附为放热过程。
温度一定时，Γ随体压力升高而增大。在
低压时，吸附量正比于吸附质的压力p ，
呈直线段，如线段Ⅰ所示；压力超过某一
数值时，Γ达饱和，为饱和吸附量，如线
段Ⅲ所示。
弗朗德利研究木炭等作为吸附剂时总结出一经验公式：
= k • p n （1）
式中，k , n 为经验常数。 n 在0～1之间，其值越大表示压力对吸附量的影响越显著；k 与温度有关，随温度升高而降低。
对（1）式取对数得：
lg { Γ } = lg { k } + nlg { p }
以lg{Γ}对 lg{ p } 作图，可得一直线，其斜率为n ，截距为 lg{ k } 。 压力很低或很高时（1）式不适用
1916年，兰格缪尔根据大量实验事实，提出了气-固吸附的单分子层吸附理论又称兰格缪尔吸附理论。该理论的基本假定是：
（1） 吸附是单分子层。因为固体表面上存在剩余力场的作用范围与分子直径相近，吸附剂表面盖满一层分子后该力场即达饱和，所以固体表面对分子只能发生单分子吸附。
（2）在一定条件下，吸附和解吸之间建立动态平衡，此时吸附 速率和解吸速率相等。
（3）固体表面是均匀的，即固体各处的吸附能力都相等，吸附不受吸附位置和覆盖度的影响，吸附热是常数。
（4） 被吸附的分子之间无相互作用，互不影响。
提出假设（3）和假使（4）是为了简化模型，忽略吸附的次要因素。
定义表面覆盖度θ是被吸附质覆盖的吸附剂表面积在吸附剂总表面积中所占的分数，即θ=S a /S t 。
式中，S a 为被吸附质覆盖的吸附剂面积；S t 为吸附剂的总面积。
吸附速率v a 则可表示成如下形式：（空两秒）
式中，k a 为吸附速率常数 ；Z 为气体分子撞击吸附位的频率，即z = Ap ，A 为比例系数。代入上式得如下表达式（空两秒）：
解吸速率 v d 与覆盖度成正比，比例系数即为解吸速率常数k d ，即有：
v d=k d θ
一定温度下，吸附达平衡时,即有如下关系式：
a d v v =(1)a d Ak k θθ-=()1()a a d a a d Ak p Ak kd p k Ak p Ak k p θ==++
令：a d K k k = ----K 为吸附平衡常数
令吸附系数b= Ak a/k d=AK ----b 的大小反映了吸附的强弱。
则有： 1bp bp
θ=+ 此式称为兰格缪尔吸附等温式，是根据兰格缪尔理论的基本假设导出的该理论的基本公式。
上式表明：
低压下或弱吸附时，bp << 1 , θ=bp , 此时覆盖度与压力成正比。 中压或中等吸附强度时， θ在0-1之间；
高压时， bp >>1 , θ=1 ,吸附达饱和，吸附量为饱和吸附量。 许多气-固吸附系统的行为符合兰格缪尔吸附等温式，例如NH 3在碳粒上的吸附。
若以Γ表示气体吸附质在压力时的吸附量，以 Γ∞表示吸附剂表面上所有
吸附位被一层吸附质分子占据时的吸附量，即饱和吸附量，则：θ=Γ/Γ∞
代入兰格缪尔吸附等温式得兰格缪尔吸附等温式的另外一种表达形式：
或者可改写成如下形式： 以1/Γ对1/p 作图，可得一直线，其斜率为1b ∞，截距为1∞Γ。
考虑到吸附可以是多层的，1938年提出了布鲁劳尔- 埃米特- 特勒多分子层吸附理论，又称BET 理论。该理论可以解释包括单分子层吸附在内的更广泛的气—固吸附行为。
例8.4 一定温度下，对 H 2在Cu 上吸附测得下列数据：（空4秒）
其中 V 是不同平衡压力下 1 kg Cu 上吸附的氢气体积，并且已换算成标准状况下的体积。求吸附满单分子层的饱和吸附量。
解：按单分子层吸附考虑，
由兰格缪尔吸附等温式（空两秒），可得
如下关系式：
上式可改写成如下形式
: 1111V V V bp
p p V V b V ∞∞∞∞
=+=+1bp bp ∞
ΓΓ=+111bp
∞∞=+ΓΓΓ
利用题目所提供的数据，以 P / V ，对 p
做图，得一直线，如左图。
读左图得直线的斜率b ：
从而可求出饱和吸附量： 固体作为吸附剂对溶液中溶质的吸附通常也符合类似弗朗德利希吸附等温式的经验公式：Γ= k c n
式中，Γ为单位质量吸附剂吸附的溶质的物质的量；k , n 为经验常数；c 为溶质的浓度。
例如298K 时，活性炭对醋酸溶液中的醋酸的吸附符合公式:
测得319.64410k mol kg --=⨯
0.425n =
8.3 固-液界面现象与液-液界面现象
8.3.1 润湿与铺展
润湿：是指当液体接触固体时，原有的气-固表面或气-液表面自动地被液-固表面所代替的现象。
润湿是发生在液-固界面和液-液界面上的常见现象。
等温、等压条件下，润湿过程中系统的吉布斯函数降低，常见的润湿现象如：矿物浮选，注水采油，农药喷洒等。
不同的液-固系统，润湿的程度不同，可分为沾湿、浸湿和铺展。
沾湿：是指液体和固体接触后，原有的气-固表面和一部分气-液表面被液-固表面所代替的现象。
一定温度、压力下，单位面积上沾湿过程吉布斯函数变为如下形式：
式中，l s γ-、 g l γ-和g s γ-分别为液-固、气-液和气-固界面的界面张力。
131700b V kg dm kg --∞==331
() 1.4310V STP dm kg --∞=⨯()0
a l s g l g s G γγγ---∆=-+≤
浸湿：是指固体完全浸渍在液体之中，原有的气-固表面完全被液-固界面所替代的现象。如上图所示。
一定温度、压力下，单位面积上浸湿过程的吉布斯函数变△G d 如下所示：
铺展：是指液体在固体表面上自动铺开成为一层薄膜的现象。如上图所示。 一定温度、压力下，单位面积上铺展过程的吉布斯函数变△G p 为:
0p l s g l g s G γγγ---∆=+-≤
三种润湿形式的吉布斯函数变的大小顺序为：△G a <△G d < △G p 定义铺展系数φ 为p g s g l l s G ϕγγγ---=-∆=--
在一定温度、压力下, φ ≥0 时可以铺展，且φ 越大，铺展的趋势越大。
8.3.2 接触角
接触角是指当液体滴在固体表面上达到平衡时会有气-液、气-固和液-固三个界面张力呈平衡的现象。如下图所示。下图为接触角与各界面张力的关系
d l s g s G γγ--∆=-≤
接触角:在气、液和固三相交点处，液-固界面切线与气-液界面切线之间的夹角称为接触角或润湿角，以θ表示。由于平衡时，三相交界处点所受的各种界面张力之和为零，故有如下关系：
或者表示成如下形式：（空两秒）
1805年杨首先提出以上两公式，故称其为杨方程。其适用条件为：0θ≥
一定温度与压力下，接触角与润湿程度有如下关系：
(1) 若液-固界面张力大于气-固表面张力，则cos 0θ<,90θ>。此时不润湿。当180θ=时，则为完全不润湿。
(2) 若液-固界面张力小于气-固表面张力，cos 0θ>，90θ<。此种情况称为润湿。当0θ=时，则为完全润湿，即发生铺展。
8.3.3 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(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(b)所示.
产生毛细现象的原因是毛细管内的弯曲液面存在附加压力Δp 。将毛细管插入液体中，若液体能润湿毛细管，即 θ< 90º，管内液面呈凹形。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，系统达到平衡态。即：
ρgh = Δp
式中， ρ为液体的体积质量， g 为重力加速度
由右图可知，润湿角θ与毛细管半径r 及
弯曲液面的曲率半径R 间的关系为：
r/R = cos θ
故：22cos R r gh γγθρ== 则：2cos h r g
γθρ= 当θ = 0º 时，即液体对毛细管为完全
润湿， cos θ = 1, R = r ，则管内液柱上升的高度h 为：2h r g
γρ= 将毛细管插入液体中，若液体不润湿毛细管，即接触角θ> 90º ，管内液面呈凸形。由于凸液面的附加压力Δp>0，液体将自动往管外流，导致管内液面低于管外液面，下降高度h 为：2cos h r g
γθρ=
8.3.4 液-液界面现象
两种不能完全互溶的液体之间的界面称为液-液界面。由于界面两侧分子间作用力不同，使界面层分子处于不对称力场，即存在界面张力。
如：苯-水混合系统。将苯倒在水中，由于苯不溶于水中，故浮在水上，苯与水分成两层。 液-液界面张力的大小与构成界面的两种液体的性质、组成、温度等因素有关。
表8.3 为20℃时不同液体与水的界面张力（空5秒） A 、B 为两种不互溶的纯液体，A 为轻液，即体积质量相对小，B 为重液即体积质量相对大，将A 滴在 B 液面上，液体A 在液体B 上的铺展系数 S A/B 定义为：
S A/B =γB -γA -γ
A-B 式中,γA ，γB ，和γA-B 分别为纯液体A 、纯液体B 的表面张力，液体A 与
液体B 之间的界面张力。
一定温度、压力下液体A 可以在液体B 的液面上铺展的条件为：S A/B 〉0
表8.4为20℃时液体A 在液体B 上的铺展系数（空6秒）
实际上当两种液体接触时，彼此总有一些溶解。当两种不能完全互溶的液体接触，并相互溶解达饱和后的铺展系数称为平衡铺展系数，以'A B S 表示，则：
'A B S ='B γ-'A γ-'A B γ-
式中，'B γ为B 溶于A 中的饱和溶液的表面张力；'A γ为A 溶与B 中的饱和溶
液的表面张力；'A B γ-为两种纯液体A 和B 接触并相互溶解达到平衡后两液层的
界面张力。
一般，'A-B γ与A B γ-相差不大，但'A γ、'B γ分别与A γ、B γ相差很大，故'A B S -、
A B S -与可能会有差别，甚至符号相反。例如：20℃的苯-水系统
318.910S N m ---=⨯
'
311.610S N m ---=-⨯
所以将苯滴在水上，最初苯在水面上能铺展，但渐渐苯又缩回。
8.4 胶体与粗分散系统
8.4.1 胶体的基本性质
（1）胶体的定义
一种或几中物质分散在另一种物质中构成的系统称作分散系统。其中被分散的物质称为分散质或分散相，起分散作用的物质称为分散介质或连续相。分散颗粒是指分散质以分子、原子或离子的聚集体构成的基本单元。
分散质以分子、原子或离子为基本单元均匀地分散在分散介质中形成的系统是溶液或液态混合物。此类系统一般不列入分散系统中研究。
胶体分散系统（简称胶体）：分散颗粒尺寸在1~100nm （或1000nm ）之间的分散系统。
按分散介质为气态、液态或固态，胶体可分为气态溶液，液态溶液和固态溶胶。液态溶胶简称溶胶。
粗分散系统是指分散颗粒的尺寸超过 100nm (或1000nm )的分散系统。如：悬浮液、乳状液、泡沫等。
胶体或粗分散系统，其分散颗粒与分散介质之间有相的界面，故均为热力学不稳定的多相系统；溶液或液态混合物则达到分子程度的混合，无相的界面，是热力学稳定的均相系统。
（2）胶体的光学性质
现介绍胶体的光学性质-丁达尔效应。当一束聚焦的光线通过胶体时，在与入射光垂直的方向上可以看到一个光亮的圆锥体，此现象称作丁达尔效应，其中的光锥称为丁达尔光锥。丁达尔效应是由光的散射引起的，故又称乳光效应。这是胶体的光学特征。散射光的产生是入射光使分散颗粒中的电子作与入射光同频率的强迫振动，于是分散颗粒像一个新光源一样，向各个方向发出与入射光相同频率的散射光。
丁达尔光锥是检验系统是否为胶体的简便有效的方法。
散射光的强度可用1871年由雷利首先导出的稀薄气溶胶产生散射光的强度，即雷利公式表示，如下所示：（空两秒）
式中：I为散射光强度; l为入射光的波长;n 和n0分别为分散颗粒和分散介质的折射率;v为每个分散颗粒的体积; c 为单位体积内分散颗粒的数目;a 为散射角，即观察散射光的方向与入射光方向间的夹角;l 为观察点与散射中心的距离。
（3）胶体的动力学性质
现介绍胶体的动力学性质-布朗运动。胶体颗粒由于受到来自四面八方的做热运动的分散介质的撞击而引起的无规则的运动称作布朗运动。
布朗运动的实质是质点的热运动，是胶体具有动力学稳定性的原因。由于胶体颗粒总是不停地进行布朗运动，从而能阻止胶体颗粒因重力作用而下降。
胶体产生布朗运动的原因：进行热运动的分散介质分子不断从各个方向同时撞击胶体颗粒。每一瞬间撞击在胶体颗粒上的合力常常不为零，以致在不同时刻，这些合力将胶体颗粒推向不同方向，从而造成胶体颗粒的无秩序曲折运动。
上图（a）为胶粒受介质分子冲击示意图，(b)为超显微镜下胶粒的布朗运动胶体的电学性质胶体的电学性质-电泳、电渗、流动电势和沉降电势。
胶体颗粒（简称胶粒）是带电的，在外电场的作用下，固相的胶粒与液相的分散介质发生相对移动；或者在外力作用下，固、液两相发生相对移动从而产生电势差，这两类现象统称为电动现象。包括电泳、电渗、流动电势和沉降电势等现象。
在外电场作用下，胶粒在液体介质中定向运动的现
象称作电泳。外加电势梯度越大，胶粒带电越多，胶
粒越小，介质的粘度越小，则电泳速度越大。各种溶
胶的胶粒都可发生电泳现象。溶胶的电泳实验证明了
胶粒是带电的，有的胶粒带正电，有的胶粒带负电。
胶粒总是向着与所带电荷电性相反的方向移动。最简
单的电泳实验装置如右图所示。实验时先在U形管中
装入适量的NaCl溶液，在通过支管从NaCl溶液的下面缓慢地压入黄色的As2S3 溶胶，使其与NaCl溶液之间有清晰的界面且两边的界面持平。通过直流电后可观察到正极一侧的界面上升，负极一侧的界面下降。说明As2S3胶粒向正极移动，带负电荷。
在外电场作用下，毛细管内或固相孔隙内液体发生空间移动的现象称为电渗。电渗是液相移动，而固相则不动。
下图所示的电渗仪是最早设计的电渗仪。图中固体多孔膜可以看作许多
连通两侧液体的毛细管通道。在型管的右侧
上部附有一个微向上桥翘的毛细支管，用来
观察液面的移动。膜两侧装有电极。当两电
极通以直流电后，发现右侧液面上升或下
降。说明液体透过多孔膜向某一电极的方
向，表明液体带某种电荷，溶胶也有电渗现
象。
在外加压力作用下，迫使液体通过固体表面（如多孔膜）定向流动，而在固体表面两侧产生电势差的现象称为流动电势。流动电势是电渗的逆现象。
流动电势的大小与介质的电导率成反比。碳氢化合物的电导通常比水溶液要小几个数量级，在泵送此类液体时，产生的流动电势比较大。因此在泵送汽油时
规定必须接地，而且常加入油溶性电解质，以增加介质的电导，降低或消除流动电势。
带电的固体颗粒（如胶粒）在液体介质中迅速下沉，导致液体介质上、下两端产生电势差的现象称为沉降电势。沉降电势是电泳的逆现象。
贮油罐中的油中常含有水滴，由于油的电导率很小，水滴的沉降常形成很高的沉降电势甚至达到危险的程度。常采用加入有机电解质的办法增加介质的电导，从而降低或消除沉降电势。
8.4.2 扩散双电层理论
在胶体的胶粒（固相）与分散介质（液相）的界面上通常存在电势差，称为双电层。
形成双电层的原因是：胶粒表面吸附溶液（分散介质）中某种离子带电；部分胶粒表面在溶液中电离；胶粒与溶液发生摩擦而带电等。当胶粒表面带有一定量某种符号的电荷时，在其附近溶液中必然分布电量相同与胶粒表面电性相反的离子（称为反离子或异常离子），以保持系统的电中性，从而在液-固界面上形成了双电层。
关于双电层的内部结构，曾提出以下模型：1879年，亥姆霍兹提出的平行板电容器双电层模型；古埃和恰普曼的扩散双电层模型；1924年，斯特恩在扩散双电层模型基础上提出的GCS双电层模型。
在GCS双电层模型中，斯特恩用一个假想
的平面将固体表面附近的溶液划分为两部分：
紧密层和扩散层，如右图所示。此平面位于
被固体表面吸附的、溶剂化的反离子中心的
联线上，称为斯特恩面。
从固体表面到斯特恩面之间称为紧密层
或斯特恩层，斯特恩面以外称为扩散层热力学电势或表面电势，是指固体表面到溶液本体之间的电势差，以ψ0表示。
斯特恩电势，是指斯特恩面到溶液本体之间的电势差，用ψs表示。
动电电势或ζ电势，指滑动面到溶液本体之间的电势差。
滑动面位于距斯特恩面不远处的面，与胶粒表面的距离是溶剂化反离子直径
的数量级。由于滑动面与斯特恩面相距很近，故常用可测ζ的代替ψs。
胶团结构胶体的基本单元是胶团，GCS双电层理论可以描绘出胶团的结构，以AgI 正溶胶为例，其胶团结构示意图如下图所示。由滑动面所包围的带电体称为胶粒。图中所示的AgI 溶胶的带正电，故称为AgI正溶胶。胶粒和滑动面以外的扩散层构成了电中性的胶团。
AgI正溶胶的胶团结构式如下所示：
[（AgI）m.nAg+.（n-x）NO
3-]x+. NO
3
-
在同一溶胶中各个胶团的m、n和x的值并不
完全相同，但反离子的电量之和应与胶核的电量
相等、符号相反。胶粒的电量应与扩散层的电量
相同，符号相反，以保持整个胶团的电中性。
AgI 负溶胶的胶团结构式如下所示：
SiO2在适当条件下水解可生成SiO2溶胶。
SiO2溶胶的胶团结构式如下所示：
8.4.4 溶胶的稳定性和聚沉
溶胶是高度分散的多相系统，其分散相（胶粒）有着巨大的表面积，表面吉布斯函数很高，因此是热力学不稳定系统。当胶粒由于热运动而相互接近时，会相互吸引并合成较大的颗粒，此过程称为聚结或聚并。胶粒聚结到一定大小后，会因重力作用而下沉，即沉降。聚结与沉降合称聚沉。聚沉使溶胶被破坏。
溶胶相对稳定存在的原因在于：布朗运动引起的扩散作用构成了溶胶的动力学稳定性；溶剂化的稳定作用。胶粒表面吸附的离子都处于溶剂化状态，不仅降低了胶粒的表面吉不斯函数而且形成的溶剂化膜可以阻隔胶粒的聚结；电学稳定的作用，这是溶胶稳定的最重要因素。胶粒表面存在双电层，使胶粒相互接近时首先是彼此的反离子相接触。由于带有相同符号电荷的离子的静电斥力会阻止胶粒进一步靠近而聚结，可使溶胶稳定。
溶胶本质是热力学不稳定系统，故最终要发生聚沉。
促使溶胶聚沉的措施有：外加电解质，温度变化，溶胶的浓度增大，加聚沉剂及混入不同电性的溶胶等。
通常效果最好的是外加电解质。加入与双电层中反离子相同电性的离子，可使ζ电势下降。一般ζ电势降至约30 m v 时，胶粒的热运动可足以克服静电斥力的阻碍而发生聚结。
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•dm-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。
表8.5 列出了不同电解质对As2S3溶胶和Fe(OH)3溶胶的聚沉值（空5秒）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趁能力相近但有差别，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-
此顺序称为感胶离子序
（3）有机离子的聚沉能力很强，如高分子凝结剂。
常见的粗分散系统有：乳状液、泡沫和悬浮液等。
乳状液是一种液体分散在另一种不互溶（或部分互溶）液体介质中形成的粗分散系统。例如：牛奶、含水石油、乳化农药等。
乳液有两种类型：水包油型（O/W）和油包水型（W/O）。其中W为水相，即水或溶液，O为油相，指与水不互溶的有机液体。
稳定的乳状液除分散相和分散介质外，通常还需加入适当的乳化剂。常用的乳化剂多为表面活性剂，其作用主要是降低液滴的界面张力并阻隔液滴的相互合并。
乳状液被破坏的过程称为破乳或去乳化作用。常用的破乳措施有：加乳化剂、
加热、加电解质、强烈搅拌和离心分离等。
泡沫是气体分散在液体介质中形成的粗分散系统，气泡的尺寸常可超过1um。
稳定的泡沫需加入起泡剂，常用的起泡剂是一些表面活性剂。
泡沫的应用：矿物的泡沫浮选、泡沫除尘、泡沫灭火剂，泡沫杀虫剂、泡沫塑料等。
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。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。 我们从另一个角度来理解公式(1)。先请看下面的例子。 从上面的动画可知：肥皂膜将金属丝向上拉的力就等于向下的重力（W1+W2），即为 F=2γl (2)
胶体界面现象问题答案修改版
?胶体界面现象问题答案 1.为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的为什么气泡比液滴更容易破裂?同样体 积的水,以球形的表面积为最小,亦即在同样条件下,球形水滴其表面吉布斯自由能相对为最小。气泡同理。半径极小的气泡内的饱和蒸气压远小于外压,因此在外压的挤压下,小气泡更容易破裂。 2.毛细凝结现象为什么会产生?根据Kelvin公式RTln(pr/po)=2Vγ/r, 曲率半径极小 的凹液面蒸气压降低,低于正常饱和蒸气压,即可以在孔性固体毛细孔中的凹液面上凝结。因毛细管曲率半径极小,所以会产生毛细凝结现象。 3.天空为什么会下雨人工降雨依据什么原理向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨 天上的雨来自空中的云,空中的云其实就是水的气溶胶,它来自地面的水汽蒸发。当 水蒸气压大于水的饱和蒸汽压，云中水滴增大，达到一定程度,也就是不能被上升 的气流顶托住的时候,水滴（冰滴、雪花）就会落到地面上,即是我们所见的雨、雹、雪。 ?只有过饱和水蒸气的云才能实施人工增雨。雾状小水滴的半径很小，根据开尔文公式，由于小水滴的饱和蒸气压p r*大于水的饱和蒸汽压，水滴难以长大，可以添加碘化银、干冰，增大粒径（干冰还降低温度），降低p r* ，使水滴凝结。 ?实施人工隆雨时就是向空中撒入凝结核心，使最初的小水滴的曲率半径加大，这时小水滴的饱和蒸气压小于高空中的蒸气压，从而形成降雨。 4.为什么会产生液体过热现象加入沸石为什么能消除过热现象 ?液体中的小气泡，r <0, p r* 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/m 1、胶体的定义：1nm~1um 2、界面的定义：一个界面是一定的空间区域，通过这个区域体系由一相转变为另一相，这 种变化在原子或分子直径十倍或几十倍的距离上发生，即为相邻两相的界面区域。 3、表面：两相中一相为气相。 4、胶体的分类方法1：粗分散(大于100nm) 胶体分散（1~100nm）分子分散（小于1nm） 5、胶体的分类方法2：憎液胶体（电解质存在为其必要的稳定因素、对电解质的稳定性低、 为不可逆聚沉、电镜下可见、与溶剂差别小、粒子具有的电荷固定）+亲液胶体（与其相反） 6、胶体研究对象的热力学分类1、狭义胶体体系纳米分散体系（热力学不稳定、聚结过程 不可逆例子：溶胶、泡沫、悬浮液、乳状液、气溶胶）1、缔合体系（热力学稳定、聚结过程可逆例子：胶束、微乳液、脂质体）3、高分子溶液（热力学稳定、聚结过程可逆例子：淀粉/水明胶/水橡胶/己烷） 7、胶体的特点：1、巨大的比表面能（使胶体体系具有很强的吸附能力）2、物质性质的尺 寸效应（影响到体系的荧光、吸光性质、氧化还原能力） 8、胶体科学：研究不均相体系的科学，凡是在固、液、气相中含有固、液、气微粒的体系 均属胶体科学研究的范围。微粒大小在1nm~1um之间。 9、界面化学：研究物质在多相体系中表面的特性和在表面发生的物理和化学过程及其规 律。界面化学是化学学科的分支，涉及物理学、生物科学、计算机科学、药学、环境科学的多个学科。 10、几何学界面：二维无限延伸、有面积、无厚度。 11、化学界面：是一个区，在该区中从一相之性质变为邻相之性质。这种转变至少在分 子大小的距离才能表现出来。因而表面有厚度。 12、界面类型：除气/气外。 13、胶体历史发展：一个实际上错误的概念引出介观领域一个重要的科学分支。 14、现代胶体科学研究的内容：分散体系（分散体系的形成与稳定体系：气溶胶、憎 液溶胶、亲液溶液、粗分散体系（乳状液、悬液）理论：气溶胶理论、成核理论、高聚物溶液理论、胶束理论）光学性能、流变性能、纳米材料（智能流体，电、磁流变体纳米颗粒的有序排列光吸收与光散射理论、理论与想象流变学、颗粒相互作用力理论）界面现象润湿、摩擦、黏附、吸附现象五个界面（理论：表面力理论、表面层结构、分子定向理论各种吸附理论）有序组合体（溶胶有序分子组合体生物膜与仿生膜有机无机混合膜有序组合体重的物理化学反应）BLM膜，LB膜，脂质体、液晶理论（分子间相互作用力液晶理论增溶现象胶团催化定向合成）15、工业和自然界常见实例：1、作为胶体或表面活性材料而制造的产品、表面现象： 肥皂、洗涤剂、（非表面活性剂：乳化剂、稳定剂）灭草剂、杀虫剂、织物软化剂胶体想象：乳胶涂料、气溶胶、食品、化妆品和软膏、药品、墨水、上光剂、油基涂料、油和气的添加剂、胶黏剂。2、表面和胶体现象的直接应用、直接应用：表面现象（润滑、黏结、泡沫、湿润和防水）胶体现象（流变性质控制、乳化、乳液和悬浮液、钻井泥浆、电解沉积）3、天然和合成材料的纯化表面现象：三次采油、制糖、烧结、胶体现象：浮选中矿石的分离、研磨和粉碎、污物和废水处理4、生理应用表面现象：呼吸、关节润滑、液体输送中的毛细现象、动脉硬化胶体现象：输血、营养素的乳化、酶、细胞膜 16、胶体科学的应用领域：1、能源（涉及到微乳液和悬浊液的形成与稳定性研究，涉 及到分散体系流变性质的研究）2、信息材料（研究纳米颗粒、如何去组装分子，LB 膜技术、吸附理论、有序分子组合体）3、医药与仿生靶向药物治疗、超导电磁吸引 界面化学与胶体科学 界面化学与胶体科学是一门研究物质在界面上行为的学科，它广泛应用于化学、材料科学、生物技术等领域。本文将介绍界面化学与胶体科学的基本概念、研究内容和应用前景。 一、界面化学的基本概念 界面化学是研究物质在两相界面上相互作用和传递的学科。在界面上，不同相的物质会发生各种各样的相互作用，如分子间的吸附、扩散、电荷转移等，这些过程决定了物质在界面上的性质。界面化学研究的对象包括气液、液液、固液等各种界面。 二、胶体科学的基本概念 胶体科学研究的是胶体系统，即由两种或多种物质组成的具有连续介质性质的复相系统。胶体系统的一个重要特点是存在着分子大小在1纳米到1微米范围内的颗粒。胶体科学主要研究胶体颗粒的形成、性质和应用。 三、界面化学与胶体科学的关系 界面化学和胶体科学在很大程度上是相互关联的。在胶体系统中，胶体颗粒会与界面相互作用，界面化学的理论和方法可以解释胶体系统中的界面现象；而界面化学的研究成果也为胶体科学提供了理论基础和实验手段。可以说，界面化学为胶体科学提供了基本的原理和方法。 四、界面化学与胶体科学的研究内容 界面化学与胶体科学的研究内容包括以下几个方面： 1. 界面活性剂：界面活性剂是一类能够在两相界面上降低表面张力 的物质，常见的有表面活性剂、胶体活性剂等。界面活性剂的分子结 构和特性对其在胶体系统中的应用起着重要的影响。 2. 胶体颗粒的合成和表征：胶体颗粒的形成方法多种多样，包括化 学合成、物理法合成等。同时，通过各种手段对胶体颗粒进行表征， 如粒径分布、形态特征等，可以了解其性质和应用潜力。 3. 界面现象的研究：界面现象是界面化学与胶体科学的核心内容之一。界面上的吸附、扩散、分离等过程都是界面现象，研究这些现象 可以揭示胶体系统的宏观性质。 4. 胶体的应用：胶体科学的研究成果在材料科学、化学、生物技术 等领域具有广泛的应用前景。例如，通过调控胶体颗粒的形态和结构，可以制备新型的材料，如纳米颗粒、胶体晶体等。 五、界面化学与胶体科学的应用前景 界面化学与胶体科学的研究成果在很多领域有着广泛的应用前景。 例如，在药物传递领域，通过控制胶体颗粒的性质，可以实现药物的 定向释放和靶向输送，提高治疗效果。在环境保护方面，胶体科学可 以应用于废水处理、环境监测等领域。此外，界面化学和胶体科学的 研究成果还可以应用于电子材料、纳米技术等前沿领域。 总结： 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。 4. 温度 温度对胶体稳定性同样具有一定影响。一般来说，温度升高会引起分子的热运动增加，导致胶体颗粒间相互撞击增多，从而降低胶体的稳定性。然而，并非所有胶体都会受到温度影响，有些胶体在一定温度范围内反而可以增加稳定性。 三、教学实践 胶体与界面化学 一、引言 胶体与界面化学是化学科学的一个重要分支，主要研究物质在溶液中相互作用的规律和原理。这一领域的研究涉及到许多重要的应用，如涂料、化妆品、制药、农业和环境科学等。本文将介绍胶体与界面化学的基本概念、研究内容和应用领域。 二、基本概念 1、胶体 胶体是指颗粒大小在纳米到微米之间的分散体系，具有很高的分散度和稳定性。胶体中的粒子通常具有很大的比表面积和表面能，因此具有很强的吸附和反应能力。根据胶体粒子的带电情况，可以将胶体分为正电胶体、负电胶体和不带电胶体。 2、界面 界面是指不同物质之间的接触面，包括液体-气体、液体-固体和液体-液体等。在界面化学中，研究重点是界面上的分子或离子的吸附、反应和传递过程。 三、研究内容 1、胶体的制备与性质 胶体的制备方法多种多样，包括物理分散法、化学合成法和生物合成法等。研究胶体的性质（如粒度、电学性质、光学性质等）对于理解其在应用中的行为至关重要。 2、界面吸附与反应 界面上的吸附和反应是胶体与界面化学的核心研究内容之一。研究界面上的分子或离子的吸附机制和反应动力学有助于揭示界面现象的 本质。 3、胶体与界面过程的模拟与理论模型 通过计算机模拟和理论模型，可以深入理解胶体与界面过程的动力学和热力学机制。这有助于预测和优化这些过程在实际应用中的性能。 四、应用领域 1、涂料与化妆品：胶体与界面化学在涂料和化妆品领域的应用广泛，如提高涂料的耐候性和稳定性，优化化妆品的肤感和持久性等。 2、制药：在药物制备过程中，利用胶体与界面化学原理可以改善药 物的溶解度和生物利用度，提高药物的疗效和安全性。 3、农业：在农药和化肥的制备和应用过程中，利用胶体与界面化学 原理可以提高农药的附着力和渗透性，增加肥料的利用率和水溶性等。 4、环境科学：在环境保护领域，利用胶体与界面化学原理可以改善 污染物的吸附和光解效率，提高水处理和空气净化的效果。例如，纳米材料如TiO2的光催化效应可以用于光解有机污染物和消毒。通过 控制颗粒大小和表面性质，可以制备出具有高效吸附能力的多孔材料，用于水处理和空气净化。 5、生物医学：在生物医学领域，利用胶体与界面化学原理可以制备 出具有优良生物相容性和药物释放性能的纳米药物载体，用于药物输送和治疗。例如，通过生物可降解高分子材料可以制备出纳米药物载体，实现药物的精准输送和治疗。还可以通过表面修饰技术改善药物载体的生物相容性，提高其在生物体内的稳定性。 6、能源与材料科学：在能源与材料科学领域，利用胶体与界面化学 原理可以改善电池电极材料的电化学性能和稳定性。例如，通过控制颗粒大小和形貌可以提高电极材料的比容量和循环寿命；通过表面修饰技术可以改善电极材料的电导率和稳定性。还可以利用胶体与界面 胶体与界面科学的应用与研究胶体与界面科学是一门研究物料表面性质和微观结构的学科， 以物料表面的物理化学性质和相互作用为主要研究内容，涉及范 围广泛，从化学到物理，从材料到生命科学等方面均存在应用和 研究价值。 一、胶体科学的应用 胶体科学有着广泛的应用领域，其中最突出的是纳米科技和高 分子材料。纳米材料是指尺寸在1~100nm之间的物质，在这个尺 寸下，物质呈现出许多意想不到的性质。而胶体科学正是研究纳 米材料的关键学科。胶体科学为纳米技术提供了桥梁，帮助人们 理解纳米材料的行为和性质，提高了纳米技术的发展水平。例如，通过胶体的研究，人们已经开发出了许多纳米材料，如纳米颗粒、纳米管、纳米薄膜和纳米复合材料等，应用于光电材料、彩色显像、生物分析等领域。 高分子材料是由大分子组成的材料，具有独特的性质和功能。 胶体科学可以为高分子材料的研究提供强有力的支持。其中最常 见的是乳液和胶体。乳液由大量微小的液滴均匀地分散在水中， 具有极高的稳定性，可以应用于颜料、涂料、胶合剂等生产。而 胶体则由固体颗粒均匀地分散在液体中，有广泛的应用，如制备纸浆、处理废水、制药、食品等。 二、胶体科学的研究 在物质的表面和界面产生相互作用的现象是胶体科学研究的主要方向。其中，表面活性剂是胶体科学的一个基础和重要研究领域。表面活性剂是一类特殊的分子，能在水和油等界面上形成薄膜，并改变界面的物理化学性质，涉及到许多重要的应用领域，如洗涤剂、化妆品、食品等。例如，肥皂和洗涤剂是常用的表面活性剂，能够将脏污排泄出来，并将其悬浮在水中，从而达到清洁的目的。 另外，胶体科学还研究了许多重要的现象，如吸附、扩散、沉淀等。吸附是指物质在界面上或固体表面上吸附和堆积的过程，这种现象在水和气体中非常普遍。扩散是指物质在体积内的分布变化，这种现象决定了许多化学反应和物质输运的速度。沉淀是指固体悬浮物附着在液体表面或液体中沉降的现象。其中，超分子化学也是胶体科学的重要内容，是指由分子之间的非共价作用形成的化学体系，如氢键、π-π作用、范德华力等。超分子化学研究的结果已经应用于晶体设计、分子识别、分离材料等领域。 物理化学十一、十二章问答题（界面现象和胶体） 第十一章界面现象 1．表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念？相同否？ 答：总的说来四者都是描述表面的过剩能量，但概念上有区别，表面能为物质表面较其 内部多余的能量；若在T，p恒定时，这部分能量称为表面自由能（表面吉布斯自由能）；若在T，p恒定时，单位表面的自由能，便称为比表面自由能，其单位为J·m－2，因J ＝N·m，故J·m－2也可化为N·m－1，这样表面自由能又转变为另一概念，成为垂直作用于单位长度相表面上沿着相表面的切面方向的力，称为表面张力。虽然比表面自由能和表面张力的数值相同，也可混用，但概念有差别，前者是标量，后者是矢量。 2．若在容器内只是油与水在一起，虽然用力振荡，但静止后仍自动分层，这是为什么？答：油与水是互不相溶的，当二者剧烈振荡时，可以相互分散成小液滴，这样一来，表面能增大，这时又没有能降低表面能的第三种物质存在，因此这时为不稳定体系，体系有自动降低能量的倾向，分层后，体系能量降低，因此会自动分层。 3．铅酸蓄电池的两个电极，一个是活性铅电极，另一个是活性氧化铅电极，你是怎样理 解这理解这“活性”两字？ 答：这里活性是指铅或氧化铅处于多孔性，即具有大的比表面积，具有较高比表面自由能，处于化学活性状态。这是在制备电极时经过特殊活化工序而形成的高分散状态，根据热力学理论及表面性质，若铅蓄电池长期使用或者长期放置而未能及时充电，电极的高分散状态会逐渐减低，这种活性也就消失。 4.在化工生产中，固体原料的焙烧，目前很多采用沸腾焙烧，依表面现象来分析有哪些优点？答：沸腾焙烧是将固体原料碎成小颗粒， 表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的 界面现象与胶体性质 表面活性剂是一类重要的化学物质，广泛应用于各个领域，如洗涤剂、乳化剂、泡沫剂等。在表面活性剂物理化学教案中，理解表面活性剂的界面现象与胶体性质是必不可少的。本文将从分子结构、界面张力、胶体稳定性等角度，探讨表面活性剂的相关知识。 一、表面活性剂的分子结构 表面活性剂分子通常分为两部分，一个亲水性较强的头基（水溶性基团，如羧酸基、羟基等），一个亲油性较强的尾基（疏水性基团，如烷基链）。这种结构使得表面活性剂在界面上能够形成疏水区域和亲水区域，从而表现出许多特殊的性质。 二、表面活性剂的界面现象 1. 表面张力 表面活性剂的存在降低了液体表面的张力。在纯净溶液中，表面活性剂分子聚集在液体表面，构成单分子层。表面活性剂的尾基朝向液体内部，而头基则与溶液产生相互作用。这种排列方式，使得表面张力下降，溶液的界面能变得更加松弛。 2. 乳化与分散 表面活性剂能够使亲水性和亲油性物质互相溶解。当加入适量的表面活性剂后，液体中的油滴会被包覆在表面活性剂的单分子层中，从 而形成乳状液体。这种乳状液体能够有效地分散油滴，使其长时间保 持分散状态。 三、表面活性剂的胶体性质 胶体是一种介于溶液和悬浊液之间的物质。表面活性剂在一定条件 下能够形成胶体系统。 1. 胶体溶液的稳定性 通过加入适量的表面活性剂，可以使胶体溶液中的分散相保持稳定，避免出现沉淀现象。这是因为表面活性剂的存在能够减小分散相之间 的相互作用力，形成稳定的胶体。 2. 胶体的类型 根据表面活性剂的尺寸和分子结构，胶体可以分为胶体颗粒、光学 胶体和胶体固体等。其中，胶体颗粒是由表面活性剂分子或粒子聚集 形成的微小颗粒，它们能够在溶液中悬浮并形成胶体系统。 四、实验案例与教学方法 在表面活性剂物理化学教案中，可以引入一些实验案例和教学方法 帮助学生更好地理解和掌握相关知识。 1. 实验案例：利用表面张力测定仪测量不同表面活性剂的表面张力，探究表面活性剂浓度、温度等因素对表面张力的影响。 胶体与界面科学技术的研究与应用 胶体与界面科学技术（Colloid and Interface Science，CIS）是 一门新兴的学科，其涉及的范围包括物理、化学、材料学、生物 学等多个学科领域。胶体指的是粒径范围在1~1000纳米的物质， 界面则是不同物质之间的交界面。胶体与界面科学技术将胶体和 界面两个研究领域相结合，研究小规模物质间的相互关系和相互 作用，并应用于各个领域。 一、研究 在实验室中，胶体与界面科学技术被广泛应用于颗粒控制、表 面改性、固体表面化学、生物医学等领域的研究。例如，研究人 员可以利用控制荷电量和荷电性分布的方法来控制粒子的聚集， 以达到对颗粒尺寸的控制。另外，界面表面化学的研究也是一个 热点，通过调控固体表面的化学性质，可以使其具有不同的亲水 或疏水性质，从而影响物质在固体表面的吸附、反应和扩散行为。 此外，胶体与界面科学技术还应用于制备新型材料，如碳纳米管、量子点等，并通过调节表面活性剂分子、表面自组装来制备 高效能、可重复利用、环境友好型的分离材料，也助力绿色能源 等高科技产业的发展。 二、应用 在应用领域，胶体与界面科学技术已经为我们的生活和生产带 来了广泛的影响。 1、医学领域 胶体与界面科学技术在医学领域中被广泛应用。例如，制备纳 米载药系统，可以增加药物在体内的生物利用度和稳定性，同时 还可以减少药物的毒副作用。此外，将界面活性剂引入洁面、卫 生用品中，可以起到增加洁净度，净化空气、维持身体健康等作用。 2、食品领域 胶体与界面科学技术在食品领域中也有着广泛应用。例如蛋白 质在酸性环境下的界面活性，可以调节油水界面的稳定性，防止 食品油的氧化，同时增加食品口感和质量。此外，食品厂家还可 以利用多层胶体的稳定性，制造稳定的悬浮体液，增加了食品的 颜色、口感和口感。 3、能源领域 胶体与界面科学技术在能源领域中也有着广泛应用。例如利用 界面化学的思想来提高光电二极管、薄膜太阳能电池的装置性能，以及太阳能电池的生产过程中，对材料表面活性质进行调控。此外，胶体和界面科学技术还可以在石油开采、污水处理、新能源 领域，进行环境治理方面做出贡献。 胶体与界面化学的基本概念和应用胶体与界面化学是一个跨学科的领域，它研究的是界面和介质之间的相互作用，涉及到物理学、化学、材料科学和生物学等多个学科。在工业、生产和科研中，胶体与界面化学的应用十分广泛。本文将介绍胶体与界面化学的基本概念和应用。 一、胶体的基本概念 胶体是由两种或两种以上的物质所组成的分散体系，其中一种物质是连续的相，另外一种物质是弥散的相。胶体的具体形态非常复杂，可以是膏状、凝胶状甚至是液体状等。胶体分为溶胶、凝胶和气溶胶三种类型。 溶胶是由纳米尺度的粒子组成的分散体系，其中的纳米粒子可以任意分散在连续相中。这种溶胶被广泛应用于纳米材料制备、生物医学、电子学和环境治理等领域。 凝胶是由粒子或聚合物所组成的网络结构，可以吸收水分使得凝胶体积膨胀。这种凝胶广泛应用于医药、生物医学和环保等领域。 气溶胶是由气态物质组成的胶体，其中气体是弥散的相，液滴 或固体微粒是连续相。这种物质特征可以用于制备高分辨率材料 和催化剂等。 二、表面活性剂 表面活性剂是一种介于水和油之间的物质，具有分散和乳化作用。分散作用是指表面活性剂可以将水性物质分散到水中，或将 油性物质分散到油中。乳化作用则指它能够将油性物质微细地分 散在水中，形成乳液。 表面活性剂由亲水性头基和亲疏水性尾基组成。头基能够与水 分子发生氢键作用，而尾基则是由长链烷基或烷基芳基等组成的，可以与油性物质相容。 三、胶体稳定剂 胶体稳定剂是一种能够控制胶体性质和稳定分散体系的物质。它可以防止分散体系中的胶体粒子聚集或沉淀，从而使之保持稳定。 胶体稳定剂的作用可以分为物理和化学两类。物理作用包括分散、粉化、重聚和聚集等一系列过程。而化学作用则指的是它们能够与物体发生化学反应，产生光学、电学、化学和生物学等方面的变化。 四、应用 胶体与界面化学的应用广泛，包括药物传递、润滑剂、工业催化剂、化妆品等。以下是此领域中的一些具有代表性的应用。 1. 药物传递 胶体化学可以有效地用于制备药物载体。药物载体是指将药物包裹在胶体粒子和聚集体中，以便降低药物自我毒性和增加药物吸收效果。胶体药物传递的研究基于胶体颗粒的能力，可以将大分子药物或药物类似物纳入包封体系中，减小药物毒性及增加药 胶体与界面科学及其应用 胶体与界面科学是一门研究物质在微观尺度下的性质及其在各 领域中的应用的学科。胶体是由微细粒子组成的，而这些微细粒 子又可以被聚合成更大的粒子。界面是两种不同物质间的分界面，常常被认为是两种物质间的“胶原地带”。胶体与界面科学研究的 是微观领域中的物质基础性质，如表面张力、黏度、分子扩散性、电荷密度等，这些基础性质又进一步决定了物质的宏观性质和应用。 胶体与界面科学的发展历史 胶体与界面科学作为一个学科领域有着较为丰厚的历史积淀。 早在19世纪末，法国学者呂瑞·帕斯卡(Pascal)在对液滴的研究中 发现高垂直方向上渗透压在下降，称之为“帕斯卡原理”。历经数 十年的研究，德国化学家罗兰(Rowland)提出了表面张力的概念。 20世纪初，荷兰物理学家范德瓦尔斯(Van der Waals)首次提出了 分子间的长程作用势，奠定了他后来主张的物质在宏观上的相互 作用力基础。1932年，英国皇家研究会成立了胶体与界面科学委 员会，正式将这一学科纳入了范畴。后来，该领域逐渐形成了完 整的学术体系，并开始引入了一系列新的研究手段和技术。20世 纪70年代，胶体与界面科学的研究逐渐转向了应用方向，包括化 妆品、食品、医药、纺织、石油等多个领域。 胶体与界面科学在医药领域的应用 胶体与界面科学在医药领域的应用主要包括三个方面，即胶体 药剂学、界面科学与生物医学应用以及生物纳米技术。 胶体药剂学是通过制备合适的胶体体系来调控药物释放和反应 动力学等药剂力学特性，以提高药物的溶解性、稳定性和生物利 用度等。在胶体药剂学中，微粒子是一个关键环节。微粒子的尺寸、形状以及表面的电化学特性对药剂的命运起着重要决定作用，通过改变这些物理和化学性质，就可以达到控制药物释放的效果。 界面科学与生物医学应用主要是研究生物界面的基本特性和生 物分子的相互作用机制。在医学领域，大量许多处于生物体内或 外部的生物界面和生物分子对药物的释放和药效起到了关键的作用，比如聚糖胶体、人造白蛋白纳米颗粒等。在代谢过程中，药 物被吸收、分解、排泄需要在液态环境中与蛋白质、糖类、脂质 等生物分子发生相互作用，这涉及到胶体和界面的基本特性，因 此界面科学在药物内部分子层面的分析也是不可缺少的。 造纸过程的胶体与界面化学 造纸术作为中国古代的四大发明之一，对于人类文明的发展起到了重要的推动作用。如今，随着科技的进步，现代造纸工业已经发展成为一个高度复杂且精细的产业。在这个过程中，胶体与界面化学发挥着不可忽视的作用。本文将探讨造纸过程中胶体与界面化学的原理及应用。 一、胶体化学在造纸过程中的应用 胶体化学是研究胶体体系的科学，胶体系由胶体颗粒分散在连续介质中形成。在造纸过程中，纸张的形成就是纤维、填料和其他添加剂在水中形成胶体态的过程。因此，胶体化学对于纸张的形成和性能具有重要影响。 首先，纤维在造纸过程中是核心原料，其分散和聚集状态直接影响纸张的匀度和强度。纤维在水中形成胶体分散体系，需要通过胶体化学原理来调控纤维的分散和聚集，以获得理想的纸张结构。 其次，填料和添加剂也是造纸过程中不可或缺的成分。它们可以改善纸张的光学性能、印刷性能和其他特殊性能。这些添加剂在纸张中的分散和分布同样受到胶体化学原理的调控。 二、界面化学在造纸过程中的应用 界面化学是研究不同相之间界面现象的科学，在造纸过程中涉及到液-液界面、固-液界面等多种界面现象。这些界面现象对于纸张的性能和加工过程具有重要影响。 在造纸过程中，纤维、填料和其他添加剂需要在水中充分分散，然后经过压榨、干燥等工序形成纸张。在这个过程中，纤维之间的相互作用、纤维与填料和添加剂之间的相互作用都涉及到界面化学问题。通过调控这些界面相互作用，可以改善纸张的强度、韧性、吸水性等关键性能指标。 此外，在造纸过程中使用的各种化学品（如助留剂、助滤剂、湿强剂等）也涉及到界面化学问题。这些化学品需要在纸张形成过程中与纤维、填料等组分发生相互作用，以实现特定的功能。界面化学原理可以帮助我们理解和调控这些相互作用，从而提高造纸过程的效率和纸张的性能。 三、总结与展望 总的来说，胶体与界面化学在造纸过程中发挥着重要作用。通过深入研究胶体与界面化学原理，我们可以更好地理解和调控造纸过程中的各种物理和化学现象，从而提高纸张的性能和降低生产成本。未来，随着科技的不断进步和新材料的不断涌现，胶体与界面化学在造纸工业中的应用将更加广泛和深入，为人类创造更加美好和可持续的生活贡献力量。 胶体与界面科学在制造业中的应用随着科技的不断进步，胶体与界面科学越来越受到人们的关注。在制造业中，它也扮演着重要的角色。本文将介绍胶体与界面科 学在制造业中的应用。 什么是胶体与界面科学？ 胶体是指尺寸在1~1000纳米之间的小颗粒，可以悬浮在溶液 中形成胶体溶液。界面科学研究的是物质之间的界面性质和相互 作用。胶体与界面科学是研究胶体性质和界面现象的一门科学。 制造业中的应用 1. 胶体电泳 胶体电泳是利用电场在胶体粒子和溶液之间施加电势差，将胶 体粒子移动到被处理物体上的一种技术。在制造业中，它被广泛 应用于表面修饰、涂料、印刷和涂层等领域。例如，在汽车制造中，利用胶体电泳技术可以制造出均匀的涂层，提高汽车外观和 耐腐蚀性。 2. 界面活性剂 界面活性剂是一种能够降低液体表面张力的化学物质。在制造 业中，界面活性剂可以用于制造洗涤剂、表面涂层、生产纸张、 油漆和墙纸等。例如，用于清洁产品的洗涤剂中含有界面活性剂，它可以去除污垢并且不会对表面造成损害。 3. 胶体磨料 胶体磨料是一种将胶体粒子添加到磨料中制成的材料。在制造 业中，它可以用于磨削和抛光材料表面，例如在半导体制造中， 胶体磨料可以用于制造芯片上的微小元件。 4. 纳米材料 纳米技术是利用纳米尺寸的物质制造出高效、高性能的产品的 一种技术。纳米材料在制造业中的应用非常广泛，例如在汽车制 造中，纳米涂层可以提高汽车耐腐蚀性和抗刮擦性能，在航空航 天制造中，纳米材料可以制造出更轻，更坚固的材料。 结论 胶体与界面科学在制造业中有着广泛的应用。它可以帮助制造商制造更高效、更高性能的产品，同时也可以降低成本，提高产品的可持续性。我们相信，随着科技的不断进步，胶体与界面科学在制造业中的应用也将不断拓展。 胶体与界面物理与化学研究 近年来，随着科技的发展和应用的不断推广，胶体与界面物理与化学的研究逐 渐成为了一个热门的学科。胶体物理学是研究物质分散相之间相互作用和行为的学科，而界面物理化学则是研究物质界面之间相互作用和反应的学科。胶体与界面物理与化学的研究不仅包括基础理论，还包括应用研究，如纳米技术、生物学等领域，因此具有广泛的研究领域和前景。 一、胶体物理学 1. 胶体稳定性 胶体稳定性是指胶体中分散相之间的相互作用和分散相和分散介质之间的相互 作用，主要包括静电斥力、范德华力、双层压缩力和离子作用等作用。 2. 胶体的电性 胶体的电性主要指胶体粒子带电性，是研究胶体物理学的重要内容。电性不仅 与胶体的稳定性有关，而且也与胶体的具体性质、应用及环境适应性有着重要关联。 3.甲乙型胶体及其相互作用 甲乙型胶体是胶体物理学中的重要概念。对于甲乙型胶体，其形成机理、性质 以及界面稳定性都与其所处的环境密切相关，通过对这些因素的研究可以探究甲乙型胶体相互作用的机制和规律。 二、界面物理化学 1.界面吸附 界面吸附是指分子或离子吸附在界面上的过程，影响着界面的性质和行为。研 究界面吸附主要包括吸附剂的种类、吸附层的结构和吸附行为等方面。 2. 界面活性剂 界面活性剂是可以降低表面张力和增大分散体系稳定性的化合物。研究界面活性剂的作用机制和性质对于深入了解其应用领域及研究意义等方面，具有重要的意义。 3. 界面催化 界面催化是指分子或离子在界面上的催化行为，研究界面催化有助于了解化学反应的基本机制和界面作用。 三、胶体与界面物理与化学的应用 1. 纳米技术 纳米技术是以纳米尺度的体系为研究对象的科技，涵盖材料、生命科学、电子学等领域。在纳米材料的制备过程中，胶体物理学和界面化学扮演着重要的角色，如胶体-液相土法、分子自组装等。 2. 生物学 胶体与界面物理与化学的研究在生物学中具有重要的应用价值，如研究生物体内复杂的分子、胶体粒子的应用、分子运输及溶液的生物活性等方面，可为生物学研究和治疗奠定基础。 3. 化学工业 胶体物理学可用于大分子物质的处理和分离，分子的热化学行为和基于自汇聚规律的现代合成化学反应。同时，界面化学在化学工业中的应用也是非常广泛，如溶胶-凝胶法、胶体电泳技术、化学传感器等。 结论 胶体与界面化学的关系及应用探讨胶体学是研究物质的分散状态及其相关性质的学科，胶体与界面化学是胶体学的基础。胶体学可以涵盖任何有关粒子分散的领域，同时也涉及人类日常生活及工业生产中所用的物质。例如，液体有时会渗透到属于经典纯物质领域的某个材料中，或者提高材料的某些特性，比如增强材料的稳定性。 颗粒或分子的物理与化学性质在很大程度上取决于它们的分散态，这也是界面化学的研究范围。界面化学可以研究任何两个相邻相互作用的相的交界面，因此它与多个学科有关联。胶体、材料、表面科学和生物化学都涉及界面现象。 分散粒子或分子之间的相互作用以及它们与周围介质相互作用的性质，对物质的整体性质有很大影响。在溶液中，分散粒子与周围分子之间存在各种相互作用，如静电吸引、溶剂化等。当粒子或分子非常小，它们会产生表面活性，这会影响它们与周围分子的相互作用。 在化学和生物学领域，界面化学的研究对于阐明拟态剂、生物膜和细胞的行为方式等有关生命现象方面的问题非常重要。在工 业界，这种研究几乎所有领域的生产都有应用，比如颜料、油墨、润滑剂、乳化剂、品位控制剂、特殊涂料、封装材料等。 在化学领域，关于界面化学的应用，有一些典型的例子，比如 表面活性剂。表面活性剂是水溶性有机化合物，同时具有亲水性 和疏水性。它们在水中形成胶体，防止沉淀形成，并可以制备独 特的乳液、乳剂和胶体。在日用品、个人护理产品、药物、化妆品、染料和食品中使用表面活性剂。 重要的是要了解界面化学与胶体学之间的关系。颗粒或分子的 分散在很大程度上是由界面有序性引起的。界面化学可以研究任 何两个相邻相互作用的相的交界面，因此它与多个学科有关联， 这些关联也与胶体学的研究领域相关。 例如，溶剂中的小分子与其周围的离子与粒子之间的相互作用，就可以视为界面化学，这是由于液体与气体之间作用力的不同、 相互传递的影响而导致的。这样的交界面可以提供一个平台，用 于探索溶解力与键合力之间的关系以及影响它们相互作用的因素。 更具体的，打印技术中的外层成型工艺涉及研究一种称为突触 黏手（Synapse Goo）的胶体，这种胶体具有特定粘性，可以形成 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。 2.液膜分离 液膜分离是将第3种液体展成膜状以便隔开两个液相，利用液膜的选择透过性，使溶液中某些组分透过液膜进入接受液然后将三者各自分开从而实现物料组分的分离。根据构成和操作方式的不同可将液膜分为支撑液膜和乳化液膜两类。 关于超临界溶剂中的胶体与界面现象及其应用超临界流体具有很多特殊的物理化学性质，利用这些特殊的性能以及它作为单一的一相与液相或固相之间的作用可以在很多领域产生一系列意想不到的极佳效果。 在较宽的温度和压力范围内观察实际气体的PVT性质发现，除了实际气体的液化之外，还有一个与这一过程密切相关的状态——临界状态。随着分子间距离的变小（如等温压缩过程），分子间力将从吸引转为排斥，势能存在一个最小值。因为气体的液化是靠分子相互间的引力势能克服分子本身的热运动来实现的，由于上述势能存在一个最小值，必将导致气体液化存在一个最高温度，即一种纯气体的温度超过某一个值后，加压再无法克服分子的热运动而使气体液化，这一定值所对应的物质的状态即为临界状态。如图： 图1 CO2的P―T图 纯物质临界点具有三个特征： （1）临界点处液体与气相T，P相同。 （2）在气―液共存温度中，临界点温度最高。 （3）在气―液共存的压力中，临界点的压力最高。 同时，在临界状态下，物质气液两相必有相同密度（二元溶液临界点不同于纯组分，不做详细介绍）。 当超过临界点时，物质以超临界流体的状态存在，即在超临界状态下，随温度或压力的升降，流体的密度会发生变化，但此时的物质既不是气体也不是液体，而始终保持流体状态。如下表所示： 从上表给出的物理性质比较中可看出超临界流体的密度，扩散系数，黏度等恰好位于气体与液体之间。 物质在超临界状态下具有的特殊性质是它们超乎寻常的溶解力，它们的溶解能力是密度的函数，将超临界流体作为化学反应中的溶剂并利用化学平衡中的超临界效应，可以在一定范围内控制并调整反应的平衡常数，变换若干平行反应网络的选择性。 超临界流体还可以用于沉积金属界面膜，为光学，电子学以及材料科学等领域提供性能更加优越的功能材料，例如TiO2膜。与其他金属氧化物的沉积方法比较，在超临界流体中形成沉积膜的特点可以概括为： （1）高溶质浓度下，快的沉积速度。 （2）低的沉积温度和得到薄而均匀的沉积膜。 所以，使用超临界流体沉积金属界面膜与以往的办法相比有很大优势，例如使用TTIP （钛酸四丙脂）生产TiO2膜，若采用化学蒸汽沉积法（CVD 法，目前使用最多），沉积速度一般在0.01至几微米/小时之间，若利用超临界的CO 2与异丙醇混合物对溶质强烈的溶解力，使得TTIP 在这种超临界流体中基板表面浓度可达0.02mol 每平方厘米，该值比在CVD 法中约大1000―5000倍，当形成雾滴的直径在30mm 左右时，流体为均匀的单一相，此后，膜形成的速度非常快，当T 小于300摄氏度并在时间不足10分钟的条件下得到了由大小为200 至400纳米的粒子所构成的厚度为1到2微米的均匀锐钛矿结构的薄膜。由此可见，将超临界流体用于沉积膜有其他方法无法比拟的优点。 超临界流体还可以作为乳状液中的连续相，形成的微乳状液或反向胶束具有在普通介质中所不具备的特殊性质。选择乙烷（临界温度为32.4摄氏度）为超临界溶剂，研究发现，超临界流体中的反向胶束性质与普通溶剂中的有很大差别： （1）溶剂的密度和黏度都有所提高。 （2）同样的压力范围内，在超临界条件下的扩散系数增大的幅度大于在溶液条件下扩散系数增大的幅度。如表2：界面现象与胶体
胶体与界面化学
界面化学与胶体科学
物理化学界面现象教案中的界面胶束与胶体稳定性
胶体与界面化学
胶体与界面科学的应用与研究
物理化学十一、十二章问答题（界面现象和胶体）
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的界面现象与胶体性质
胶体与界面科学技术的研究与应用
胶体与界面化学的基本概念和应用
胶体与界面科学及其应用
造纸过程的胶体与界面化学
胶体与界面科学在制造业中的应用
胶体与界面物理与化学研究
胶体与界面化学的关系及应用探讨
有关界面现象与胶体分散应用的研究
关于超临界溶剂中的胶体与界面现象及其应用