6. 1 界面现象及界面自由能
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物理化学(第二版)第六章 胶体和界面化学
比表面（specific surface area）与分散度
比表面－－通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法： 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 另一种是单位体积固体所具有的表面积。
S SV V
S SW W
式中，W 和V分别为固体的质量和体积，S为其表面 积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。 分散度－－把物质分散成细小微粒的程度称为分散 度。物质分割得越小，分散度越高，比表面也越大。
r
弯曲液体表面上的蒸汽压
液体(T , pl ) === 饱和蒸汽( T , pg )
Gm (l) Gm (g)
Gm (g) Gm (l) dpg dpl pg T pl T
Vm (l)dpl Vm (g)dpg RTd ln pg
弯曲液体表面的附加压力
p凸 p0 p
（3）在凹面上：
p凹 p0 p
附加压力与曲率半径的关系
（忽略重力的影响）反抗压力 pi 移动活塞液滴体积增加 dV，对液 体所做的功为 pidV ; 液滴克服 pe 的压力增大体积 dV 对环境做 功 pedV，同时表面积增大dA付出表面功 σdA 。
比表面与分散度
把边长为1cm的立方体逐渐分割成小立方体的情况： 边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9 立方体数 1 103 109 1015 1021 比表面S/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分 割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。 可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催 化方面的研究热点。
界面现象
第十章 界面现象 Interface Phenomena界面(相界面/界面相)：密切接触的两相之间的过渡区(约几个分子的厚度) 界面的类型：气—液、气—固、液—液、液—固、固—固表面 surface界面现象的原因：“表里不一”分散度：比表面 s A m V s a =表面积质量或体积多孔硅胶 300~700 ，活性炭 1000~2000 m 2 . g –1§10.1 表面吉布斯自由能和表面张力一、表面功、表面吉布斯自由能、表面张力液体都有自动缩小其表面积的趋势 γ dA s = δW ΄r = dG T,P 表面功,,B s T P n G A γ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ γ 称为比表面吉布斯自由能，单位：J . m –2 ，物理意义：定温定压定组成条件下，系统增加单位表面积时所增加的吉布斯自由能，也即单位面积表面层的分子比相同数量的内部分子所多出来的那部分能量。
如：20℃的纯水，γ = 0.07275 1g (10 –6 m 3) 球形水滴 半径 1 nm 的小水滴 半径 0.62 cm 1 nm 个数 1 2.39 × 1020 表面积 4.83 × 10 – 4 m 2 3.01 × 103 m 2 ΔG = γ ΔA s = 219 J (相当于使这1g 水升温52.4 K)系统比表面越大，能量越高，越不稳定。
粉尘爆炸极限：淀粉/硫磺7mg/L 空气，面粉/糖粉10，煤粉17。
δW΄r = γ dA s = γ .2l d x F δW ΄r = F d x 2F l γ==力总长γ 称为表面张力 surface tension ，单位：N . m –1 ，物理意义：垂直作用于单位长度相界面上的表面紧缩张力。
任意形状自由移动 张开成圆(面积最大) 单位面积的表面功、比表面吉布斯自由能、表面张力：数值、量纲相同，物理意义、单位不同。
二、热力学基本方程(考虑表面功)dU = T dS – p dV + ∑ μB d n B + γ d A sdH = T dS + V dp + ∑ μB d n B + γ d A sdA = – S dT – p dV + ∑ μB d n B + γ d A sdG = – S dT + V dp + ∑ μB d n B + γ d A s,,,,,,,,B B B B s s s s S V n S p n T V n T p n U H A G A A A A γ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭三、表面张力的影响因素相互接触的两相物质的性质、温度、压力等。
胶体及界面
胶体及界面化学部分概念辨析界面张力与界面自由能（一）二者物理意义完全不同。
虽然界面张力和界面自由能都是由于界面力场的不平衡所至，且都是描述系统的同一性质（描述的角度不同），但不能将二者视为同一物理量的两种称谓。
界面张力是“力”，是向量，界面自由能是“能”，是标量。
它们各自的定义也是分别按力的概念和能量的概念叙述的。
（二）二者量纲实质上相同。
界面张力和界面自由能的单位不同，但二者的单位N.m-1和J.m-2的量纲一致：[J.m-2]=[N.m.m-2]=[N.m-1]。
（三）二者数值完全相等。
证明如下：在一定温度、压力下，对一定量的液体，外界为扩展其表面所消耗的表面功与增加的表面积成正比：，定义比例系数为界面自由能。
（，）从另一角度看，测定长（如图）液膜的外力的结果说明，平衡时，外力F与液膜边界总长2l（液膜有两面）成正比，即，定义比例系数为界面张力（系数）。
外界所做的功等于外力乘液膜移动的距离，。
（2l d x 等于液膜两面增大的总面积d A）对比前式，可见界面自由能和界面张力的数值完全相等。
介稳状态介稳状态亦称亚稳态。
右图是关于介稳状态的一个通俗的力学例子。
图中左球处于稳定状态，给一扰动，球能自动恢复到原来的位置；中球处于不稳定状态，给一扰动，球立刻失去原来的位置；右球处于介稳状态，给一微扰，球能自动恢复到原来的位置，扰动稍大，球迅速失去原来的位置。
由表面现象引起的（相变过程中的）介稳状态有很多种。
（一）过饱和蒸汽。
指已超过系统温度下的饱和蒸汽压，应当凝结而未凝结的蒸汽。
其原因是，蒸汽开始凝结之初形成的微小液滴（新相）曲率极小，而弯曲液面上的蒸汽压与其曲率半径成反比（由Kelvin公式定量描述），即与微小液滴达平衡的蒸汽压（即饱和蒸汽压）比通常液体要大，蒸汽的压力对通常液体已达饱和状态时，对微小液滴却未达饱和状态，因而微小液滴不能生成，系统以过饱和蒸汽的形式存在，处于介稳状态。
从化学势或自由能的角度看，过饱和蒸汽的化学势（或自由能）大于通常情况下该液体的化学势（或自由能），应该有自发凝结的趋势，但由于其化学势（或自由能）小于微小液滴，故不能凝结。
界面现象
γ：使液体增加单位表面时 所需作的可逆功，称比表面功。
单位：J·m-2。
3、表面自由能
dU TdS PdV dA BdnB B
dH TdS VdP dA BdnB
B
dA SdT PdV dA BdnB B
dG SdT VdP dA BdnB
10.3 固体表面
固体表面的性质 物理吸附与化学吸附 等温吸附 吸附经验式—弗罗因德希公式 朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温 式 多分子层吸附理论—BET公式
1.固体表面的吸附现象
在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不 同的现象称为吸附。
产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。
,nB
( GA
)T ,P,nB
表面自由能(表面吉布斯函数)定义：
G ( A )T , p,nB
γ：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。 单位：J·m-2。
表面张力、表面功、表面吉布斯函数的异同点
1.相同点：它们的数值和量纲相同 2.不同点： （a）物理意义不同
（b）单位不同
4、界面张力的影响因素
物质的本性 分子间相互作用力越大， 越大 (金属) > (离子键) > (极性键) > (非极性键)
接触相 1 (水-汞) = 415 mN·m-1； (水-苯) = 35 mN·m-
温度 一般随温度升高而减小。极限情况：
T→Tc时， →0 。
主要原因:因为微小晶体的饱和蒸气压恒大于普通晶体的饱和蒸气压。
O´C：平面液体的饱和
蒸气压曲线
AO：普通晶体的饱和蒸 气压曲线
A´O´：微小晶体的饱和
单位：J·m-2。
3、表面自由能
dU TdS PdV dA BdnB B
dH TdS VdP dA BdnB
B
dA SdT PdV dA BdnB B
dG SdT VdP dA BdnB
10.3 固体表面
固体表面的性质 物理吸附与化学吸附 等温吸附 吸附经验式—弗罗因德希公式 朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温 式 多分子层吸附理论—BET公式
1.固体表面的吸附现象
在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不 同的现象称为吸附。
产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。
,nB
( GA
)T ,P,nB
表面自由能(表面吉布斯函数)定义：
G ( A )T , p,nB
γ：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。 单位：J·m-2。
表面张力、表面功、表面吉布斯函数的异同点
1.相同点：它们的数值和量纲相同 2.不同点： （a）物理意义不同
（b）单位不同
4、界面张力的影响因素
物质的本性 分子间相互作用力越大， 越大 (金属) > (离子键) > (极性键) > (非极性键)
接触相 1 (水-汞) = 415 mN·m-1； (水-苯) = 35 mN·m-
温度 一般随温度升高而减小。极限情况：
T→Tc时， →0 。
主要原因:因为微小晶体的饱和蒸气压恒大于普通晶体的饱和蒸气压。
O´C：平面液体的饱和
蒸气压曲线
AO：普通晶体的饱和蒸 气压曲线
A´O´：微小晶体的饱和
界面现象
2
而处在表面上的 分子则不同，一方面 受到体相分子的作用， 另一方面又受到性质 不同的另一相中物质 分子的作用，使得表 面层分子受到不对称 的作用力。
3
如将内部分子移至 表面，必须对所移动的 分子施加外力、做功， 表面层的分子受到指向 物体内部并垂直于表面 的作用力(合力)，使物 体表面有自动缩小的趋 势，表面能量较物体内 部大。因而产生各种表 面现象。
48
弗罗因德利希(Freundlich)方程适用范围： 中等压力范围内气体在固体表面上的吸附。 弗罗因德利希(Freundlich)方程如应用于 溶液中溶质的吸附，则其形式为：
物理吸附
吸附类型 化学吸附
40
物理吸附
吸附力 吸附热 选择性
分子间力(范德华力)
较小，近于液体热 ，约为 几百-几千焦耳每摩尔 无选择性 不稳定，易解吸
吸附稳定性 分子层
吸附速率
单分子层或多分子层
较快，不受温度影响，故 一般不需要活化能。
41
化学吸附
吸附力 吸附热 选择性
化学鍵力
较大，近于化学反应热 ， 一般大于几万焦耳每摩尔 有选择性 稳定，不易解吸
(1) 液面为水平面时， r，pr = p。 液面为凸面(液滴)时， r > 0， pr > p 。 液面为凹面时(如液体内气泡)， r < 0， p r < p 。 (2) 液滴越小，其饱和蒸气压越大。 (3) 应用，如毛细管凝结现象、人工降雨、 过冷、过热、暴沸等现象。
29
毛细管凝结现象：水在玻璃 毛细管内形成凹面， r < 0， pr < p 。对平面未饱和的蒸气，在毛 细管内可能已达饱和或过饱和， 导致蒸气在毛细管内凝结。如硅 胶吸水等。 人工降雨：AgI等微小粒子作成核中心。
而处在表面上的 分子则不同，一方面 受到体相分子的作用， 另一方面又受到性质 不同的另一相中物质 分子的作用，使得表 面层分子受到不对称 的作用力。
3
如将内部分子移至 表面，必须对所移动的 分子施加外力、做功， 表面层的分子受到指向 物体内部并垂直于表面 的作用力(合力)，使物 体表面有自动缩小的趋 势，表面能量较物体内 部大。因而产生各种表 面现象。
48
弗罗因德利希(Freundlich)方程适用范围： 中等压力范围内气体在固体表面上的吸附。 弗罗因德利希(Freundlich)方程如应用于 溶液中溶质的吸附，则其形式为：
物理吸附
吸附类型 化学吸附
40
物理吸附
吸附力 吸附热 选择性
分子间力(范德华力)
较小，近于液体热 ，约为 几百-几千焦耳每摩尔 无选择性 不稳定，易解吸
吸附稳定性 分子层
吸附速率
单分子层或多分子层
较快，不受温度影响，故 一般不需要活化能。
41
化学吸附
吸附力 吸附热 选择性
化学鍵力
较大，近于化学反应热 ， 一般大于几万焦耳每摩尔 有选择性 稳定，不易解吸
(1) 液面为水平面时， r，pr = p。 液面为凸面(液滴)时， r > 0， pr > p 。 液面为凹面时(如液体内气泡)， r < 0， p r < p 。 (2) 液滴越小，其饱和蒸气压越大。 (3) 应用，如毛细管凝结现象、人工降雨、 过冷、过热、暴沸等现象。
29
毛细管凝结现象：水在玻璃 毛细管内形成凹面， r < 0， pr < p 。对平面未饱和的蒸气，在毛 细管内可能已达饱和或过饱和， 导致蒸气在毛细管内凝结。如硅 胶吸水等。 人工降雨：AgI等微小粒子作成核中心。
固体表面与界面行为
第2晶界构型车小节不讲
2、晶界构型 晶界形状也由表面张力相互关系决定 多晶体结构，多晶体晶界形状 （1）固-固-固相 晶界交汇处均为固相，此时
多晶体面中，每一个晶界相交角度均为120°所有晶体断面的有 规律六角形状，晶界以120°相等，能量D趋于最稳定系统的总 界面能最小，且晶应当是平直的。
（2）固-固-气相 （3）固-固-液相
由此式得，曲面附加压力引饱和蒸气压变化曲面半径越小引起 蒸汽变化与愈大。
6-6 润湿分相分布
1、润湿 表面与界面之间形成液-固-气，固-固-液，固-固-气三种体
系，其中转为重要的是液-固-气系统 润湿：液体与固体接触，使固体表面能下降的现象。 润滑角θ ：液体表面张力γLV与固—液界面张力γSL之间夹角。 γSV，γSL，γLV，分别为液-固-气、固-液，固-气之界面张力
晶界应力与热彭胀系数Δ α 温度变化原底d成正比，如热膨胀为各向同性即Δα =0,τ =0。 如产生应力则晶粒越大，应力愈大强度越差，搞热冲击性也差。
6-6弯曲表面
1、弯曲表面附加压力 表面张力的存在造成弯曲表面上产生附加压力
如右图一根毛细管向其中吹气在管端形成一半径为气泡压力 增大，气泡体积增大相应表面积增加，阻碍其体积增加的阻力 为由于扩大表面积所需总表面能为克服此表面张力环境做功为
γAγB ：A、B两界面的表面能 γAB ：AB之间的表面能
粘附功：剥开单位粘附面积所需作功，粘附功W大则VAB小，
两者结合粘附牢固 相似表面易于粘附，一般金属排登陆艇它们之间的吸附层且
具足够的塑性变形可出现率固粘附即为冷焊。
4、实际表面结构 硅酸盐表面由于吸附都带有硅酸基团，吸附水而成水膜。
6-5 晶界
T↑表面能V0↓介质不同，表面能数值不同
2、晶界构型 晶界形状也由表面张力相互关系决定 多晶体结构，多晶体晶界形状 （1）固-固-固相 晶界交汇处均为固相，此时
多晶体面中，每一个晶界相交角度均为120°所有晶体断面的有 规律六角形状，晶界以120°相等，能量D趋于最稳定系统的总 界面能最小，且晶应当是平直的。
（2）固-固-气相 （3）固-固-液相
由此式得，曲面附加压力引饱和蒸气压变化曲面半径越小引起 蒸汽变化与愈大。
6-6 润湿分相分布
1、润湿 表面与界面之间形成液-固-气，固-固-液，固-固-气三种体
系，其中转为重要的是液-固-气系统 润湿：液体与固体接触，使固体表面能下降的现象。 润滑角θ ：液体表面张力γLV与固—液界面张力γSL之间夹角。 γSV，γSL，γLV，分别为液-固-气、固-液，固-气之界面张力
晶界应力与热彭胀系数Δ α 温度变化原底d成正比，如热膨胀为各向同性即Δα =0,τ =0。 如产生应力则晶粒越大，应力愈大强度越差，搞热冲击性也差。
6-6弯曲表面
1、弯曲表面附加压力 表面张力的存在造成弯曲表面上产生附加压力
如右图一根毛细管向其中吹气在管端形成一半径为气泡压力 增大，气泡体积增大相应表面积增加，阻碍其体积增加的阻力 为由于扩大表面积所需总表面能为克服此表面张力环境做功为
γAγB ：A、B两界面的表面能 γAB ：AB之间的表面能
粘附功：剥开单位粘附面积所需作功，粘附功W大则VAB小，
两者结合粘附牢固 相似表面易于粘附，一般金属排登陆艇它们之间的吸附层且
具足够的塑性变形可出现率固粘附即为冷焊。
4、实际表面结构 硅酸盐表面由于吸附都带有硅酸基团，吸附水而成水膜。
6-5 晶界
T↑表面能V0↓介质不同，表面能数值不同
材料的表面与界面第一章 表面与界面的基础知识
p2 /r 式中的是液体或水的表面张力，r是气泡的半径。
r/nm p/Pa
1
2
10
1000
1440×105 720×105 144×105 1.44×105
对于主曲率半径为R1和R2的任一曲面，可以得到Laplace公式的普遍形式：
p
1 1
R 1 R 2
（1）当p指弯曲液面的内外压力差： p=p内-p外， p内通常指曲 率半径为正值一侧压力，如气泡内的压力；曲率半径的正负号要 取正确。
（2）过程自由能变化 沽湿：若恒温恒压下形成单位界面，自由能变化为 -GA= sg + lg - sl = WA WA称为黏附功，是将单位面积固液界液体分子间）作用力的大小。
WA>0,则-GA <0，沽湿过程自发进行。
铺展：液体自发在固体表面展开成一薄层。 形成单位界面时的自由能改变：
气体和气体之间总是均相体系，因此不存在表面与界面。
固—气，液—气之间的过渡区域叫做表面； 固—液，液—液．固—固的过渡区域称为界面。
实际上两相之间并不存在截然的分界面。相与相之间是个逐步过渡的区域， 表面与界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度的变化。因此， 表面与界面不是几何学上的平面，而是一个结构复杂，厚度约为几个分 子长度的准三维区域，因此常把界面区域当作一个相或层来处理，称作 界面相或界面层。
二、液体表面张力的影响因素
1. 物质的本质 液体表面张力是指将液体分子从体相中拉到表面上所做功的大小，因此
它与液体分子之间的相互作用力的性质与大小有关。相互作用强烈， 不易脱离体相，表面张力就大。如水分子间有氢键作用，并可形成结 构，因此水是常见液体中表面张力最大的。
一般情况下： （1）液态金属的表面张力大是由于金属键的强度大，使其相对移动困难，
r/nm p/Pa
1
2
10
1000
1440×105 720×105 144×105 1.44×105
对于主曲率半径为R1和R2的任一曲面，可以得到Laplace公式的普遍形式：
p
1 1
R 1 R 2
（1）当p指弯曲液面的内外压力差： p=p内-p外， p内通常指曲 率半径为正值一侧压力，如气泡内的压力；曲率半径的正负号要 取正确。
（2）过程自由能变化 沽湿：若恒温恒压下形成单位界面，自由能变化为 -GA= sg + lg - sl = WA WA称为黏附功，是将单位面积固液界液体分子间）作用力的大小。
WA>0,则-GA <0，沽湿过程自发进行。
铺展：液体自发在固体表面展开成一薄层。 形成单位界面时的自由能改变：
气体和气体之间总是均相体系，因此不存在表面与界面。
固—气，液—气之间的过渡区域叫做表面； 固—液，液—液．固—固的过渡区域称为界面。
实际上两相之间并不存在截然的分界面。相与相之间是个逐步过渡的区域， 表面与界面区的结构、能量、组成等都呈现连续的梯度的变化。因此， 表面与界面不是几何学上的平面，而是一个结构复杂，厚度约为几个分 子长度的准三维区域，因此常把界面区域当作一个相或层来处理，称作 界面相或界面层。
二、液体表面张力的影响因素
1. 物质的本质 液体表面张力是指将液体分子从体相中拉到表面上所做功的大小，因此
它与液体分子之间的相互作用力的性质与大小有关。相互作用强烈， 不易脱离体相，表面张力就大。如水分子间有氢键作用，并可形成结 构，因此水是常见液体中表面张力最大的。
一般情况下： （1）液态金属的表面张力大是由于金属键的强度大，使其相对移动困难，
现代化学基础15_界面和胶体_1
又如：在金属线框中间系一线圈，一起 浸入肥皂液中,然后取出,上面形成一液膜。
(a)
由于以线圈为边界的两边表面张力大小 相等方向相反，所以线圈成任意形状可在 液膜上移动，见(a)图。
如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张
力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一 (b)
个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张 力的存在。
气固
液固
> 90°固体不为液体所润湿，固体称为憎液固体
2019/11/13
第十五章 界面现象和胶体溶液
17
B. 弯曲液面的附加压力和毛细现象
1. 弯曲液面的附加压力 实验
2019/11/13
在平液面上
对一小面积AB，沿AB的
四周每点的两边都存在表面张 力，大小相等，方向相反，所 以没有附加压力
一、表面自由能和表面张力
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H，g这种界液面-通固常界称面为表面。H2O
表面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Cr界镀面称为液体或固体的表面。
层 常见的界面有铁玻：管璃气板-液界面，气-固界面，液-液界面，
表面自由能与表面张力
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如 果要把分子从内部移到界面，或增加表面积，就必须克 服系统内部分子间作用力，对系统作功。
dG=-SdT +Vdp+ dA+ BdnB B
T，P及组成恒定时，可逆使表面积增加dA所作的表
面功为：
/
δWr
dG= dA
2019/11/13
5、溶胶系统特性
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盘 古 开 天 地
2
第六章 胶体及界面化学 远古的传说 盘 古 开 天 地
3
第六章 胶体及界面化学
电 镜
4
第六章 胶体及界面化学 §6.1 界面现象及界面自由能 §6.2 溶液的界（表）面吸附 §6.3 固体表面吸附 §6.4 胶体性质和结构 §6.5 大分子化合物性质与大分子溶液
§6.1 界面(interface)现象及界面自由能
3、对界面自由能的影响因素
液体、 （1）界面组成 ——液体、固体表面张力的大小与分子间相互 ） 作用力的强弱程度有关， 作用力的强弱程度有关，例如 σ （Fe , s , 1673K）= 2.15 N·m-1 ） σ （NaCl , s , 298K）= 0.227 N·m-1 ） σ （H2O , l , 293K）= 0.07275 N·m-1 ） σ （C6H14 , l , 293K）= 0.0184 N·m-1 ） （金属键） 金属键） 离子键） （离子键） （极性分子） 极性分子） 非极性分子） （非极性分子）
由上面两式可得
∂G σ = ( )T, p,n ∂A
式中σ称为界（ 自由能, 面能。 式中 称为界（表）面Gibbs自由能 简称界（表）面能。 称为界 自由能 简称界（ 它是在温度,压力和组成一定时增加单位界 压力和组成一定时增加单位界（ 它是在温度 压力和组成一定时增加单位界（表）面时所 引起系统Gibbs自由能的变化 其单位为 J·m-2。 自由能的变化,其单位为 引起系统 自由能的变化
一、简介
1、表面和界面 2、界面现象的本质 3、比表面与分散度
1、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， 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 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 表面。 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， 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。 液体或固体的表面。 常见的界面有： 液界面 液界面， 固界面 固界面， 液 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面， 固界面 固界面， 固界面 固界面。 界面，液-固界面，固-固界面。
如果在金属线框中间系一 线圈，一起浸入肥皂液中， 线圈，一起浸入肥皂液中，然 后取出，上面形成一液膜。 后取出，上面形成一液膜。
(b)
线两边表面张力大小相等， 线两边表面张力大小相等，所以线 圈成任意形状可在液膜上移动。 圈成任意形状可在液膜上移动。
(a)
刺破线圈中央的液膜， 刺破线圈中央的液膜，线圈 绷成一个圆形， 绷成一个圆形，清楚的显示 出表面张力的存在。 出表面张力的存在。
第六章 胶体及界面化学 远古的传说
地 数 极 深 ， 盘 古 极 长 。 万 八 千 岁 ， 天 数 极 高 ， 盘 古 日 长 一 丈 ， 如 此 一 丈 ， 地 日 厚 一 丈 ， 天 ， 圣 于 地 。 天 日 高 中 ， 一 日 九 变 ； 神 于 阴 浊 为 地 ， 盘 古 在 其 天 地 开 辟 ， 阳 清 为 天 ， 古 生 其 中 ， 万 八 千 岁 ， 天 地 混 沌 如 鸡 子 ， 盘
2、界（表）面张力
水上飘的蜥蜴
界面能或界面张力
一种物质的界（表）面能与界（表）面张力数值 完全一样,但物理意义有所不同,所用单位也不同。 面张力是强度性质,其值与物质的种类 其值与物质的种类,共存 界（表）面张力是强度性质 其值与物质的种类 共存 另一相的性质以及温度等因素有关。 另一相的性质以及温度等因素有关。 对于纯液体来说,若不特别指明共存的另一相是指定 对于纯液体来说 若不特别指明共存的另一相是指定 它的饱和蒸汽或被其饱和的空气。 它的饱和蒸汽或被其饱和的空气。 20℃时一些液体的表面张力σ /(N·m-1) ℃时一些液体的表面张力 水 硝基苯 二硫化碳 苯 甲苯 0.0728 0.0418 0.0335 0.0289 0.0284 四氯化碳 丙酮 甲醇 乙醇 乙醚 0.0269 0.0237 0.0226 0.0223 0.0169
从表上可以看出，当将边长为10 的立方体分 从表上可以看出，当将边长为 -2m的立方体分 的小立方体时， 割成10 的小立方体时 比表面增长了一千万倍。 割成 -9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 可见达到 级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许 级的超细微粒具有巨大的比表面积 多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。 多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。
1、表面和界面
常见的界面有 1.气-液界面 气 液界面 2.气-固界面 气 固界面
1、表面和界面
常见的界面有 3.液-液界面 液 液界面 4.液-固界面 液 固界面
5.固-固界面 固 固界面
2、界面现象的本质
由于两相物理状态的不同， 由于两相物理状态的不同，界面上的分子和体相中的分子 所处的环境不一样 性质也不同， 环境不一样， 所处的环境不一样，性质也不同，所以界面层具有某些特殊性 质。 表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。 表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的， 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的， 对称的 各个方向的力彼此抵销； 各个方向的力彼此抵销； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分 但是处在界面层的分子， 子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作 子的作用， 作用力未必能相互抵销，因此， 用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些 独特的性质。 独特的性质。 对于单组分体系， 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， 密度不同； 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。 成与任一相的组成均不相同。
的表示方法： 的表示方法： 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 另一种是单位体积固体所具有的表面积。 另一种是单位体积固体所具有的表面积。
S SW = W
S SV = V
式中， 分别为固体的质量和体积， 为其表面积 为其表面积。 式中，W 和V分别为固体的质量和体积，S为其表面积。 分别为固体的质量和体积 目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。 法和色谱法。 目前常用的测定表面积的方法有 法和色谱法
3、对界面自由能的影响因素
升高温度时，一般液体的表面张力都会降低。 （2）温度——升高温度时，一般液体的表面张力都会降低。 ） 因为温度升高时液体分子间引力减小，而作为界面 因为温度升高时液体分子间引力减小， 另一相的该液体的饱和蒸气密度增大，两相的差异缩小， 另一相的该液体的饱和蒸气密度增大，两相的差异缩小， 所以表面张力降低。由此推知， 所以表面张力降低。由此推知，温度升到该液体的临界温 度时，表面张力将变为零（界面消失）。 度时，表面张力将变为零（界面消失）。 考虑压力对表面自由能的影响, （3）压力——考虑压力对表面自由能的影响,在温度与表面面 ） 积保持不变的情况下，增加压力会使表面张力增大。 积保持不变的情况下，增加压力会使表面张力增大。 但实际上增大压力必须引入另一组分的气体， 但实际上增大压力必须引入另一组分的气体，这种 气体的性质将明显影响到液体的表面张力。 气体的性质将明显影响到液体的表面张力。 大多数情况下随压力的增加，气体密度加大、 大多数情况下随压力的增加，气体密度加大、液相 中溶解气体增多等因素都会导致表面张力下降 表面张力下降。 中溶解气体增多等因素都会导致表面张力下降。
n= 1 3 ×1 = = 2.387 × 10 20 3 −7 (4π r ) / 3 4 × 3.1416 × 10
表面自由能= 4πr2nσ = (4×3.1416×10-18)(2.387×1020)(0.07197 ) = 215(J ) 两者表面自由能差值约为215 J。
2、表面张力（surface tension）
例6-1 P238
在25℃时，当1g水成一个小球和分散成半径为10－7cm 的小水滴时，求其表面自由能的差值。已知25℃时水的比 表面能σ＝0.07197 J·m-2。 解：若1g水的体积为1cm3，设水滴为球形，由4/3πr3 =1cm3 可求 得水滴的半径 r = 0.62cm 表面自由能= 4πr2σ= (4.83×10-4) (0.07197) = 3.476×10-5 ( J ) 将1g水分成半径为10-7 cm的小水滴时，小水滴的个数为：
第六章 胶体及界面化学 远古的传说
神创造天地
渊面黑暗；神的灵运行在水面上。 地是空虚混沌，渊面黑暗；神的灵运行在水面上。 第一日，造光 第一日， 第二日， 第二日，造出空气 第三日， 第三日，造植物 第四日，造光体， 第四日，造光体，造众星 第五日，造大鱼、 第五日，造大鱼、水中的动物和飞鸟 第六日，造地上的动物和人。 第六日，造地上的动物和人。 第七日， 第七日，神安息了
界面化学是研究任何两相之间界面上发生物理化学变 化过程的科学。如果所研究的系统， 面积不大， 化过程的科学。如果所研究的系统，界（表）面积不大， 界（表）面层上的分子数目比起体相中的分子数目相对很 它们对系统性质的影响可以忽略。 少，它们对系统性质的影响可以忽略。 一、简介 二、界面自由能 三、弯曲液体表面的附加压力 四、弯曲液体表面上的蒸气压 五、润湿作用
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势， 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。 些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。
3、比表面与分散度
比表面——通常用来表示物质分散的程度，有两种常用 通常用来表示物质分散的程度， 比表面