胶体化学第三章第一节.ppt

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。 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。 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。 §3.1 表面及表面张力 1.气-液界面 空气 气-液 界面 2. 气-固界面 气-固界面 3.液-液界面 液-液 界面 玻璃板 液-固界面 4.液-固界面 5.固-固界面 铁管 Cr镀层 固-固界面 界面现象的本质 对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。 表面层分子与内部分子相比所处的环境不同 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，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。 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。 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。 界面现象的本质 比表面（specific surface area） 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。即： 式中，m 和 V 分别为固体的质量和体积，As为其总表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法。 分散度与比表面 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。 例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3 ，逐渐分割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。 分散程度越高，比表面越大，表面能也越高 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。 表面张力（surface tension） 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。 液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。 由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。 从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这一现象： 如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。 这时 l 是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l， 就是作用于单位边界上的表面张力。 表面张力 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 g 或 ? 表示。 表面张力的单位是： 表面张力 影响表面张力的因素 表面张力是由净吸力引起的，所以凡能影响净吸力大小的因素皆影响表面张力。 1、物质的本性 物质的本性决定了表观张力的大小。极性分子(或内聚力大的)物质的表面张力比非极性分子(或内聚力小的)物质的大，如20℃时，水的γ高达72.75 mN·m-1，而正己烷仅为18.4 mN·m-1。不同类型液体的表面张力的大致范围见表2．1。 2、温度 温度升高，物质膨胀，分子间距增大，分子间吸引力下降的同时，气相的分子密度增加，因而使净吸力减小，所以表面张力降低。 表面张力 影响表面张力的因素 3、压力 压力对γ的影响原因比较复杂，综合效应是压力增大，界面张力下降，一般每增加10atm，表面张力约降低1mN·m-1。 4、相界面性质 通常所说的某种液体的表面张力，是指该液体与含有本身蒸气的空气相接触时的测定值。当与液相接触的另一相物质的性质改变时，表面张力也会发生变化。两个液相之间的界面张力，是两液体已相互饱和时两液体的表面张力之差，即?12＝ ?1一?2，?12是液—液界面张力．?1和?2分别为两个相互饱和的液体的表面张力。在液—液界面上，分