《表面与界面》PPT课件

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1、§4.1固体的表面§4.2界面行为§4.3晶界§4.4粘土—水系统胶体化学第四章表面与界面概述：晶体和玻璃体：假定任一个原子或离子都处在三维无限连续的空间中，周围对它作用完全相同。图4－1钠硅玻璃结构图4－2氯化钠结构实际上晶体和玻璃体：处于物体表面的质点，其环境和内部是不同的，表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶，所以导致材料呈现一系列特殊的性质。例如：石英的粉碎。1kg直径为10－2米变成10－9米，表面积和表面能增加107倍。物理性质：熔点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧结等（微小晶体蒸汽压增大、熔点下降、溶解度增加，表面上存在着吸附等

2、现象）化学性质：化学活性、催化、固相反应等（反应能力增强、存在表面化学反应等）定义：表面:一个相和它本身蒸汽或真空接触的分界面。界面:一相与另一相(结构不同)接触的分界面。§4.1固体的表面一、固体的表面二、固体表面的特征三、固体表面结构四、固体的表面能液—气界面固—气界面液—液界面液—固界面固—固界面习惯上把液—气界面、固—气界面称为液体表面和固体表面。通常，界面是一个薄层；在极大数的情况下，可以把界面视为一个二维的平面而忽略它的厚度。a图4－3液-液界面区b图4－4固-固界面区表面可以由一系列的物理化学数据来描述。（表面积、表面组成、表面张力

3、、表面自由能、熵、焓等）表面与界面的组成和结构对其性能有着重要的影响。一、固体的表面1.理想表面2.清洁表面（1）台阶表面（2）弛豫表面（3）重构表面3.吸附表面4.表面偏析5.表面力场1、理想表面没有杂质的单晶，作为零级近似可将清洁表面理想为一个理想表面。这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等，忽略了外界对表面的物理化学作用等。这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样(图4－5理想表面结构示意图)d图4－5理想

4、表面结构示意图2、清洁表面清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。（1）台阶表面台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成[112][111][110](001)周期图4－6有序原子台阶表面示意图（2）弛豫表面由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。d0图4—7弛豫表面示意图（3）重构表面重构是指表面原子层在水平方

5、向上的周期性不同于体内，但垂直方向的层间距则与体内相同。d0d0asa图4－8重构表面示意图3、吸附表面吸附表面有时也称界面。它是在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等。4、表面偏析不论表面进行多么严格的清洁处理，总有一些杂质由体内偏析到表面上来，从而使固体表面组成与体内不同，称为表面偏析。5、表面力场固体表面上的吸引作用，是固体的表面力场和被吸引质点的力场相互作用所产生的，这种相互作用力称为固体表面力。依性

6、质不同，表面力可分为：1）化学力2）分子引力（1）化学力：本质上是静电力当固体吸附剂利用表面质点的不饱和价键将吸附物吸附到表面之后，吸附剂可能把它的电子完全给予吸附物，使吸附物变成负离子（如吸附于大多数金属表面上的氧气）；或吸附物把其电子完全给予吸附剂，而变成吸附在固体表面上的正离子（如吸附在钨上的钠蒸气）。2）分子引力，也称范德华(vanderWalls)力，一般是指固体表面与被吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。主要来源于三种不同效应：1）定向作用2）诱导作用3）分散作用二、固体表面的特征1.固体表面的不均匀性，表现在：(1)绝大多数晶体

7、是各向异性(2)同一种物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性质。(3)晶格缺陷、空位或位错而造成表面不均匀。(4)在空气中暴露，表面被外来物质所污染，形成有序或无序排列，也引起表面不均匀。(5)固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸衡量，实际上也是凹凸不平的。三、固体表面结构1、晶体表面结构2、粉体表面结构3、玻璃表面结构4、固体表面的几何结构1.离子晶体表面:超细结构(微观质点排列)显微结构(表面几何状态)表面力的作用：液体:总是力图形成球形表面来降低系统的表面能。固体:使固体表面层与内部结构存在差异。离子晶体（ＭＸ）在表面张力的作用下，离子的极化

8、与重排过程如图所示。离子极化：离子在外电场的作用下所发生的变形。包括两个方面：极化力、极化率＋－未极化＋－已极化表面能减少图4－9离子晶