专题讲解界面现象胶体化学

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1、实用标准 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

2、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

3、，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。边长l/cm立方体数表面积A/cm2比表面A0/cm-1线性大小与此相近的体系1166       ——10-11036×106×10       ——10-21066×1026×102   牛奶内的油滴精

4、彩文档实用标准10-31096×1036×103       ——10-4(=1μm)10126×1046×104       ——10-510156×1056×105   藤黄溶胶10-610186×1066×106   金溶胶10-7(=1nm)10216×1076×107   细分散的金溶胶                                                      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

5、’）。-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（interfacetension）或表面张力（surfacetension）。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、

6、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）精彩文档实用标准这里称为表（界）面张力。表面自由能的单位为J·m-²。由于 J=N·m，所以γ的单位可表示为N·m-1，N为牛顿，是力的单位，所以表面自由能也可以看作是垂直于单位长度相界面上的力，即表面张力。   下表是一些纯物质及液-液界面的张力。

7、液    体温 度T/Kγ/N·m-1液   体温 度T/Kγ/N·m-1 液体—蒸气界面水2930.07288   2980.072143030.07140 有机物质二甲亚砜2930.04354四氯化碳2980.02643二甲基苯胺2930.03656甲醇2930.02250硝基甲烷2930.03266乙醇2930.02239苯 2930.02888 3030.021553030.02756辛烷2930.02162甲苯2930.02852庚烷2930.02014氯仿2980.02667乙醚298

8、0.02014丙酸2930.02669全氟甲基环已烷2930.01570丁酸2930.02651全氟庚烷2930.01319 低沸点物质氦He10.000365氩Ar900.01186氢H2200.00201甲烷1100.01371  D2200.00354氧O2770.01648氮N2750.00941乙烷180.6 　                                                                      弯曲表面下的附加压力和