表面化学与胶体化学

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1、第十一章表面化学与胶体化学§1.引言一、几个概念表面化学：研究相界面上的物质的特性及规律。1.界面和表面(surfaceandinterface)界面：密切接触的两相间的过渡区，有几个分子层厚，约10-9—10-8m，五类界面：气(g)-液(l)，气(g)-固(s)，液(l)-固(s)，液(l1)-液(l2)，固(s1)-固(s2)液-液界面气-液界面气-固界面Ni液-固界面表面：相接触的两相中的一相为气相相界面称为表面(习惯)。如l-g，s-g。不管是界面还是表面，实质都是不同相之间的交界面，所以可统称为表面或界面。固-固界面2.界面(表面)现象由相界面上物质特性与行

2、为所导致的表观现象。如：露珠为球形微小液滴易蒸发水在毛细管中会自动上升3.比表面A0(specificsurfacearea)分散度——把物质分散成细小微粒的程度称为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：▲单位质量的物体所具有的表面积：A0=As/m单位(量纲)：面积·质量-1▲单位体积的物体所具有的表面积：A0=As/V单位(量纲)：长度-1式中，m和V分别为物体的质量和体积，As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。可见，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。把边长为1cm的

3、立方体(1cm3)分割成边长为10-9m的小立方体时，比表面增长情况：1cm3作为一个单体的表面积为6×10-4m2破碎后小立方体(1021个)的总表面积为6000m2即：把一定量的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。本章之前，我们只考虑体相性质，而忽略其表面的特性影响，因为体系的相界面的面积不大。但若体系的比表面积巨大时就不能忽略之，因为高度分散体系具有许多独特的表面效应、体积效应和量子效应等，并由此引起光学、热学、电学、磁学、力学、化学等性质的显著变化，如达到nm级的超细微粒，已成为新材料和多相催化方面的研究热点。二、表面化学和胶体化学的关系胶体：粒子粒径在

4、1nm—100nm间的高度分散的多相体系。胶体粒子的比表面积极大，表面效应极为显著。表面(界面)化学是以多相体系为研究对象，研究在相界面发生的各种物理化学过程的学科，所以胶体化学与表面化学关系十分密切。§2.表面热力学性质一、表面张力及其影响1.表面张力如图，体相内分子所受的力是对称的，可彼此抵销，但表面分子受力不对称。受到液相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小，其作用力不能相互抵销，所以表面分子受到被拉入体相的作用力(称为内压力)。液体蒸气f≠0f=0表面层粒子受力分析示意图内压力使表面有自动收缩到最小的趋势，即产生表面收缩力(可使液滴形成球状)，这种收缩力称为表面张

5、力(surfacetension)。两体相内分子间作用力相差(密度差)越大，表面张力也越大。总之，表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。表面张力使表面层显示出一些独特性质，如表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。例：记f=g(m1+m2)，金属丝移动到一定位置时，可以保持不再滑动δWf∝dAs=2ldxδWf=σdAs=fdxσ——表面张力m2lm1σf表面张力：垂直作用于单位长度相界面上，与表面平行(平面)或相切(曲面)的收缩力。力的方向：与液面相切，与单位线段垂直。力的类型：表面收缩力。力的单位量纲：N·m-1表面层分子受力不均匀→内压力→表面张力表面张力是体系

6、的一种强度性质，受到多种因素的影响。2.影响表面张力的因素★分子间相互作用力(物质本性)的影响对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。σ(金属键)>σ(离子键)>σ(极性共价键)>σ(非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。★温度的影响一般：温度升高，σ↓；教材P544式(11-3)，温度升高到临界温度Tc时，σ→0★与接触相的性质有关(见教材P543表11-2)对同一物质而言，其密度与接触相的密度差越大，其界面张力也越大。当接触相相同时：σ固体＞σ液体★压力的影响表面张力一般随压力的增加而下降。因

7、为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。★其它：分散度,运动情况等二、比表面吉布斯自由能和表面吉布斯自由能表面分子具有比内部分子高的能量！！例如，1g水以一球状液滴存在，表面积仅为4.85×10-4m2，表面能约为3.5×10-5J(微不足道)。将这1g水球滴分散成半径为10-7cm的小液滴，液滴数达到2.4×1020个，总表面积为3.0×103m2，表面能约为218J，是原有表面能的6.3×106倍，相当把这滴水温度提高50度所需