第一章
1.将分散相粒子的粒径在1~100 nm之间的系统称为胶体。（1）分散相粒子的半径在1~100nm之间的系统，
（2）胶体一般目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。
（3）不少教材认为胶体的范围是1~1000nm 之间。
总之，胶体不是胶，是一个混合物，胶体这个名称是被
沿用下来的。胶体是一个具有巨大相界面的分散体系
2.影响胶体性质的重要因素:
(1)质点大小（2）质点形状和柔顺性（3）表面性质（包括电学性质）（4）质点－质点之间的相互作用（5）质点－溶剂之间的相互作用。
3.胶体体系分类:
（1）溶胶（胶体分散体系）
表面自由能很高，在热力学上是不稳定的，也是不可逆的，
其组成相一旦发生分离，就不易再恢复原状。
（2）高分子溶液（高分子物质的真溶液－天然的或合成的）
在热力学上是稳定的和可逆的，溶质从溶剂中分离后容易恢
复原状。
（3）缔合胶体
有时称为胶体电解质，在热力学上是稳定的
4.分散体系：一种或多种物质以一定的分散度分散在另一种物
质中所形成的体系。
分散相(disperse phase):被分散的物质，以颗粒分散状态存在
的不连续相,相当于溶液中的溶质;
分散介质（disperse medium）:有分散相在其中的均匀介质，
或称连续相，相当于溶液中的溶剂。
当体系中的质点足够大（1nm~100nm），它与分散介质
之间有明确的界面存在时，称为胶体分散体系
5,分散体系通常有三种分类方法：
按分散相粒子的大小分类：分子分散体系胶体分散体系粗分散体系按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶固溶胶气溶胶
按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶亲液溶胶
液溶胶（sol）：分散介质为液体，如介质为水则称为水溶胶
固溶胶（solid sol）：分散介质为固体
气溶胶（aerosol）：分散介质为气体
憎液溶胶: 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。
一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，
如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。
憎液溶胶的特性：特有的分散程度多相不均匀性热力学不稳定性
亲液溶胶:半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，
一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成
溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。
6. 界面是两相接触的交界部分具有一定厚度（约有几个分子的厚度）的过渡区。
与界面相邻的两个均匀相称为本体相，其中任何一相的变化都会影响到界面的性质。
表面：液体－气体固体－气体
界面: 液体－液体液体－固体固体－固体
7. 质点的不对称性在决定胶体体系的各种性质上均非常重要。
胶体质点按其形状可分为球型、片状和线性等
线形高聚合物分子由于环绕碳－碳键和其他键的旋转而显示出一定程度的柔顺性。8. 溶剂化作用:
胶体质点一般是溶剂化的，其厚度常约为1个分子层左右，这种与质点紧密相连的溶剂应该当作质点的一部分来看待。
在一定条件下，高分子溶质或胶体粒子相互连接，形成空间网状结构，而溶剂小分子充满在网架的空隙中，成为失去流动性的半固体体系，称为凝胶。
9. 溶胶的制备
1）分散法 1.研磨法 2.超声波分散法 3.电弧法 4.胶溶法
2）凝聚法 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法
溶胶的净化1）渗析法2）超过滤法
10. 成核与生长
在沉淀过程中，新相的生成包括两个阶段：
（1）成核（结晶中心的形成）
（2）生长（晶体的长大）
这两种过程的相对速度决定了所形成质点的大小，当
成核的速度高而晶体生长的速度低时，就可以获得高度的
分散体系。
开始成核的速度决定于发生相分离前所能达到的过饱和
程度。当所用的物质溶解度很低时，溶胶就最容易制得
2. 质点生长的速度主要取决于下列因素：
（1）所能得到的物质质量。
（2）介质它控制物质向质点表面扩散的速度。
（3）物质的正确取向及与质点晶格相对应的难易程度。
（4）抑制晶体生长的杂质在质点表面上的吸附情况。
（5）质点与质点的聚结作用。
单分散溶胶：指人们可以制取指定的胶体尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。
制备条件：晶核的形成必须限制在刚形成溶胶时的相对短的时间内。这种情况有时可利用在过饱和溶液中撒播晶种得到，也可以在一个快速爆发均匀成核的条件下获得。
制备方法：1）金属盐水溶液高温水解法；（2）金属络合物高温水解法；
（3）微乳液法；（4）溶胶－凝胶转变法
11.高分子的定义：把相对分子量大于10000的物质称为高分子或大分子
高分子的分类：天然高分子合成高分子
聚合作用有两种不同类型
（1）加聚聚合
加聚作用并不使化学成分发生改变，通常只靠一种链锁机构来进行。
（2）缩聚聚合
缩聚作用是一种官能团之间的化学反应，在这种反应中伴有某种小分子消失，经常为水的消失。
12. 1.乳液聚合定义
单体在乳化剂作用和机械搅拌下，使单体在水中分散成乳状液，由水溶性引发剂引发而进行的聚合反应
2.乳液聚合的机理
在整个乳化体系中，单体分配于三个不同的相中：
（1）作为一种稳定的乳状液的液珠；
（2）少量溶于水相；
（3）加溶于胶团之中。
胶团环境对于聚合反应的引发似乎最为有利。
乳液聚合的优缺点：
优点：
（1）聚合热易扩散,聚合反应温度易控制；（2）聚合体系即使在反应后期粘度也很低，因而也适于制备高粘性的聚合物；（3）能获得高分子量的聚合产物（4）可直接以乳液形式使用。缺点：
需破乳,工艺较难控制。
在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。
•溶胶的净化: 将溶胶制备过程中引入或产生的过量电解质或其它杂质除去, 以提高溶胶的稳定性和纯度。
•净化的方法主要有渗析法和超过滤法。
简单渗析：将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。
是净化溶胶的最常用方法。利用胶粒不能透过半透膜的特点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。
利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。
为加快渗析作用，可加以搅拌，加大渗透面积，适当提高温度或加外电场。
第七章
定义：双电层是由带电表面（表面层）和极性介质中的过剩反离子组成。
在固－液界面处，固体表面上与其附近的液体内通常会分
别带有电性相反、电荷量相同的两层电子——双电层。
过剩反离子：是指中和同离子后多余的反离子。以弥散状态分布于介质之中。
形成：在极性介质中，表面电荷影响它附近的离子分布。带相反电荷的离子（反离子）被表面吸引，带相同电荷的离子（同离子）则受排斥而离开表面，这种运动再加上热运动，就形成了双电层。
界面带电的原因:1、电离: 对于可能发生电离的物质而言，则表面带电主要是其本身发生电离引起的。如：硅胶粒子为SiO2的多分子聚集体，表面上的SiO2 生成H2SiO3，H2SiO3是弱酸，部分电离出SiO32-离子;
2、离子吸附; 有些物质如石墨、纤维等在水中不能离解，但可以从水中或水溶胶中吸附H+ 、OH-或其他离子，从而使粒子表面带电。许多溶胶的电荷常属于此类。溶胶粒子（胶核）是多分子聚集体，与介质之间有巨大界面，表面能很大，能选择吸附作为稳定剂的离子到界面上来。
胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。
法扬司(Fajans)规则：优先吸附与溶胶粒子有相同元素的离子
实验表明：凡是与溶胶粒子中某一组成相同的离子则优先被吸附。在没有与溶胶粒子组成相同的离子的存在时，则胶粒一般先吸附水化能力较弱的阴离子，而使水化能力较强的阳离子留在溶液中，所以通常带负电荷的胶粒居多
3、离子的溶解量不均衡: 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，扩散速度快，比I- 容易脱离固体表面而进入溶液，使AgI胶粒带负电
4、晶格取代：黏土粒子中，晶格中Al3+ 被Ca2+，Mg2+ 取代后，从而使黏土晶格带负电。为维持电中性，黏土表面必然要吸附某些正离子，这些正离子又因水化而离开表面，并形成双电层。晶格取代是造成黏土颗粒带电的主要原因
双电层：当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。
平板型模型扩散双电层模型Stern模型
平板型模型(1879年亥姆霍兹提出): 正负离子整齐地排列于界面层的两侧, 电荷分布情况就如同平行板电容器, 两层间的距离很小, 与离子半径相当。
扩散双电层模型(1910年古依和1913年查普曼提出):溶液中的反离子应呈扩散状态分布在溶液中, 而不是整齐地排列在一个平面上。双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为AB面
由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑移的切动面（滑动面）由比Stern层略右的曲线表示。
从固体表面到Stern平面，电位从ϕ0直线下降为ϕδ。ϕδ为斯特恩面上的电势，称为斯特恩电势。
切动面至溶液本体间的电势差称为ζ电势。
等电点: 当电解质浓度增大时, 介质中反离子的浓度加大而更多地进入滑动面内, 使扩散层变薄, ζ电势在数值上变小. 当电解质的浓度足够大时, 可使ζ电势为零. 此时的状态称为等电点. 处于等电点的粒子是不带电的, 电泳, 电渗的速度也必然为零, 溶胶非常易于聚沉. ζ电势只有在固液两相发生相对移动时才能呈现出来. ζ电势的大小反映了胶粒带电的程度, 其值越高表明胶粒带电越多, 扩散层越厚
带电的固体或胶粒在移动时，移动的切动面与液体本体之间的电位差称为电动电势。
在扩散双电层模型中，切动面AB与溶液本体之间的电位差为ε电势；
在Stern模型中，带有溶剂化层的滑移界面与溶液之间的电位差称为ε电势。
ε电位总是比热力学电位低，外加电解质会使ε电
位变小甚至改变符号。只有在质点移动时才显示出ε电位，所以又称电动电势。
电动现象：由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。
胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，则产生流动电势。这是因动而产生电。
以上四种现象都称为电动现象。
电泳: (electrophonesis) :在外电场作用下, 胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。电泳现象表明胶体粒子是带电的。
电渗(electro-osmosis): 在多孔膜(或毛细管)的两端施加一定电压, 液体(分散介质)将通过多孔膜而定向移动的现象(即固相不动而液相移动)。
外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。
电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。
流动电势: 含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下, 迫使液体通过多孔隔膜(或毛细管)定向流动, 多孔隔膜两端所产生的电势差。这种因流动而产生的电势称为流动电势。它是电渗的逆现象。
沉降电势: 在重力场或离心力场的作用下，带电的分散相粒子在分散介质中迅速沉降时, 使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生的电势差。它是电泳的逆现象。
电动现象
四种电动现象的相互关系
电泳电渗
沉降电势
流动电势固相运动，液相不动
液相运动，固相不动
相对运
动产生
电势差
外加电场
引起相对
运动
第八章
因为胶粒的大小常在1～100nm之间，故每一胶粒必然是由许多分子或原子聚集而成的。
胶核（colloidal nucleus ）：由分子、原子或离子形成的难溶的质点，它是胶体颗粒的核心。
胶粒（colloidal particle ）：滑动面所包围的带电体, 包括胶核及其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。
胶团（micelle ）：整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括胶粒和扩散层中的那部分过剩反离子。
胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶
SiO2 溶胶, SiO2 微粒与水生成弱酸H2SiO3, 电离出的 SiO32－有一部分吸附在SiO2微粒表面上, 形成带负电的胶核, H+为反离子。反应过程可表示为：
写出其胶团结构式 [(SiO2)m n SiO32－⋅2(n －x ) H +] 2x －⋅2x H+
胶体系统是具有一定分散度的多相系统，有巨大的表面和表面能，因而从热力学上来说，它是不稳定系统，粒子间有相互聚结而降低表面能的趋势，即具有易于聚沉的不稳定性。因此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。
另一方面由于溶胶的粒子小，Brown 运动剧烈，因此在重力场中不易沉降，即具有动力学稳定性。
稳定的溶胶必须同时兼备不易聚沉的稳定性和动力稳定性，但前者更为重要。 粒子聚集由小变大的过程称为聚集过程，而胶体粒子聚集而成为大粒子称为聚集体。
如无机电解质使胶粒从溶液中沉淀析出，称聚沉过程；
如高分子化合物使胶体沉淀析出，称絮凝过程；
如不知为何种试剂，但能使胶体沉淀时，则笼统地称为聚集过程。
DLVO 理论：认为溶胶在一定条件下稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸力则溶胶稳定，反之则不稳定。
(1) 在胶团之间, 既存在着引力势能, 又存在着斥力势能
溶胶粒子间的吸引力在本质上和分子间的范德华吸引力相同，但是此处是由许多分子组成的粒子之间的相互吸引，其吸引力是各个分子所贡献的总和。它与距离的三次方成反比，是一种远程作用力，故称作远程范德华力
(2) 胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势能的相对大小。
当粒子间斥力势能在数值上大于吸力势能, 而且足以阻止由于布朗运动使粒子相互碰撞而粘结时, 则胶体处于相对稳定状态; 当吸力势能在数值上大于斥力势能, 粒子将相互靠拢而发生聚沉。调整两者的相对大小, 可以改变胶体系统的稳定性。
(3)吸力势能V a ,斥力势能Vr 以及总势能V a+Vr 都随粒子间距离d 的变化而变化。且在某一距离范围吸力占优势, 而在另一距离范围斥力占优势。
(4) 加入电解质对吸力势能影响不大, 但对斥力势能的影响却十分显著。
电解质的加入会导致系统的总势能发生很大的变化, 适当调整电解质浓度, 可以得到相对稳定的胶体。
电解质的浓度或价数增加都会压缩扩散层, 使扩散层变薄, 斥力势能降低;
若加入的反离子发生特性吸附时, 斯特恩层内的反离子数量增加, 使胶体粒子带电量降低。
除胶粒带电外, 溶剂化作用也是使溶胶稳定的重要原因。 溶剂化膜的存在增加了胶粒彼此接近时的机械阻力。
分散相粒子的布朗运动是胶体粒子受重力影响而不下沉的原因。
-++→+23 3222SiO SiO H O H SiO
综上所述, 分散相粒子的带电, 溶剂化作用及布朗运动是溶胶三个重要的稳定原因。
影响溶胶稳定性的因素：1、外加电解质的影响影响最大，主要是影响胶粒的带电情况，使电势下降，促使胶粒聚集。
2、浓度的影响浓度增加，粒子碰撞机会增多
3、温度的影响温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。
4、胶体体系的相互作用带不同电荷的胶粒互吸而聚沉
聚沉（coagulation）: 憎液溶胶中分散相微粒互相聚集, 颗粒变大, 进而发生沉淀的现象。
影响聚沉的因素很多，如加热、辐射或加入电解质皆可导致溶胶的聚沉。
1、电解质的聚沉作用:溶胶对电解质的影响非常敏感。
聚沉值是使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度，又称临界聚沉浓度（CCC）。
通常用来表示电解质的聚沉能力
沉能力是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。
溶胶的聚沉:1）聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。
且聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比，这就是Schulze-Hardy（舒尔茨－哈迪）规则电解质中能使溶胶发生聚沉的离子是反离子, 反离子的价数愈高, 聚沉能力愈强。
（2）与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异
同价正离子, 离子半径愈小, 聚沉值愈大。
同价负离子, 负离子的半径愈小, 聚沉值愈小。
感胶离子序将同价（2）与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异离子按聚沉能力大小排列的顺序。
H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
Ba 2+ > Sr 2+ >Ca 2+ >Mg 2+
F－>IO3－> H2PO4－> BrO3－> Cl－>ClO3－> Br－>NO3－>ClO4－> I －>SCN－>OH－
（3）有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可能与其具有强吸附能力有关。
（4）电解质的聚沉作用是正负离子作用的总和
有时与胶粒具有相同电荷离子也有显著影响，通常相同电性离子的价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。
（5）不规则聚沉
在溶胶中加入少量的电解质可以使溶胶聚沉，如加入的电解质过量，特别是一些高价离子，使沉淀又重新分散而成溶胶，并使胶粒所带电荷改变符号，这种现象称为再带电。若再加电解质，可使新形成的溶胶再次沉淀，这处现象称为不规则聚沉。
电解质对溶胶的聚沉作用的影响是很复杂的。其共同点是不论何种电解质，只要浓度达到某一定数值，都会引起聚沉作用。
2、胶体之间的相互作用
将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。
与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，
才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。
产生相互聚沉现象的原因：可以把溶胶看成一个巨大的离子，所以溶胶的混合类似于加入电解质的一种特殊情况。
在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况：絮凝作用和保护作用。
（1）高分子化合物对溶胶的絮凝作用
在胶粒或悬浮体内加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物，这种现象称为絮凝作用（或敏化作用）。
能产生絮凝作用的高分子化合物称为絮凝剂
（1）高分子化合物对溶胶的絮凝作用
在胶粒或悬浮体内加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物，这种现象称为絮凝作用（或敏化作用）。
能产生絮凝作用的高分子化合物称为絮凝剂
絮凝作用与电解质的聚沉作用完全不同。
由电解质所引起的聚沉过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒紧密，体积小。
高分子的絮凝作用是由于吸附了憎液溶胶的胶粒以后，高分子化合物本身的链旋转和运动作用将胶粒聚集在一起而产生沉淀。高分子化合物在粒子间起到了一种架桥的作用，故又称桥联作用。
絮凝作用具有迅速、彻底、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用量少等优点。
高分子化合物絮凝作用有以下几个特点：
①起絮凝作用的高分子化合物一般要具有链状结构，凡是分子是交联的，或者是支链结构的，其絮凝效果就差，甚至没有絮凝能力。
②任何絮凝剂的加入量都有一最佳值，此时的絮凝效果最好，超过此值絮凝效果就下降，若超出很多，反而起到保护作用。
③高分子的分子质量越大，则架桥能力越强，絮凝效率也越高。
④高分子化合物的基团性质与絮凝有关，有良好絮凝作用的高分子化合物至少应具有能吸附于固体表面的基团，同时这种基团还能溶解于水中，所以基团的性质对絮凝效果有十分重要的影响。
常见的基团有：－COONa,－CONH2，－OH,－SO3Na等。
⑤絮凝过程是否迅速、彻底，这取决于絮凝物的大小和结构、性能与絮凝剂的混合条件、搅拌的速率、强度等，甚至容器的形状、絮凝剂浓度、加入的速率等都有影响。
一般要求混合均匀、搅拌缓慢、絮凝剂的浓度要低、加入速率较慢为好。（2）高分子化合物对溶胶的保护作用
当加入大分子溶液的量足够多时，会保护溶胶不聚沉。不同大分子物质的保护能力取决于它与憎液溶胶粒子间的吸附作用。
常用金值来表示大分子溶液对金溶液的保护能力。金值越小，保护剂的能力越强。
第9章表面现象和胶体化学 1 基本概念 1.1界面和表面 不同物质或同种物质的密切接触的两个相之间的过渡区叫界面，如液态水和冰的接触面，水蒸气和玻璃的接触面等等。 表面是指固体对真空或固体和液体物质与其自身的蒸气相接触的面。显然，表面包括在界面的概念之内，但通常并没严格区别两者，“表面”和“界面”互相通用。 1.2 表面能、表面函数和表面功 表面上的物质微粒比他们处于体相内部时多出的能量叫表面能或总表面能。 由于表面的变化通常在等温等压条件下进行，因此这时的表面能实际上就是表面吉布斯函数。 在等温等压下且组成不变的条件下以可逆方式增加体系的表面积时所做的非体积功叫表面功，它在量值上等于表面吉布斯函数。 1.03 表面张力（比表面能） 简单的说，表面张力就是单位面积上的表面能量，即比表面能，因为它与力有相同的量纲，故叫表面张力。实际上，表面张力是表面层的分子垂直作用在单位长度的线段或边界上且与表面平行或相切的收缩力。 1.04 附加压力 弯曲液面下的附加压力是指液面内部承受的压力与外界压力之差，其方向指向曲面球心。 1.5 铺展和铺展系数 某一种液滴在另一种不相溶的液体表面上自行展开形成一层液膜的现象叫铺展，也叫展开。 铺展系数就是某液滴B在液体A的表面上铺展时比表面吉布斯函数的变化值，常用符号为S B/A 1.6 湿润 凡是液体沾湿在固体表面上的现象都叫润湿，其中又分为铺展润湿（液体在固体表面上完全展开），沾湿湿润（液体在固体表面形成平凹透镜）和浸没湿润（固体完全浸渍在液体中），三种湿润程度的差别是：浸没湿润〉铺展湿润〉沾湿湿润 1.7 沾湿功和湿润功 在定温定压下，将单位面积的固-液界面分开时外界所做的可逆功叫沾湿功。这一概念对完全不相溶的两种液体间的界面也适用。 结合功是指定温定压下，将单位面积的液柱拉开时外界所做的可逆功，又叫内聚功。它是同种分子相互吸引能力的量度。 1.08 接触角 液体在固体表面达到平衡时，过三相接触点的切线与固-液界面所夹的最大角叫平衡接触角或润湿角，常用符号θ。例如， 1.09 表面活性物质（表面活性剂） 由亲水的极性基团和亲油的非极性基团组成的能显著降低表面张力的物质叫表面活性物质，又叫表面活性剂，它分离子型和非离子型两大类型，其中离子型表面活性剂又分阴离子型、阳离子型、和两性型三种。1.10 增溶作用 在一种溶剂中加入表面活性物质后，能明显增加原来不溶或微溶于该溶剂的物质的溶解度，这种现象叫增溶作用。如苯不溶于水，加入肥皂后，苯的溶解度大大增加。增溶不同于真正的溶解，主要是促进胶束形成。这种体系是热力学稳定体系。 1.11 乳化作用
1热力学基础 1.表面物化是以不均匀体系内相与相的界面上发生的物理化学变化规律及体相与表面的 相互影响关系为研究对象；（界面热力学，界面过程动力学，界面结构） 2.界面是相与相之间的交界所形成的三维物理区域； 3.界面分类：固气，固液，固固，液液，液气； 4.习惯上称凝聚态物质相对其纯气相的界面称为表面； 5.表面张力产生的原因: 因界面相内质点受力不均匀；内压：由于界面相内质点受力不均 匀致界面上受指向液体内部且垂直于界面的引力，单位面积上的这种引力叫内压；6.表面张力：设想在液滴上画一圆周作分界边缘，边缘两侧，沿着表面的切线方向应有垂 直于边缘的收缩引力在作用，单位长度上的这种收缩引力叫界面张力； 7.表面张力与内压产生的原因相同，形式不同； 8.表面Gibbs函是由于增大表面时外界克服表面张力对体系作功；等温、等压、组成不变 条件下，体系的Gibbs函对表面的积的偏微分等于表面张力；也称表面张力为比表面Gibbs函； 9.G（体相+表面相整个体系）= G内（将构成体系的所有质点当作内部质点）+ Gγ（把内部 质点拉向表形成表面相时，外界做的功）; 10.温度升高表面张力下降，从分子运动观点看，这是由于温度上升时液体内分子的热动力 加剧，分子间距离增大，密度减少，从而减弱了对表面分子的引力；而气相因温度增加，密度反而增大，因此增加了对表面分子的引力，两种效应都使引力差减小，因而表面张力下降，当温度升高到临界温度时，气液两相密度相等，界面消失，表面张力等于0； 11.关于压力对表面张力的影响数据很少，只能从偏微分中的固定条件看其影响关系； 12.影响表面张力的其它影响：构成体相质点间相互作用力不同是内因，所接触气相本性不 同，少量杂质也有很大的影响；物性； 13.无厚表面相模型认为表面相体积为0；等温吸附量可正、可负，也可为0（这于所选的界 面位置有关） 14.Gibbs吸附公式： 15.有厚表面相模型中等温吸附量不小于0； 16.两种模型的关系：吸附量之间的关系；一致性：由G-D 方程可推出，表面张力的数值成 表面相的位置无头 17.弯曲表面的平衡条件：热平衡、力平衡、相间化学势平衡、化学反应平衡； 18.热平衡：Tα= Tγ= Tβ； 19.化学反应平衡（若有）：∑γiμi=0 20.力平衡与平面的情况不同的是两相间的压力不相等；弯曲界面两相间的压力差与表面 张力有关；实例：空气中水滴（液相压力比气相大，液滴曲率半径大于0）；液体中气泡（气相压力比液相大，液体的曲率半径小于0） 21.化学势平衡与平面不同的是： μα=μγ，μβ=μγ，μα（T, Pα）=μβ (T, Pβ), μα（T, P）≠μβ (T, P), 22.有不溶物表面力平衡：云母片两侧分别是水膜和有机膜，由于水面表面张力大，且指向 水那一侧，故云母片被拉向水那一侧； 23.界面品种:两个不同体相构成的界面即为一个界面品种；无论有几个表面相，只要它们同 处在构成界面的两个体相不变的一种界面上，称此界面是同品种的。 24.弯曲表面相律：考虑体系中的组分数（物种数），界面品种数，体相数，独 立化学反应数，表面相。相律表达式如下：
1.压缩因子 任何温度下 第七章表面现象 1.在相界面上所发生的物理化学现象陈称为表面现象。产生表面现象的主要原因是处在表面层中的物质分子与系统内部的分子存在着力场上的差异。 2.通常用比表面来表示物质的分散度。其定义为：每单位体积物质所具有的表面积。 3.任意两相间的接触面，通常称为界面（界面层）。物质与（另一相为气体）真空、与本身的饱和蒸气或与被其蒸汽饱和了的空气相接触的面，称为表面。 4.表面张力：在与液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。 5.在恒温恒压下，可逆过程的非体积功等于此过程系统的吉布斯函数变。 6.影响表面及界面张力的因素：表面张力与物质的本性有关、与接触相的性质有关（分子间作用力）、温度的影响、压力的影响。 7.润湿现象：润湿是固体（或液体）表面上的气体被液体取代的过程。 铺展：液滴在固体表面上迅速展开，形成液膜平铺在固体表面上的现象。 8.亚稳状态与新相生成：a.过饱和蒸汽：按通常相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸汽。过热液体：按通常相平衡条件应当沸腾而仍不沸腾的液体。过冷液体：按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体。过饱和溶液：按相平衡条件应当有晶体析出而未能析出的溶液。 上述各种过饱和系统都不是真正的平衡系统，都是不稳定的状态，故称为亚稳（或介安）状态。亚稳态所以能长期存在，是因为在指定条件下新相种子难以生成。 9.固体表面的吸附作用： 吸附：在一定条件下一种物质的分子、原子或离子能自动地粘附在固体表面的现象。或者说，在任意两相之间的界面层中，某种物质的浓度可自动发生变化的现象。吸附分为物理吸附（范德华力）和化学吸附（化学键力）。 具有吸附能力的物质称为吸附剂或基质，被吸附的物质称为吸附质。吸附的逆过程，即被吸附的物质脱离吸附层返回到介质中的过程，称为脱附（或解吸）。 10.吸附平衡：对于一个指定的吸附系统，当吸附速率等于脱附速率时所对应的状态。当吸附达到平衡时的吸附量，称为吸附量。气体在固体表面的吸附量与气体的平衡压力及系统的温度有关。 11.吸附等温线：在一定温度下，吸附量与平衡压力之间的关系曲线。饱和吸附量：吸附量不再随压力的上升而增加，达到吸附的饱和状态。 12．朗缪尔单分子层吸附理论：单分子层吸附、固体表面是均匀的。被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力、吸附平衡是动态平衡。 覆盖度：某一瞬间固体总的表面积被吸附质覆盖的分数。 13．溶液表面的吸附： 负吸附：溶质B在表面层中的浓度小于它在溶液本体中的浓度。 正吸附：溶质B在表面层中的平衡浓度大于他在溶液本体的浓度。 溶质的表面吸附量或表面过剩：在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与表面层中相同数量的溶剂处于溶液本体中所含的溶质物质的量之差值。 14.表面活性物质（表面活性剂）:凡是能使溶液的表面张力降低的物质。习惯上，只溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质。 离子型表面活性剂：在水溶液中能解离为大小不等、电荷想反两种离子的表面活性剂。
1. 《表面物理化学》研究的对象：1、不均匀的多相体系：至少有2个或2个以上具有不同性质的相组成的空间体系；2、表面与界面。 《表面物理化学》研究内容：1、表面物理化学（表面化学）是研究整个不均匀体系的本性，研究界面性质如何随本性而变化的规律；2、表面化学物理，（表面物理）是研究表面或界面的结构特征及界面键的性质。 《表面物理化学》与《物理化学》之间的区别与联系： 《物理化学》包括《表面物理化学》，《表面物理化学》是研究《物理化学》中与表面有关的性质，所应用的知识是《物理化学》中的一些基础知识。 《表面物理化学》与《胶体化学》之间的关系： 二者都是主要研究与表面、界面相关的内容，《胶体化学》研究的对象是多界面的体系。 2.（1）由Young-Laplace方式，可知，收缩力F=4πσLcosθ=4πσrL/R， 可见失水收缩与σ，r，L，R等因素有关。 （2）①加入减缩剂，降低了液体表面张力σ； ②加强保湿养护，特别是早期保湿养护，防止毛细管失水产生的附加压力，防止早期 缩裂缝； ③改善混凝土的孔结构，形成大量微小的，封闭的圆孔有利于减少毛细管部分失水引 起的收缩，使水份不易蒸发，附加压力不易产生。 3.现象：小液滴变小，大液滴变大，最后小液滴消失。 因为饱和蒸气压P=P0exp（2σM/RTρr），r小，P大，容易蒸发。 晚上湿度大，因为P=P0exp（2σM/RTρr），晚上T小，P大， 饱和蒸气压低，容易蒸发，湿度就大。 4.原理：因为P=P0exp（2σM/RTρr），在骨料的表面，r增大，饱和蒸气压变小，容易析出。改善方法：加入矿物掺和料如SiO2与Ca（OH）2反应生成C3S2H3，改善了混凝土的微观结构，提高强度。 5.示意图 双电层结构： ①定位离子的吸附是化学吸附，是去溶剂化的离子吸附层； ②Stern层是物理吸附，是靠静电力、范德华力和溶剂化作用而牢固吸附； ③定位离子层和Stern层在动电现象中都不会与固体表面发生相对移动。
《表面物理化学》复习提纲 2.熟悉二维晶体结构的Miller指数记法。 (1)晶面标记:Miller指数法，即fcc(lmn), bcc(lmn), hcp(lmn)...均代表一个晶面，其中l、m、n 均为正整数。 (2)(lmn)的确定：在给定的晶体中，选定某一面，将其与晶体坐标的截距的倒数进行最小公倍数通分，所得的最小整数比值分别对应l、m和n。这个面称为(lmn)面，与其矢量正交的法线方向称为这个面的法线，记为[lmn]，这是一个矢量。 (3)几个特殊的符号： ( )代表晶面，{ }代表等价面。它的等价面记为{lmn}。 [ ]代表晶面矢量法线方向，< >代表等价矢量法线方向。 fcc和bcc的晶面和矢量法线是相互垂直的，其余的晶体则不一定。 3.熟悉fcc，bcc和hcp的几个低Miller指数晶面结构。 在fcc晶体中，(111)面的原子形成六角密堆积；(100)形成正方形；(110)形成高低不平，最上层为长方形的结构。 在bcc晶体中，(110)为六角堆积，但比fcc的(111)面的六角堆积要松散；(100)为正方形，原子间有间隙；(111)的表面结构复杂，有三层露空。 hcp晶体的表面结构远比fcc和bcc复杂，因为它不是简单Bravais格子，原子在A位的上下堆积和在B位的上下堆积不相同。hcp中，(001)面的原子堆积是相同的。(100)面就会有(100)A和(100)B之分，形成搓衣板结构。在搓衣板的每个小侧面，原子可能形成长方形和三角形结构。 hcp中，(101)面就更复杂了。一种是形成类似六方密堆积的结构，但每间隔一个原子排会在表面上稍稍隆起；另一种则形成台阶结构，较为复杂。这可由侧面图看出来。 4.熟悉hcp结构的四Miller指数记法。 hcp晶体中(100), (010)和(001)非等价。用四位数的Miller指数(lmkn)来标记hcp的晶面，
第二章固体表面的物理化学特性 1：表面：一种凝聚态物质与另外的物质或者真空之间的过渡区域，一般有一个或者几个原子组成（0.5~10nm）（表面原子近程有序） 2：范德瓦尔斯键：固体中的原子、离子、或分子之间存在一定的结合键，这种结合键与原子结构有关，最简单的固体可能是凝固太的惰性气体，惰性气体因其原子外壳电子层已经填满而呈稳定状态，通常惰性气体原子之间的结合键非常微弱，只有处于很低的文ushi才会液化和凝固，这种结合键称为范德瓦尔斯键，处惰性气体外，许多分子之间也可通过这种键结合为固体。分子间和氢键都属于物理键或次价键 3：氯化钠固体是离子键结合的，硅石共价键结合，铜是金属键结合，这三种间都较强，铜属于化学键或主价键。 4：常见金属的晶体结构主要有三种：面心立方（fcc）、密排六方（hcp）、体心立方（bcc）。5：表面能：要形成新的表面，需要外界提供能量，是一些键发生断裂。 6：固体材料的界面有三种：表面（固体材料与气体或液体的分界面）；晶界（多晶材料内部成分、结构相同而取向不同地晶粒或亚晶之间的界）；相界（固体材料中成分、结构不同地两相之间的界面）。 7：理想表面：一种理论上认为的结构完整的二维点阵平面，表面的原子分布位置和电子密度都和体内一样。 8：清洁表面：是指在特殊环境中经过特殊处理后获得的表面，是不存在吸附、催化反应或杂质扩散等物理、化学效应的表面。（其结构式TLK模型P23） 9：晶体表面达到稳定态的方式：自行调整；依靠表面的成分偏析。 10：θ<90°称为润湿，θ>90°称为不润湿。 11：表面电子态（表面态）：能带其电子态就会和体内布洛赫波连结起来，在体内便有不为零的几率分布，严格说这就不是表面态，这称为表面共振。 12：表面态分类：外诱表面态；本征表面态。 13：表面态和界面态的重要性：表面的原子排列与体内不同；从电荷的分布来看，表面局部电子态波函数自最外一层原子面分别向体内和真空呈指数衰减，分布在表面两侧约1~1.5nm 范围内；表面态（或零界态）对半导体材料和器件的性质，尤其是对表面电导和光学性质有重大影响。 14：固体的实际表面分为两个范围：所谓“内表面层”，它包括基体材料层和加工硬化层等；是所谓“外表面层”，包括吸附层，氧化层等。 15：表面粗糙度：是指加工表面上具有的较小间距的峰和谷组成的微观几何形状误差，也称微观粗糙度。 16：贝尔比层：这种晶格畸变是随深度不同而变化的，而在最外层5~10nm厚度可能会形成一种非晶态层，称为贝尔比层（Beilby）。 17：固体表面的吸附：放热反应，自发的，能量降低的过程，ΔG↓下降越多，越容易吸附。18：吸附现象：可分为物理吸附和化学吸附（化学吸附中，两者之间的力与化合物中原子间形成化学键的力相似，这种力比范德华力大得多） 19：固体表面上的液体吸附：倘若吸附层内溶质的浓度比液体中原溶质的浓度大，称为正吸附，反之为负吸附。 20：晶格大小适当的离子较易被吸附；溶解度小或者吸附后生成化合物的物质较易被吸附；固体表面带电时，较易吸附反电性离子或易被极化的离子；液体表面张力对吸附有重要的影响。 21：固体表面之间的吸附叫做粘接，粘附功W AB=γA+γB-γAB；若W AB=3*10-6J/cm2，两个不同物质间的粘附功往往超过其中较弱物质的内聚力。
第一章固体材料与外表构造 ➢外表物理化学性质的特殊性 1、组成〔成分偏析、外表吸附〕 2、原子排列构造〔重排〕、原子振动状态等 3、悬挂键，化学性质活泼 4、周期势场中断，外表电子状态差异 ➢外表浓度(surface concentration) Area of unit cell =(0.3 x 10-9)2m21 atom per unit cell 外表原子浓度= 1/ (0.3 x 10-9)2= 1.1 x 1019atoms m-2= 1.1 x 1015atoms cm-2 体相原子浓度=3.7*1022cm-3 ➢分散度 随原子数增加，D下降。颗粒尺寸增加，D下降。 立方八面体，催化剂理论模型中常用的颗粒形状，是热力学平衡条件下外表能最低的形状。 ➢外表粗糙度
➢外表形貌非均匀性 1、平台 2、螺型位错 3、刃型位错 4、8、10、外来吸附原子 5、单原子台阶 6、9、11、褶皱 7、扭折 原因：由于固体外表原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的外表电子状态差异，固体外表形成很多导致外表形貌非均匀性的元素。 ➢位错密度 位错分割平台 ➢外表原子排列有序性 表现在具有一定原子间距，二维周期性 1、具有底物构造 2、外表原子重排 ➢原矢
➢米勒指数〔miller index〕 ➢晶面间距d〔hkl〕 ➢晶体类型：体心立方，面心立方，简单立方 外表原子最近邻数〔100〕〔110〕〔111〕FCC〔Face center cubic〕879 BCC464 SC543 在立方晶系中，晶向和晶面垂直 ➢Wood记号和矩阵表示〔必考〕
《表面物理化学》复习提纲 1•比表面能，比表面熵，比表面功，比表面焓，表面自由能和比表面自由能的定义及其表达式。 2. 表面张力的定义及其与升华热的关系式。 3. 恒温恒压时，单组分体系的比表面自由能与表面张力的关系，其含义 如何？有什么特点？ 4. 为什么通常比表面能都会比比表面自由能或表面张力来得大？ 5•比表面热容与温度、表面张力的关系。如何测量比表面热容？ 6. 表面过剩的定义如何？表面Gibbs公式及其应用。 7. 对于理想二元体系，为什么表面张力较小的组分在表面具有较高 的浓度？对于金属体系，为什么低升华热的组分会在表面过剩？ 8. 对于二元合金体系，规则溶液参数大于、小于和等于0时，各有 什么含义？ 9. Kelvin公式如何？有什么意义？ 10. 推导表面接触角公式。Dupres和Young方程是什么？ 11. BET公式及其应用。 12. 反应物A和B的表面反应类型有几类？分别叫什么？内容如何？它 们的速率方程表达式什么样？ 13. 粘滞系数的定义。Kisliuk模型是如何来解释粘滞系数与表面覆盖度和 温度的关系的？ 14. Richards on-Dushma n方程如何？有什么含义？ 15. Fowler-Nordheim公式。对于场发射，这个公式暗示什么？ 16. 表面化学键形成时有什么变化？周期表中过渡金属表面上的成键趋势 如何？ 17. CO在过渡金属上的成键特点是什么？ 18. 表面键断裂的结构敏感性指什么？ 19. 覆盖度和共吸附会影响吸附质的那些性质？试举例说明。 20. 弱表面键有哪些重要的应用？ 21. 表面催化含有哪些主要的基元过程？ 22. 催化剂的主要作用是什么？如何起这样作用的？ 23. 转化频率，比转化速率，转化数，反应几率，比催化速率，催化选择 性，动力学选择性，空速的定义。 24. 什么叫催化剂的活化、失活和再生？它们的主要机理是什么？
物理化学中的固体表面化学和催化作用 固体表面化学及其在催化作用中的重要性一直是物理化学领域的研究热点。在本文中，我们将探讨固体表面化学的基本概念，以及催化作用在化学反应中的应用。 一、固体表面化学的基本概念 固体表面化学是研究固体表面性质及其与化学反应的关系的学科。固体表面的性质往往与其体内不同，这是因为固体表面原子吸附层的特殊性质导致的。固体表面化学涉及到吸附、腐蚀、氧化、电化学等多个方面。 1. 吸附 吸附是指气体、液体或溶液中的分子或离子在固体表面吸附并停留的现象。根据吸附性质的不同，吸附可以分为化学吸附和物理吸附。化学吸附是指吸附分子与表面原子形成化学键，而物理吸附则主要是分子间的吸引力导致的。 2. 腐蚀和氧化 固体表面容易发生腐蚀和氧化反应，导致表面物质的变化和破坏。腐蚀是指金属或其他材料在特定条件下与周围环境中的物质发生化学反应而受损的过程。氧化是指物质与氧气发生反应，产生氧化产物，如金属的氧化产物为氧化物。 3. 电化学
固体表面化学与电化学有着紧密的联系。在电化学反应中，电子转 移和固体表面物种(如吸附物种、中间物种、溶质物种等)之间的相互作 用密切相关。 二、催化作用在化学反应中的应用 催化作用是指通过添加催化剂来改变化学反应速率或选择性的过程。催化剂可以是固体、液体或气体，但在固体表面上进行的催化反应最 为常见。 催化作用的应用非常广泛，以下列举几个典型的例子： 1. 催化剂在工业生产中的应用 许多重要的工业化学反应，如加氢反应、氧化反应、裂化反应等， 都依赖催化剂来提高反应速率或选择性。例如，加氢裂化反应中常用 的铂催化剂可以将石油中的长链烃分解为较短的烃类，提高汽油产率。 2. 催化剂在环境保护中的应用 催化剂在环境保护中也起到重要的作用。例如，汽车尾气中的一氧 化碳和氮氧化物可以通过催化转化为无害的二氧化碳和氮气。此外， 固体表面催化剂在废水处理、空气净化等方面也有着广泛的应用。 3. 催化剂在能源领域中的应用 能源转换过程中，催化剂也扮演着重要的角色。例如，燃料电池中 的催化剂可以加速燃料的氧化反应，产生电能。催化剂在太阳能电池、储能材料等领域的应用也正在得到越来越多的关注与研究。
表面物理化学简答和论述 1.什么是表面自憎现象？ 某种低能液体在高能表面铺展形成单分子铺展层后，多余低能液体在固体表面不能铺 展而形成液滴的现象叫做表面自憎现象。2．什么是毛细凝结？ 在亲液毛细体系中，液体在毛细管中能构成凹陷液面，毛细体系中液体的饱和状态蒸 汽压离大于正常饱和状态蒸汽压，并使饱和状态蒸汽压在该体系中不易凝固的现象。 3．表面现象有着广泛的应用 溶解:例如用活性炭硅醚有机物；用硅胶或活性氧化铝硅醚水蒸汽；用分子筛拆分氮 气和氧气；泡沫离子交换等。 催化作用:在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。如石油工业的催化裂化和催化 加氢、胶束催化等。 表面膜:例如微电子集成电路块中存有关键应用领域的lb膜；在生物学和医学研究中 存有关键意义的bl膜和人工膜；能够减缓湖泊水库水分冷却的天然糖蛋白膜等。 新相生成：晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、过热、过饱和等亚稳现象 产生的主要原因也是由于新相生成。泡沫乳状液：如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。 润润现象：喷药农药、感光乳液酿制、电镀工件的润湿及利用润湿促进作用展开离子 交换等。冲洗工业。4.影响表面张力的因素 分子间相互作用力的影响：对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子 间构成化学键能够的大小，通常化学键越弱，表面张力越大。两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)温度的 影响：温度增高，表面张力上升。 压力的影响：表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，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5.接触角的测定 角度测量法:一类应用领域最甚广、较便利直观、最轻易的方法；长度测量法――垂 片法；借由测量法：主要用作液态粉末接触角测量影响接触角测量的因素 除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞后和吸附作用。 导致接触角落后的主要原因存有三：不平衡状态，液态表面的坚硬性和不光滑性。接 触角与固液气二二者物质的性质紧密有关此外，接触角也受到温度的影响，但影响不是非
材料表面与界面的物理化学分析 材料的性能往往与其表面和界面的性质密切相关。表面和界面是材料中一个特别重要的物理化学概念，对于材料领域的研究和应用有着非常重要的意义。在本篇文章中，我们将通过物理化学分析来探讨材料表面与界面的相关问题。 一、表面的物理化学性质 表面是物质界面的一种特殊形式。材料表面与内部材料相比，它的结构、性质以及反应过程有着很大的不同。当我们在探究材料表面的物理化学性质时，我们需要关注以下几个方面： 1. 表面能 表面能是指物质表面上的单位面积所具有的能量，也是表征固体表面性质的重要参数。表面能越大，表明表面分子之间的相互作用越强，导致表面张力较大。分类地，固体的表面能包括两个部分：分子力常数和极性功。分子力常数是由于分子之间的范德华力作用引起的，而极性功则与固体表面化学成分的极性有关。 2. 表面结构 在表面结构方面，我们需要关注表面晶格的形态、位错、空缺、吸附分子和氧化物等方面。这些元素会影响固体表面的性质和表面反应的行为。例如，具有平坦表面的晶体具有高的表面能和优异的吸附性能，而充满位错的表面可能会对导电性和腐蚀行为产生影响。 3. 表面反应 表面反应是材料表面物理化学性质的重要体现之一。因为表面具有非常高的反应活性，与表面相接触的分子往往会发生化学反应。例如，在燃烧反应、电池反应以及催化反应中，反应物和产物通常都在材料表面上发生反应。此外，表面反应过程中的催化剂、催化物质的吸附以及分子扩散也都需要特别关注。
二、界面的物理化学性质 界面是指不同物质之间的交界面。与表面相比，界面的物理化学性质更加复杂。不同物质之间的相互作用强弱、匹配性等等都会直接影响界面性质。在物理化学界面的研究中，我们必须关注以下几个重要方面： 1. 界面形态和曲率 在一些情况下，界面的形态和曲率会影响物质运输和动力学行为。在溶液中， 小颗粒的形态可能会影响它们在界面上的吸附趋势和分布；在涂层材料中，涂层涂层基质之间的界面形态对涂层膜的稳定性和附着性有影响。 2. 界面分子间相互作用 不同物质之间的相互作用直接决定了物质交换的过程。理解不同化学基团之间 的相互作用，探索化学键形成的力学机制和影响因素是我们进行物理化学界面研究的核心内容。 3. 界面反应和化学反应动力学 因为材料在应用中的时候通常都会涉及到不同物质之间的交互作用和反应，因 此界面化学反应动力学是个重要问题。探究界面化学反应动力学，从理论和实验等角度寻找可能的影响因素和机理，是材料领域的重要课题。 总结 物理化学分析是探究材料表面和界面物理化学性质的核心方法。表面和界面的 物理化学性质是材料研究和应用中的关键问题，也是当今材料领域的热门话题。在未来的材料研究中，我们还需要更深入地理解材料的表面和界面性质，探讨材料表面和界面的新型现象和性质，为材料科学的发展做出贡献。
表面物理化学的研究与应用 表面物理化学是一门研究物质表面的物理和化学性质，以及表 面化学反应的学科。表面化学对于我们日常生活普通的日用品， 甚至到现代工业的高新技术，都有着重要的应用。本文将介绍一 些表面物理化学在日常生活和工业中的应用。 一、润滑剂 润滑剂在润滑功能上是有机非金属化合物，但是它们处理后会 在工作表面形成一层非常薄的液体膜。这些润滑剂分子互相吸引，被吸附在表面并可以被摩擦过程中压缩和释放，从而起到了减少 摩擦力和磨损的作用。表面物理化学在润滑剂方面主要通过表面 张力、极性和表面接触角等因素的研究，来改进润滑剂的制备和 效果。 二、表面活性剂 表面活性剂是一种能够降低表面张力并在疏水性表面上形成薄 膜的分子。主要应用于清洁工业中去除油污、机械污染和重金属等。表面物理化学主要通过界面现象来研究表面活性剂的作用机
理和制备技术，并且不同的表面活性剂在其作用范围和效果上有 很大差异。 三、纳米材料 纳米材料是一种化学纯度高、粒径非常小的材料，它们具有出 色的性能，如高强度、高稳定性、良好的尺度效应和表面效应等。表面物理化学的研究可以探究其制备技术、表面性质和结构特征，以及与基底和溶液相互作用的影响因素。 四、防腐剂 防腐剂的主要作用是抑制微生物的繁殖，防止物品变质或腐烂。一些具有杀菌效果的化学物质，如甲醛和乙醛，是根据表面化学 现象制备的。它们在抑制微生物繁殖中发挥着重要的作用。此外，表面物理化学的表面张力、表面电荷和pH值等因素也会影响到防腐剂的效果。 五、多孔材料
多孔材料是指由具有很多孔隙的不同材料制成的材料。多孔材 料具有高比表面积、低密度、孔隙连通等特点，主要用于吸附、 分离、催化和过滤等过程。表面物理化学主要通过表面结构和孔 径等关键性质的研究来改进多孔材料的制备技术和性质，以及通 过表面改性来增强其特殊的性能。 六、涂层 涂层是由涂料和其他助剂制成的一种薄膜材料，可以保护机件、建筑材料等物品被氧化、腐蚀等影响。表面物理化学主要通过涂 层表面力学性质、涂层的耐磨性、抗腐蚀性和耐候性等关键性质 的研究，来提高涂层材料的特殊性能、制备技术和使用范围。 七、电化学储能材料 电化学储能材料（如锂离子电池材料）通常包含了活性材料、 电解液和电极。这些材料都在化学方法上具有化学可逆性、大电 容量和长的循环寿命。表面物理化学主要用于研究活性物质的表 面形貌、化学结构和与电解液反应的影响因素，来提高其性能和 使用寿命，并开发出新的储能材料技术。
表面物理化学 γ与T 的关系：B B ,,A ,,T A S n V n V T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪ ⎭⎫ ⎝⎛∂∂γ＝－ B B ,p ,A ,p ,T A S n n T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪ ⎭⎫ ⎝⎛∂∂γ＝－ 两边均乘以T ，0T <⎪⎭ ⎫ ⎝⎛∂∂γ，即γ的值将随温度升高而下降，所以若以绝热方式扩 大表面积，体系的温度必将下降。 杨－拉普拉斯公式：p s ⎪⎪⎭ ⎫ ⎝⎛‘’＋＝21 R 1 R 1γ ‘’21R R 为曲率半径，若为球面’‘’＝＝R R R 21 p s ＝ R 2γ，平面∞→‘ ’21R R p s 0→。液滴愈小，所受附加压力愈大；液滴呈凹形，R ‘为负值，p s 为负值，即凹形面下液体所受压力比平面下要小。 毛细管：p s ＝R 2γ＝Δρgh Δρgh ＝R cos 2θ γ（R 为毛细管半径） 开尔文公式：p 0 和p 分别为平面与小液滴时所受的压力 ()’‘＝＝R M 2R l V 2p p R T l n m g ργγ⎪⎪⎭⎫ ⎝ ⎛ 对于液滴（凸面R ‘>0），半径愈小，蒸汽压愈大。 对于蒸汽泡（凹面R ‘<0），半径愈小，蒸汽压愈小。 两个不同液滴的蒸汽压：⎪⎪⎭ ⎫ ⎝⎛’‘－＝1212R 1R 1M 2p p RT ln ργ ‘ ＝R M 2RT 1c c ln 0ργ 溶液越稀，颗粒越大。 液体的铺展：213132，，，＋γγγ> 非表面活性物质使表面张力升高，表面活性物质使表面张力降低。 吉不斯吸附公式：2 22da d RT a γ ＝－ Γ 2Γ为表面超额 若0da d <γ，2Γ>0，正吸附；0da d >γ，2Γ<0，负吸附。
界面现象 1. 表面张力、表面功及表面吉布斯函数 表面张力γ：引起液体或固体表面收缩的单位长度上的力，单位为N·m -1。 表面功：'δ/d r s W A ，使系统增加单位表面所需的可逆功，单位为J·m -2。 表面吉布斯函数：B ,,()(/)s T p n G A α∂∂，恒温恒压下系统增加单位表面时所增加的吉布斯 函数，单位为J·m -2。 表面吉布斯函数的广义定义： B()B()B()B(),,,,,,,,( )()()()S V n S p n T V n T p n s s s s U H A G A A A A ααααγ∂∂∂∂====∂∂∂∂ ',r s T p s W dA dG dA γδ== 表面张力是从力的角度描述系统表面的某强度性质，而表面功及表面吉布斯函数则是从能量角度和热力学角度描述系统表面的某一性质。三者虽为不同的物理量，但它们的数值及量纲等同的，均可化为N·m -1。 在一定温度、压力下，若系统有多个界面，其总界面吉布斯函数： s i i s i G A γ=∑ 2. 弯曲液面的附加压力、拉普拉斯方程 附加压力：Δp =p 内-p 外 拉普拉斯方程：2p r γ∆= 规定弯曲液面凹面一侧压力位p 内，凸面一侧压力位p 外；γ为表面张力；r 为弯曲液面的曲率半径，△p 一律取正值；附加压力方向总指向凹面曲率半径中心。 3. 毛细现象 毛细管内液体上升或下降的高度 2cos h r g γθρ= 式中：γ为表面张力；ρ为液体密度；g 为重力加速度；θ为接触角；r 为毛细管半径。当液体不能润湿管壁，θ>90°即0cos θ<时，h 为负值，表示管内凸液体下降的深度。 4. 微小液滴的饱和蒸汽压——开尔文公式
中科院固体表面物理化学-期末考试总结
表界面的分类：气-液；气-固；液-液；液-固；固-固 ✧表面浓度 ✧分散度 ✧表面形貌非均匀性 原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。 ✧位错密度
✧表面自由能 ✧减小表面能的方法 ✧表面原子重排机理 1：表面弛豫作用 2：表面相转变 3：吸附对纯净底物表面结构的影响 层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组 ✧内外表面 内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量
1.固体表面性质简介 固体表面的性质 结构特征：不同的位置有不同的性质 表面运动：气体分子表面撞击速度R= P/2蟺mkT1/2； 表面扩散系数（爱因斯坦方程）：D= x2/2t 外延生长原子的运动流程：a沉积/吸附在平台上-deposition；b沉积在原子岛上；c平台上扩散-diffusion；d脱附-desorption；e 成核-nucleation；f交互扩散-interdifusion；g粘附在平台上-attachment；h从平台上脱离-detachment； i：粘附在台阶上 化学性质：表面浓度依赖于气体分子撞击速度R 相界面（Gibbs界面） 表面热力学函数
其他类推：S，G，G s 比表面自由能与温度的关系 ; ; Van der Waals and Guggenheim Equation: 为临界温度；为0Kし的表面张力 Where: T c ； 固体表面能的理论估算 金属表面张力估算 ； 偏析作用 来自晶体或固溶体中的杂质或溶质在界面聚集的现象 表面偏析公式：