界面现象

第九章 界面现象讲解：日常生活和生产中，有很多现象和界面有关。

如：水在玻璃细管中会上升，这叫毛细现象；水可以在桌面上铺开，水银却成球状等。

通常把气液和气固界面成为表面。

第一节 表面张力和表面吉布斯函数一、表面现象及其本质 1.界面层的定义界面的5种类型：g-l,g-s,l-l,l-s,s-s. 其中g-l 和g-s 界面也叫表面。

界面分子和内部分子的区别：内部分子受力对称，界面分子受力不对称，不均匀。

液体自发使表面积缩小。

讲解：测定液体蒸气压，不能有空气存在，液体表面指纯液体与其纯蒸气之间的过渡层，只有几个分子厚。

日常生活中讲的液体表面，是指液体与空气之间的界面，其中空气被液体蒸气饱和。

2.系统的比表面（分散度）单位质量具有的表面积，或单位体积具有的表面积。

def defS S m V A AA A m V==质量表面积体积表面积例：一个边长为0.01米的立方体表面积是多少？把这个立方体分成10-9m 的小立方体，求其总面积。

解：边长为0.01米的立方体表面积 2-421=60.01=610m A ⨯⨯()321390.011010-=小立方体的个数为-92213226(10)10610m A =⨯⨯=⨯小立方体总面积物体被分散后的体积变化，请看358页表9.1。

二、表面张力、表面功、表面吉布斯函数 在等温等压条件下者3个概念是一回事。

讲解：吉布斯函数变就是等温等压条件下可逆过程得体积功。

:γ等温等压下可逆地增加单位表面积所需的功。

B,,S T p n G A γ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭ 表面张力就是表面功表面张力F:表面上，每米长度所受的收缩力，垂直于表面切线方向。

-2-2-1J m N m m N m⋅=⋅⋅=⋅单位： 表面功 表面张力2F l γ= 2Flγ= 影响表面张力的因素 （1）物质的本性()()s l γγ>一般相同聚集态时(γγγγ>>>金属键）（离子键）（极性共价键）（非极性共价键）讲解：可以看出键的极性越强，σ越大，因为非极性共价键组成的非极性分子之间只有色散力，极性分子间有色散力、取向力、诱导力。

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，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。

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’）。

-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（interface tension）或表面张力（surface tension）。

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。

界面现象的名词解释界面现象是指两种不同介质之间形成的边界区域，这个区域具有特殊的物理、化学或生物性质。

界面现象在我们的日常生活中无处不在，而且在科学和工程领域中也起着重要的作用。

本文将对界面现象进行详细解释。

首先，我们来了解一下界面现象的起因。

当两种不同的物质相遇时，它们之间的相互作用形成了一个界面。

这个界面上的物理和化学性质与两种物质本身有着明显的差异。

例如，当水和油相遇时，它们在界面上会形成一个不相溶的薄层，这是由于它们的分子之间的排斥力大于吸引力所致。

界面现象涉及了许多重要的概念和现象。

其中之一是表面张力。

表面张力是液体表面上的一种内聚力，导致液体表面呈现出收缩的趋势。

这可以用一个简单的实验来演示：取一张干净的硬纸币，轻轻放在水面上，可以观察到纸币不会立刻下沉，而是浮在水面上。

这是因为水分子之间存在着相互吸引的力量，使得水的表面呈现出收缩的特性。

除了表面张力，另一个重要的界面现象是浸润性。

浸润性描述了液体对固体的渗透能力。

当一滴液体滴在固体表面上时，它的形状取决于液体和固体之间的相互作用。

如果液体能够充分地渗透进入固体材料中，我们称之为良好的浸润性。

这一现象在涂料、油墨以及润滑剂等领域中具有重要的应用。

此外，界面现象还涉及到界面活性剂的使用。

界面活性剂是一种能在两种不同介质的界面上降低表面张力的物质。

它们能够将不能互溶的物质混合在一起，并形成稳定的乳状液体。

这在食品、日化和医药等行业中被广泛应用。

例如，洗涤剂中的表面活性剂能够使油污和水混合，达到清洁的效果。

界面现象的研究对于解决一些现实生活中的问题非常重要。

例如，界面现象对于研究海洋环境中的表面活性物质分布、油水分离技术的改进以及水处理等方面都具有重要意义。

此外，界面现象还在材料科学、能源储存和转换等领域中发挥着关键作用。

通过研究、理解和利用界面现象，我们可以开发出更高效、更环保的技术和材料。

在总结上述内容之前，值得一提的是生物界面现象。

第十章界面现象10.1 界面张力界面：两相的接触面。

五种界面：气—液、气—固、液—液、液—固、固—固界面。

（一般常把与气体接触的界面称为表面，气—液界面=液体表面，气—固界面=固体表面。

）界面不是接触两相间的几何平面！界面有一定的厚度，有时又称界面为界面相(层）。

特征：几个分子厚，结构与性质与两侧体相均不同比表面积：αs=A s/m（单位：㎡·㎏-¹）对于一定量的物质而言，分散度越高，其表面积就越大，表面效应也就越明显，物质的分散度可用比表面积αs来表示。

与一般体系相比，小颗粒的分散体系有很大的表面积，它对系统性质的影响不可忽略。

1. 表面张力，比表面功及比表面吉布斯函数物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的——所有表面现象的根本原因！表面的分子总是趋向移往内部，力图缩小表面积。

液体表面如同一层绷紧了的富有弹性的橡皮膜。

称为表面张力：作用于单位界面长度上的紧缩力。

单位：N/m,方向：表面（平面、曲面）的切线方向γ可理解为：增加单位表面时环境所需作的可逆功，称比表面功。

单位：J · m-2。

恒温恒压：所以：γ等于恒温、恒压下系统可逆增加单位面积时，吉布斯函数的增加，所以，γ也称为比表面吉布斯函数或比表面能。

单位J · m-2表面张力、比表面功、比表面吉布斯函数三者的数值、量纲和符号等同，但物理意义不同，是从不同角度说明同一问题。

(1J=1N·m故1J·m-2=1N·m-1，三者单位皆可化成N·m-1)推论：所有界面——液体表面、固体表面、液-液界面、液-固界面等，由于界面层分子受力不对称，都存在界面张力。

2. 不同体系的热力学公式对一般多组分体系，未考虑相界面面积时：当体系作表面功时，G 还是面积A的函数在恒温、恒压、组成不变的情况下，使面积减小或表面张力减小，致系统总界面吉布斯函数减小的表面过程可以自发进行。

太原理工大学物理化学第八章界面现象界面是指相互接触的两相的交界面。

自然界中的物质一般以三种聚集状态存在，三种相态相互接触可 以形成五种界面：液-气、固-气、液-固、液-液和固-固界面。

习惯上将液-气和固-气界面称为表面；而其余 的相界面都称为界面。

由于历史的原因， “表面”和“界面”这两个词经常混用。

界面并不是一个几何平 面，它是从一个相到另一个相的过渡层，有一定的厚度，通常称为界面相或界面层，与界面层相邻的两相 称为体相。

界面现象就是在相界面上所发生的物理化学现象。

许多自然现象、生理现象、工农业生产以至日常生 活上的许多问题都与界面现象有密切的关系，如：液滴呈球形、活性炭能脱色、粉尘容易爆炸等都与界面 现象有关。

产生界面现象的根本原因是由于界面相中的分子与体相中的分子所处的力场不同，因此界面相 的性质和两个体相的性质就会不一样。

在一般情况下，系统所具有的比表面积相当小，表面上的物质、能 量都比体相小得多， 故表面的特殊性质可不考虑。

但当系统的表面积很大时，表面分子所占的比例就很大， 它的特殊性质就成为矛盾的主要方面而表现出各种界面现象。

为了便于比较不同物质的表面性质，提出了比表面积的概念。

比表面积（as）是指单位质量或单位体 积的物质所具有的表面积，用公式表示为： as = As / m 或 as = As / V通常用比表面积来表示物质的分散程度，即分散度。

比表面积越大，分散度越高，表面效应就越明显， 这必然对系统的物理化学性质产生影响，此时就必须考虑界面的特殊性。

这种特殊性反映出的宏观现象就 是人们观察到的界面现象，其具体体现就是界面张力。

§ 8.11．液体的表面吉布斯函数和表面功界面张力界面现象产生的根本原因是由于两相界面上的分子与体相分子所 处环境不同引起的，以液-气界面为例说明之。

如图 8.1.1 所示，处于液 体内部的分子，受周围各分子对它的作用力是对称的，可以相互抵消， 这些分子在液体内部运动时无须对它做功。

界面现象化学理论
界面理论包括在相界面上的各种物理、化学过程而引起的现象。

它既涉及界面区内物质的化学组成、物理结构和电子状态，又与界面两边的主体相物质的性质有关。

界面现象是研究各种不同界面的性质，随着分散度的增加，体系的比表面也相应增大，胶体的各种性质与比表面密切相关，所以对界面现象的研究就成为胶体化学的主要内容之一。

界面理论的示例：
大自然中，早晚所见到的曙光和晚霞、雨后的彩虹和光环等；日常生活中，所用的肥皂和洗衣粉的去污过程就是一种典型的界面现象，有时我们还会碰到水温低于冰点而不结冰的过冷现象、高于沸点而不沸腾的过热现象。

而在工业生产中，也常碰到废气的吸收，结晶制糖、制盐，纺织印染等许多过程，就是借助界面所具有的独特性质而得以进行的。

由于这些现象均与界面性质有关，一般又总称为界面现象。