自然界的界面现象

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。

第十一章界面现象一、基本要求（1)理解表面张力和表面吉布斯自由能函数的概念。

(2）理解弯曲界面的附加压力概念和拉普拉斯公式及其应用.（3）理解弯曲液面的饱和蒸汽压与平面液体的饱和蒸汽压的不同；掌握开尔文方程及其应用。

（4）了解铺展和铺展系数.了解润式、接触角和杨氏方程；了解毛细管现象。

（5)理解压稳状态及新相生成。

(6）了解溶液界面上的吸附现象，正吸附和负吸附,吉布斯模型及其表面过剩物质的量的概念。

（7）了解物理吸附和化学吸附的含义和区别.(8）了解表面活性剂的特征及其应用。

（9)理解吉布斯吸附等温式。

（10)掌握兰缪尔单分子层吸附模型和吸附等温式。

（11）了解B。

E.T。

多分子层吸附定温式及其内容。

二、主要概念、定理与公式1．界面存在于两相之间的厚度约为几个分子大小（纳米级）的一薄层,称为界面层,简称界面.通常有液-气、固—气、固-液、液-液、固—固等界面,对固-气界面及液-气界面亦称为表面。

2．分散度把物质分散成细小微粒的程度，称为分散度。

通常采用体积表面或质量表面来表示分散度的大小.通常用比表面（）表示多相分散体系的分散程度.其定义为：单位体积或单位质量的物质所具有的表面积，分别用符号及表示，即：或式中，V,m分别为物质的总表面积、体积和质量。

3．界面现象凡物质处于凝聚状态,界面上发生的一切物理化学现象均称为界面现象。

如毛细管现象、润湿作用、液体过热、蒸汽过饱和、吸附作用等，同称为界面现象.4．表面自由能和表面张力（1）表面功：由于分子在界面上与在体相中所处的环境不同，所以表面组成、结构、能量和受力情况与体相都不相同。

如果把一个分子从内部移到界面（或者说增大表面积）时,就必须克服分子体系内部分子之间的吸引力而对体系做功.在温度、压力和组成恒定时，可逆的使表面积增加所需要对体系做的功叫表面功.,它是一种非体积功（W’)。

（2)表面自由能：高分散体系具有巨大的表面积，所以具有巨大的表面能。

表面自由能的广义定义为：即在相应的特征变量和组成不变的情况下，每增加单位表面积时其热力学函数的增值。

陕西师范大学物理化学精品课程第十二章 界面现象本章内容：介绍表面吉布斯自由能和表面张力的概念；固体表面吸附的兰缪尔公式和BET 公式；明确弯曲表面附加压力产生的原因，介绍杨-拉普拉斯公式和开尔文公式；了解一些常见的表面现象和表面活性剂的作用。

第一节 表面吉布斯自由能和表面张力一、表面吉布斯自由能和表面张力由于表面层分子的状咬与本体中不同，因此如果要把一个分从内部移到界面（或者说增大表面积）时，就必须克服体系内部分子这间的吸引力而对体系作功。

在温度、压力和组成恒下时，可逆地使表面积增加d A 所需要对体系做的功，叫做表面功，可以表示为A W d f γ=δ ( 12–1 )式中是比例常数，它在数值上等地当T、p 及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必体系做的可逆非膨胀功。

γ由于，所以上式又可以表示为p T,G W d f =δ A G p T,d d γ= 或 p T,AG )(∂∂=γ ( 12–2 ) 可以看出，的物理意义是：在定温不定定压条件下，可逆地增加单位表面积引起体系吉布斯自由能的增量。

单位为。

γ2m J −⋅γ称为表面吉布斯自由能或比表面能。

从另一个角度来考虑，如果观察到表面上处处存在着一种张力，称之为表面张力（surface tension ）。

它作用在表面的边界线上，垂直于边界线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的两侧，垂直于该线，沿着液面拉向两侧。

例如，把金属丝弯成U 形框架，放在肥皂膜，由于表面张力的作用，会肥可滑动的金属丝拉上去，一直到框架顶部，如在金属丝下面吊一重物W ，如果与可滑动金属丝的质量W 之和（即W +W）与向上的表面张力平衡时，金属丝就保持不同志滑动。

22W 112在图12.2中，虽然肥皂膜很薄，但和分子的大小相比，还具有一定的厚度，可以认为肥皂膜有一定的体积，在金属丝框架的正反两面具有两个表面，所以表面张力在总长度为的边界上作用，由于表面上张力的指垂直地作用于单位长度的表面边沿，并指向表面中心的力，所以肥皂膜将金属丝向上拉的力（即等于向下的重力（+）g）为2γ1W 2W 12= 2= ( + ) F l W W g γ这里称为表（界）面张力，其单位为，这是从另一角度来理解的（表面自由能的单位是，由于，所以的单位也可表示为，N 为牛顿，是力的单位，所以表面自由能也可以看作是垂直用于单位长度相界面上的力即表面张力）。