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物理化学中的表面现象与胶体化学物理化学是一门探讨物质性质变化及相关规律的学科。
与之相关的表面现象和胶体化学则是物理化学领域中一项重要的分支。
本文将从表面现象和胶体化学两个方面入手，探讨它们的基本概念、相关应用和研究意义。
一、表面现象观察一个物体，我们会发现它的表面是与外界直接接触的部分。
因此，表面现象是物质研究中一种极其普遍和重要的现象。
表面现象是指两种或两种以上介质相接触时，有特殊性质的现象出现。
在物理化学中，表面现象主要包括表面张力、毛细现象和润湿现象。
表面张力是液体表面处由于分子间作用力而表现出来的一种现象。
表面张力较大的液体在容器中形成凸面或水滴状，这种现象称为毛细现象。
液体与固体相接触时，液体能否在固体表面上均匀分布并附着称为润湿现象。
表面现象在自然界和人类生活中都有广泛应用。
例如，水平稳定的大船只是因为水面的表面张力；高楼大厦的毛细管水系统则利用了毛细现象；润滑油、乳液、涂料等都运用了润湿性质。
二、胶体化学胶体化学是涉及无色透明的小粒子（胶体）和它所处的环境之间的相互作用的学科。
胶体是介于小分子和宏观物体之间的一种存在形式，其中粒子的平均大小在1至1000纳米之间。
胶体物理包括多种胶体类型，例如溶胶、凝胶和气溶胶等。
胶体学科研究中的主要问题是如何制备胶体，以及在胶体中所表现出的各种特殊性质。
胶体的制备方法包括溶胶法、凝胶法和胶体化合物分解法等。
在胶体中存在的各种特殊现象包括布朗运动、泡沫现象和重力分选等。
胶体的应用十分广泛，例如在涂料、油墨、胶水、陶瓷、橡胶等方面都得到了广泛的应用。
另外，人类生命活动中的一些基础物质，例如蛋白质、肌肉等，都是以胶体形式存在的。
三、物理化学中的表面现象与胶体化学的关联表面现象与胶体化学之间有着密不可分的联系。
在液态物质中，固液接触面所呈现的动态变化与胶体的形成和演化密切相关。
例如，胶体粒子表面的物理化学特征决定了胶体粒子的成长和聚集行为。
此外，表面现象和胶体化学之间也有着一些实际应用。
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。
第八章 表面化学与胶体化学习 题1．在293 K 时，把半径为1×10-3m 的水滴分散成半径为1×10-6m 的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?环境至少需做功多少?已知293 K 时-1O H m mN 75.722⋅=σ。
（答案：9.15×10-4J ）解： 一滴大水滴可分散成N 个小水滴：323132313434r r r r N ==ππ小水滴的面积为： 2312244r r r N ππ=⨯，大水滴的面积为： 4π21r面积增加倍数为：9991444212121231=-=-r r r r r r πππ J 10133.9)101101101(41075.72)44(4669321231s s -----⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=∆⋅=∆πππσσr r r A G2．在298 K 时，1,2—二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液的浓度为5.9×10-3mol·L -1，计算直径为1×10-8m 的NB 微球在水中的溶解度。
已知298 K 时NB ／水的表面张力为25.7 mN·m -1，NB 的密度为1 566 kg·m -3。
（答案：2.625×10-3 mol ·dm -3）解：根据开尔文公式 ：rRT M c c 12ln0⋅=ρσ，将数值代入，得： -1338330L mol 10625.2109.54449.04449.0105.0115.298314.8156610168107.252ln ⋅⨯=⨯⨯=∴=⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----c c c3．373 K 时，水的表面张力为58.9 mN·m -1，密度为958.4 kg·m -3，在373 K 时直径为 1×10-7m 的气泡内的水蒸气压为多少?在101.325 kPa 外压下，能否从373 K 的水中蒸发出直径为1×10-7m 的气泡? （答案：99.89kPa ）解：气泡为凹面，且r = 0.5×10-7mkPa89.999858.0325.101)01427.0exp(01427.0105.01373314.84.9581018109.58212ln 0r 7330r =⨯=-⋅=∴-=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=---p p r RT M p p ρσ 因p r < p 外，故不能蒸发出直径为1×10-7m 的气泡。
第七章表面与界面第一节固体的表面一、固体表面的类型：（1）表面：一个物相和它本身蒸气（或真空）接触的分界面,即物体对真空或与本身蒸气接触的面。
如固相与气相、液相与气相的分界面等---如固体表面、液体表面。
（2）相界：一个物相与另一个物相（结构不同）接触的分界面，即结构不同的两块晶体或结构相同而点阵参数不同的两块晶体接合所形成的交界面。
(3) 晶界:不论结构是否相同而取向不同的晶体相互接触的分界面。
注意界面是一个总的名称，即两个独立体系的相交处，它包括了表面、相界和晶界。
二、固体表面的特征：（P107）1、固体表面的特点：固体表面与固体内部的结构和性质是不相同的，原因是（1）固体表面的缺陷要多得多，且复杂得多---有自身的，也有外来的。
（2）现在的材料都是高分散的粉体，其从粉碎时消耗的机械能获得的表面能十分巨大。
从块状粉磨成粉体，其表面能一般都增加上百万倍。
2、固体表面力场（P107两个力）处于内部的质点，受力是均衡的，而处在表面的质点，由于力场不平衡，因此有剩余键力，使表面有吸附作用。
这种固体表面和被吸附质点之间的作用力称为表面力。
分为：1、化学力：固体表面和被吸附质点之间发生了电子转移，形成不饱和价键产生的力。
2、物理力：即范德华力---分子引力，因固体表面形成物理吸附或表面水蒸气凝聚而产生。
又分为三种力：（P107）三、固体（晶体）表面的结构（P108）表面是指晶体与真空（或与本身蒸汽）之间的界面。
由于表面的能量较高，所以液体表面总是力图形成球形表面来降低系统的表面能；而晶体由于质点不能自由流动，只能借助离子极化、变形、重排其结构引起表面处晶格畸变来降低表面能，从而引起表面层与内部结构差异。
其差异体现在微观质点的排列状态（原子尺寸大小范围）和表面几何状态（一般显微结构范围）两个方面。
1、表面微观质点的排列状态（1）．表面对键强分布的影响：表面的存在会影响晶体内部键强的分布。
表面的键强两极分化，最强键、最弱键都分布在表面，总的结果是引起表面的表面能降低。
表面化学一、选择题1. 在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将：( )(A) 向左移动(B) 向右移动(C) 不移动(D) 左右来回移动2. 如图在毛细管内装入润湿性液体, 当在毛细管内左端加热时,则管内液体将：( )(A) 向左移动(B) 向右移动(C) 不移动(D) 因失去平衡而左右来回移动3. 对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是：( )(A) (∂γ/∂T)p> 0 (B) (∂γ/∂T)p< 0 (C) (∂γ/∂T)p= 0 (D) 无一定变化规律4. 在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大? ( )(A) 冰的大(B) 水的大(C) 一样大(D) 无法比较5. 弯曲表面上附加压力的计算公式：∆p = p' - p0= 2γ/R' 中，R' 的符号：( )(A) 液面为凸面时为正，凹面为负(B) 液面为凸面时为负，凹面为正(C) 总为正(D) 总为负6. 微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？( )(A) 微小晶体的饱和蒸气压大(B) 微小晶体的溶解度大(C) 微小晶体的熔点较低(D) 微小晶体的溶解度较小7. 在相同温度下，同一液体被分散成具有不同曲率半径的物系时，将具有不同饱和蒸气压。
以p平、p凹、p凸分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸气压，则三者之间的关系是：( )(A) p平> p凹> p凸(B) p凹> p平> p(C) p凸> p平> p凹(D) p凸> p凹> p平8. 在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现：( )(A) 水并不进入毛细管(B) 水进入毛细管并达到管内一定高度(C) 水进入毛细管并达到管的另一端(D) 水进入毛细管并从另一端滴出9. 往液体(1) 的表面滴加一滴与其不互溶的液体(2)，两种液体对空气的表面张力分别为γ1, 3和γ2, 3，两种液体间的界面张力为γ1, 2。
则液体(2)能在液体(1) 上铺展的条件为：( )(A) γ1, 2 > γ1, 3 + γ2, 3(B) γ1, 3 > γ2, 3 + γ1, 2(C) γ1, 3 < γ2, 3 + γ1, 2(D) γ1, 2 < γ1, 3 + γ2, 310. 把细长不渗水的两张白纸互相靠近(距离为d )，平行地浮在水面上, 用玻璃棒轻轻地在两纸中间滴一滴肥皂液, 两纸间的距离将：( )(A) 增大(B) 减小(C) 不变(D) (A).(B).(C)都有可能11. 体温计打碎后，落在水泥地面上的水银基本呈球形，这说明：( )(A) γ汞＋γ汞-水泥地面＜γ水泥地面(B) γ汞＞γ水泥地面(C) γ汞＜γ水泥地面(D) γ汞＋γ汞-水泥地面＞γ水泥地面12. 水银完全不润湿玻璃表面，若将半径为5×10-5 m 的玻璃毛细管插入水银中后（水银的密度ρ = 13.6×103 kg·m-3，其表面张力γ = 0.520 N·m-1），管内水银面将：( )(A) 上升0.15 m (B) 下降0.15 m (C) 上升0.015 m (D) 下降0.015 m13. 水／油乳化剂的HLB 值的范围是：( )(A) 2-6 (B) 8-12 (C) 14-18 (D) 20-2414. 表面活性剂具有增溶作用,对增溶作用说法不正确的是：( )(A) 增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低(B) 增溶作用是一个可逆的平衡过程(C) 增溶作用也就是溶解作用(D) 增溶作用与乳化作用不同15. BET公式的最主要用途之一在于：( )(A) 获得高压下的吸附机理(B) 获得吸附等量线(C) 获得吸附等压线(D) 测定固体的比表面16. 在气-固相催化反应中常用载体，载体所起的主要作用，下列哪一条是不存在的？( )(A) 提高催化剂的机械强度(B) 增大催化剂的活性表面以节约用量(C) 改善催化剂的热稳定性(D) 防止催化剂中毒17.在催化剂M0表面上吸附NH3分子进行分解反应（对产物不吸附），并且表面反应为速控步，当NH3压力很大时，该反应的半衰期公式为：( )(A) t12= (ln2)/k(B) t12= 1/(kp0) (C) t12= k(p0)1/2(D) t12= p0/2k二、填空题1.界面吉布斯自由能和界面张力的相同点是; 不同点是。
2.从表面热力学的角度看，比表面吉布斯自由能表达式是，其单位为，从力学平衡角度看，表面张力是；，其单位为。
3.液态汞的表面张力γ= 0.4636 N·m-1 + 8.32×10-3 N·m-1·K-1·T - 3.13×10-7 N·m-1·K-2·T2在400 K 时，汞的（∂U/∂A）T, V = 。
4.液滴越小，饱和蒸气压越；而液体中的气泡越小，气泡内液体的饱和蒸气压越。
5. 300 K 时，水的表面张力γ= 0.0728 N·m-1，密度ρ为0.9965×103 kg·m-3。
在该温度下，一个球形水滴的饱和蒸气压是相同温度平面水饱和蒸气压的 2 倍，这个小水滴的半径是m。
6.室温时，水在一根粗细均匀的玻璃毛细管中，将上升到高度h，如将毛细管折断至h/2处，水将沿壁升至_ 处，此时管中水面的曲率半径将。
7.在298 K时，正丁醇水溶液表面张力对正丁醇浓度作图，其斜率为-0.103 N·m-1·mol-1·kg，正丁醇在浓度为0.1 mol·kg-1时的表面超额Γ为：。
8.苯不溶于水而能较好地溶于肥皂水是由于肥皂的作用。
9.氧气在某固体表面上的吸附，温度400 K 时进行得较慢，但在350 K 时进行得更慢，这个吸附过程主要是化学吸附还是物理吸附？。
10.一般说来，物理吸附的吸附量随温度增高而，化学吸附的吸附量随温度增高而先增加，后降低。
11.从吸附的角度考虑催化剂的活性取决于；一个良好的催化剂应是。
12.气－固表面反应有两种反应历程，其中Langmuir - Hinshelwood 历程是研究；反应，Langmuir - Rideal 历程是研究。
反应。
13. 就吸附的本质来说，物理吸附的作用力是；化学吸附的作用力是。
14. 接触角θ90o，固体能被液体所润湿，θ90o，固体不能被液体所润湿（填大于或小于）。
三、计算题1. 298 K时，水-空气的表面张力γ= 0.07197 N·m-1，(∂γ/∂T)p, A= -1.57×10-4 N·m-1·K-1，试计算298 K，标准压力p∃下，可逆地增大2×10-4 m2的表面积时，体系所做的功（假设只做表面功），体系的∆G，∆H和∆S及体系所吸收的热量Q r。
2. 已知水在293 K 时的表面张力γ= 0.07275 N·m-1, 摩尔质量M= 0.018 kg·mol-1,密度ρ= 103 kg·m-3。
273 K 时水的饱和蒸气压为610.5 Pa，在273 – 293 K 温度区间内水的摩尔气化热∆Vap H m= 40.67 kJ·mol-1，求293 K 水滴半径R′= 10-9 m时，水的饱和蒸气压。
3. 在正常沸点时，如果水中仅含有直径为10-6 m 的空气泡，问这样的水开始沸腾，需过热多少度？水在373 K 时的表面张力γ= 0.05890 N·m-1，气化热∆Vap H m= 40656 J·mol-1。
4. 已知293 K 时，乙醚在水上其间的界面张力为1.070×10-2 N·m-1, 它们的表面张力分别为γ(乙醚)= 1.710×10-2 N·m-1, γ(H2O)= 7.275×10-2 N·m-1, 用计算方法说明：一滴乙醚在水面上及一滴水在乙醚面上的铺展情况。
5. 将内径为1× 10 -4m 的毛细管插入水银中，问管内将下降多少? 已知在该温度下水银的表面张力为0.48N.m-1，水银的密度为13.5×103Kg.m-3，重力加速度g = 9.8 m.s-1，设接触角近似等于180゜。
6. 291 K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力γ与活度a的关系式可以表示为：γ/γ0= 1 + blg(a/A + 1)，γ0是水的表面张力（γ0= 0.07286 N·m-1），常数A因不同酸而异，b = 0.411 。
试求：(1) 服从上述方程的脂肪酸吸附等温式(2) 在表面的一个紧密层中（a >> A），每个酸分子所占据的面积为若干？7. 在一定温度下，N2在某催化剂上的吸附服从Langmuir 方程，已知催化剂的比表面为21.77 m2·g-1，N2分子的截面积为16×10-20 m2。
当平衡压力为101325 Pa 时，每克催化剂吸附N2的量为 2 cm3(已换算成标准状态)，问要使N2的吸附量增加一倍，则平衡压力为多大？8. 用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir 吸附等温式，在273 K 时，饱和吸附量为0.0938 m3·kg-1。
已知CHCl3的分压为13.4 kPa 时的平衡吸附量为0.0825 m3·kg-1.试计算：(a) Langmuir 吸附等温式中的常数a(b) CHCl3的分压为6.67 kPa 时的平衡吸附量。
四、问答题1. 在一筒内有半径不同的玻璃毛细管，筒内充满水蒸气，慢慢推动活塞使筒内压力逐渐增大，水将在毛细管内凝结，试问在何种毛细管内水先凝结？2. 对半径为R' 的球形液滴，在温度T时，其表面张力为γ，表面积为A试求(∂γ/∂p)T, A 的表示式。
3. 若天空中小水滴要起变化，一定是其中的较大水滴先进行蒸发，水蒸气凝结在小水滴上，使大小不等的水滴趋于相等。
这种说法对吗？为什么？4. 由曲率半径的正、负号，比较在一定温度下，凸的弯月面，凹的弯月面的蒸气压p与平面液体的饱和蒸气压p*的相对大小。
5. 玻璃管两端各有一大一小肥皂泡，若将中间的活塞打开使两气泡相通，将发生什么变化? 到何时小肥皂泡不再变化？6. 请列举出表面活性剂的几种重要作用。
胶体化学一、选择题1. 在稀的砷酸溶液中，通入H2S 以制备硫化砷溶胶(As2S3)，该溶胶的稳定剂H2S，则其胶团结构式是：( )(A) [(As2S3)m·n H+,(n-x)HS-]x-·x HS-(B) [(As2S3)m·n HS-,(n-x)H+]x-·x H+(C) [(As2S3)m·n H+,(n-x)HS-]x-·x HS-(D) [(As2S3)m·n HS-,(n-x)H+]x-·x H+2. 溶胶有三个最基本的特性, 下列不属其中的是：( )(A) 特有的分散程度(B) 不均匀(多相)性(C) 动力稳定性(D) 聚结不稳定性3.下列诸分散体系中，Tyndall 效应最强的是：( )(A) 纯净空气(B) 蔗糖溶液(C) 大分子溶液(D) 金溶胶4. (1) 超显微镜在胶体研究中起过重要作用，它的研制是利用的原理是：( )(A) 光的反射(B) 光的折射(C) 光的透射(D) 光的散射5. 为直接获得个别的胶体粒子的大小和形状，必须借助于：( )(A) 普通显微镜(B) 丁铎尔效应(C) 电子显微镜(D) 超显微镜6. 使用瑞利(Reyleigh) 散射光强度公式，在下列问题中可以解决的问题是：( )(A) 溶胶粒子的大小(B) 溶胶粒子的形状(C) 测量散射光的波长(D) 测量散射光的振幅7. 溶胶的聚沉速度与电动电位有关, 即: ( )(A) 电动电位愈大，聚沉愈快(B) 电动电位愈小，聚沉愈快(C) 电动电位为零，聚沉愈快(D) 电动电位愈负，聚沉愈快8. 对电动电位的描述错误的是：( )(A) 电动电位表示了胶粒溶剂化层界面到均匀相内的电位(B) 电动电位的值易随少量外加电解质而变化(C) 电动电位的绝对值总是大于热力学电位(D) 电动电位一般不等于扩散电位9. 胶体粒子的Zeta 电势是指：( )(A) 固体表面处与本体溶液之间的电位降(B) 紧密层、扩散层分界处与本体溶液之间的电位降(C) 扩散层处与本体溶液之间的电位降(D) 固液之间可以相对移动处与本体溶液之间的电位降10. 将含0.012 dm3 NaCl 和0.02 mol·dm-3 KCl 的溶液和100 dm3 0.005 mol·dm-3的AgNO3液混合制备的溶胶，其胶粒在外电场的作用下电泳的方向是: ( )(A) 向正极移动(B) 向负极移动(C) 不作定向运动(D) 静止不动11. 外加直流电场于胶体溶液，向某一电极作定向运动的是：( )(A) 胶核(B) 胶粒(C) 胶团(D) 紧密层12. 向FeCl3(aq) 中加入少量氨水，可制备稳定的氢氧化铁溶胶，此时胶体粒子带电荷情况为：( )(A) 总是带正电(B) 在pH 较大时带正电(C) 总是带负电(D) 在pH 较大时带负电13. 在大分子溶液中加入大量的电解质, 使其发生聚沉的现象称为盐析, 产生盐析的主要原因是：( )(A) 电解质离子强烈的水化作用使大分子去水化(B) 降低了动电电位(C) 由于电解质的加入，使大分子溶液处于等电点(D) 动电电位的降低和去水化作用的综合效应14. 对于有过量的KI 存在的AgI 溶胶，下列电解质中聚沉能力最强者是：( )(A) NaCl (B) K3[Fe(CN)6] (C) MgSO4(D) FeCl315. As2S3负溶胶，若用AlCl3使其聚沉，所需AlCl3的最小浓度约为0.093 mol·m-3，若改用Al2(SO4)3聚沉，所需最小浓度约为：( )(A) 0.188 mol·m-3(B) 0.094 mol·m-3(C) 0.047 mol·m-3(D) 0.00013 mol·m-316. 下列四种电解质KCl，Na2SO4，MgSO4，K3[Fe(CN)6] ，对Fe2O3溶胶的聚沉能力大小次序为：( )(A) KCl ＞Na2SO4 ＞MgSO4 ＞K3[Fe(CN)6] (B) K3[Fe(CN)6]＞MgSO4 ＞Na2SO4 ＞KCl(C) K3[Fe(CN)6]＞Na2SO4 ＞MgSO4＞KCl (D) Na2SO4 ＞K3[Fe(CN)6]＞KCl＞MgSO417. 混合等体积的0.08 mol·dm-3 KI 和0.1 mol·dm-3 AgNO3溶液，得到一溶胶体系，分别加入(1) MgSO4；(2) CaCl2；(3) Na2SO4，则其聚沉能力大小是：( ) (A) (1)＞(2)＞(3) (B) (2) ＞(1) ＞(3) (C) (3) ＞(1) ＞(2) (D) (3) ＞(2) ＞(1)18. 对于Al(OH)3溶胶，逐滴加入适量的盐酸稀溶液，溶胶产生的现象将是：( )(A) 无明显现象(B) 溶胶先沉淀，然后逐渐溶解(C) 立即溶解(D) 产生沉淀，且不溶解19. 乳状液是由哪个分散体系组成? ( )(A) 两种互不相溶的液体(B) 固体加液体(C) 两种互溶的液体(D) 多种互溶的液体20. 以下诸因素中, 哪一个不是乳状液呈油/水型或水/油型的主要因素? ( )(A) 乳化剂的性质(B) 两种液体的互溶程度(C) 两种液体的相对体积(D) 温度二、填空题1. 用NH4VO3和浓HCl 作用，可制得稳定的V2O5溶胶，其胶团结构是：。
