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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。
胶体: 指具有高度分散的分散体系（亦是研究对象），分散相可以是一相和多相，粒子大小通常为10－7～10－9m之间.胶体的研究内容：表面现象、分散体系、高分子溶液。
表面能δ：恒温恒压下，可逆地增加单位表面积，环境对体系所做的功，单位J·m-2。
表面张力δ：单位长度液体表面的收缩力，单位N·m-1（或mN·m-1）l aplace方程：球面，则R1=R2=R，ΔP=2σR 柱面，则R1=R，R2=∞，ΔP=σ/R 球形气泡，且R1=R2=RΔP=4σ/R表面过剩：界面相与体相的浓度差。
接触角：固液气三相交点处作气液界面的切线，此切线与固液交界线之间的夹角θ。
Gibbs吸附公式：（双组分体系）固体表面张力：新产生的两个固体表面的表面应力之和的一半。
固体表面能：指产生一平方厘米新表面所消耗的等温可逆功。
Laugmuir理论：假设被吸附分子间无作用力，因而分子脱附不受周围分子的影响。
只有碰撞在空间表面的分子才有可能被吸附（单分子层吸附）。
固体表面是均匀的，各处吸附能相同。
BET理论的基本假设：①固体表面是均匀的，同层分子（横向）间没有相互作用，分子在吸附和脱附时不受周围同层分子的影响。
②物理吸附中，固体表面与吸附质之间有范德华力，被吸附分子间也有范德华力，即吸附是多分子层的。
影响溶液中吸附的因素：吸附剂：溶质、溶剂三者极性的影响；温度：溶液吸附也是放热过程，一般T上升，吸附下降；溶解度：吸附与溶解相反，溶解度越小，越易被吸附；同系物的吸附规律一般随C-H链的增长吸附有规律的增加和减少。
Trube规则；吸附剂的孔隙大小；吸附剂的表面化学性质，同一类吸附剂由于制备条件不同，表面活性相差很大，吸附性能也会有很大差异；混合溶剂的影响，色谱法中使用混合溶剂，洗提效果比单纯溶剂好，若自极性相同的混合溶剂中吸附第三组份，等温线界于两单等温线之间；若自极性不相同的混合溶剂中吸附第三组份，吸附量比任何单一溶剂中少，混合溶剂极性一致或不一致情况不同；多种溶质的混合溶液；9、盐的影响，盐的存在通过影响溶质的活度系数、溶解度、溶质的电离平衡而影响吸附。
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 《表面现象与分散系统》一、选择题1．在一般情况下不考虑表面的存在对系统性质的影响是因为（ ）。
A. 表面状态复杂；B. 表面不重要；C. 表面分子数比内部分子少得多，表面效应不明显；D. 表面分子与内部分子状态一样。
2． 在一支水平放置的洁净的玻璃毛细管中有一可自由移动的水柱，今在水柱右端微微加热，则毛细管内的水柱将（ ）。
A. 向右移动；B. 向左移动；C. 不移动；D. 条件不足，无法判断。
3．等温等压条件下的润湿过程是：（ ）。
A. 表面吉布斯自由能降低的过程；B. 表面吉布斯自由能增加的过程；C. 表面吉布斯自由能不变的过程；D. 表面积缩小的过程。
4．若某液体在毛细管内呈凹液面，则该液体在该毛细管中将（ ）。
A. 沿毛细管上升；B. 沿毛细管下降；C. 不上升也不下降。
D. 条件不足，无法判断5．液体在能被它完全润湿的毛细管中上升的高度反比于（ ）。
A. 空气压力；B. 毛细管半径；C. 液体表面张力；D. 液体粘度。
6．当表面活性剂加入溶剂中后, 产生的效果是（ ）。
A. /0d dc σ< 正吸附；B. /0d dc σ> 正吸附；C. /0d dc σ< 负吸附； D . /0d dc σ> 负吸附。
7．在影响物质表面张力的因素中，下列说法哪个不对?（ ）。
A. 与压力有关；B. 与温度有关；C. 与共存相有关；D. 与表面积有关。
8． 空气中有一肥皂泡, 直径为2mm, 若其表面张力为0.06 N· m -1, 则泡内附加压力为（ ）。
A. 0.06×103 Pa ；B. 0.24×103 Pa ；C. 0.12 ×103 Pa ；D. 0.48×103 Pa 。
9．对于一理想的水平液面，下列各量中，何者为零？（ ）。
A. 表面张力；B. 表面能；C. 附加压力；D. 比表面能。
10．对于化学吸附的描述, 以下说法中不正确的是（ ）。
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。
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:4. 在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大5. 弯曲表面上附加压力的计算公式：•巾=p' - p o= 2 /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?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：()表面化学(A) (/ 汀)p> 0 (B) (/ 汀)P< 0 (C) (：7汀)p= 0 (D) 无一定变化规律(A)冰的大(B) 水的大(C) 一样大(D)无法比较(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(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1,3和2, 3,两种液体间的界面张力为讲,2。
则液体（2）能在液体（1）上铺展的条件为：（）（A）1,2 > 1,3 + 2, 3 （B）1,3 > 2, 3 + 1,2 （C）1,3 < 2, 3 + 1,2 （D）1,2 < 1,3 + 2, 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）汞+ 汞一水泥地面V 水泥地面(B)汞> 水泥地面（C）汞V水泥地面(D)汞+ 汞一水泥地面> 水泥地面12. 水银完全不润湿玻璃表面，若将半径为5 X10-5 m的玻璃毛细管插入水银中后（水银的密度P = 13.6 1区3kg m-3，其表面张力V = 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（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：（）0/2k(A) 11 = (In 2)/ k (B) t 丄=1/(kp°) 0、1/2(C) tj = k(p ) (D) ti = p二、填空题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 ______________仆-1 -3-1 _1 _7 -1 -2 2 ,=0.4636 N -m + 8.32 10 N-m K T - 3.13 >10 N -m K T 在 400 K时，汞的 （£U/律）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Y = 0.0728 N m -1，密度P 为0.9965 XI03 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 _______________ 。
-1 -17.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 mol kg ，正丁醇在浓度为 0.1 mol kg -1时的表面超额-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？ ________________________ 。
加，后降低。
是 ______________________________1.界面吉布斯自由能和界面张力的相同点是不同点3.液态汞的表面张力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, Lan gmuir - 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14. ______________ 接触角9 90°，固体能被液体所润湿，9 90°,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¥= 0.07197 N m-1,（列刃）口A= -1.57 V0'4 N -m"1 K-1，试计算298 K, 标准压力p下，可逆地增大2X10'4 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Qr。
1 1 32. 已知水在293 K时的表面张力=0.07275 N -m',摩尔质量M = 0.018 kg mol"，密度= 10 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 .沁ap H m= 40.67 kJ mol'1，求293 K水滴半径R' = 1'0m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 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=0.05890 N m'1，气化热gp H m = 40656 J mol'1。
2 14. 已知293 K时，乙醚在水上其间的界面张力为 1.070 X0' N m',它们的表面张力分别为（乙醚）=1.710杓'2 N m'1, （H2O）= 7.275 W2 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 X10 '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 xi03Kg.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与活度a的关系式可以表示为：/0= 1 +blg（a/A + 1）,花是水的表面张力（'0= 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16X10'20 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CHCl 3,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） CHCl 3的分压为6.67 kPa时的平衡吸附量。
