专题讲解-界面现象-胶体化学
专题讲解-界面现象-胶体化学
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：
A
=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。
边长 l/cm 立方体数表面积A/cm2比表面
A
/cm-1
线性大小与此相近的体系
1 1 6 6 ——10-11036×10 6×10 ——
F=2γl (2)
这里称为表（界）面张力。表面自由能的单位为 J·m-²。由于J=N·m ，所以γ的单位可表示为 N·m-1，N为牛顿，是力的单位，所以表面自由能也可以看作是垂直于单位长度相界面上的力，即表面张力。
下表是一些纯物质及液-液界面的张力。
液体温度
T/K γ/N·m-1液体温度
T/K
γ/N·m-1
水293 0.07288
298 0.07214
303 0.07140
二甲亚砜293 0.04354 四氯化碳298 0.02643 二甲基苯胺293 0.03656 甲醇293 0.02250 硝基甲烷293 0.03266 乙醇293 0.02239 苯293 0.02888 303 0.02155
303 0.02756 辛烷293 0.02162
甲苯293 0.02852 庚烷293 0.02014 氯仿298 0.02667 乙醚298 0.02014 丙酸293 0.02669 全氟甲基环
已烷
293 0.01570 丁酸293 0.02651 全氟庚烷293 0.01319 氦He 1 0.000365 氩Ar 90 0.01186 氢H220 0.00201 甲烷110 0.01371 D220 0.00354 氧O277 0.01648 氮N275 0.00941 乙烷180.6
弯曲表面下的附加压力和蒸气压
1、弯曲表面下的压力
由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体于平面不同，它受到附加的压力（Ps）。
*. 如果液面是水平的，则表面张力f也是水平的。当平衡时，沿周界的表
。
面张力互相抵消。此时液体表面内外压相等，而且等于表面上的外压力P
*. 如果液面是弯曲的，则沿AB周界面上的表面张力f不是水平的。当平衡时，表面张力将有一合力。
Δ当液面为凸形时，合力指向液体内部。表面内部的液体分子所受压力必大于外部压力。
Δ当液面为凹形时，合力指向液体外部。液体内部的压力将小于外面的压力。
2、亚稳状态与新相生成
1）. 亚稳状态
一定温度下，当蒸气分压超过该温度下的饱和蒸气压，而蒸气仍不凝结的现象叫蒸气的过饱和现象（supersaturated phenomena of vapor)，此时的蒸气称为过饱和蒸气（supersaturated vapor）。
在一定温度、压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下的溶质的溶解度，而溶质仍不析出的现象叫溶液的过饱和现象（supersaturated phenomena of solution），此时的溶液称为过饱和溶液（supersaturated solution）。
在一定压力下，当液体的温度高于该压力下的沸点，而液体仍不沸腾的现象，叫液体的过热现象（superheated phenomena of liquid），此时的液体称为过热液体（superheated liquid）。
在一定压力下，当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点，而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象（supercooled phenomena of liquid），此时的液体称为过冷液体（supercooled liquid）。
上述过饱和蒸气、过饱和溶液、过热液体、过冷液体所处的状态均属亚稳状态（metastable state）。它们不是热力学平衡态，不能长期稳定存在，但在适当的条件下能稳定存在一段时间，故称为亚稳状态。
2）. 新相生成的热力学与动力学原
理
亚稳态之所以能够出现，有热力学和动力学两方面的原因。
从热力学上看，上述所有过程都涉及从原有的旧相中产生新相的过程，使原有的一般热力学系统变成一个瞬间存在的高度分散系统。用dG = —
SdT+Vdp+γdA s（纯液体为单组分系统）分析，定温、定压下上述过程dG T,p = γdA s>0，是一个非自发过程。
从动力学上看，上述过程新相核心的形成速率与新相核心的的半径有如下关系：
新相生成速率∝r2exp（-Br2）B为经验常数该式表明，新相形成速率会随r的增加而经过一个极大值，最大速率对应的 r称为临界半径（critical radius），只有能克服由临界半径所决定的能垒的那些分子才能聚到核上，而长大成新相。
人工降雨、防止暴沸、防止过饱和溶液生成细小晶粒影响过滤，从开尔文公式我们可以理解上述现象的实质——亚稳状态。
液体界面的性质
1、液体的铺展：
某液体1是否能在另一互不相溶的液体2上铺展开来，取决于各液体本
身的表面张力和(3为气相）以及两液体之间的界面张力的大小。下图是液滴1在另一液体2上的情况。
图中3为气相。设考虑三个相接界A点处的和的作用是力图维
持液滴成球型(由于地心引力可能成透镜形状)，而的作用则是力图使液体铺展开来。因此如果
则液体1可以在液体2上铺展开来。若液体2是水，则一般很大，在这种界面上，大多数有机液体1都可铺成薄
膜。
2.表面张力与溶质的关系
表面张力与溶质的关系：
水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变。
有些溶质加入水中后使溶液表面张力升高。例如无机盐、不挥发性的酸碱(如H2SO4、NaOH)等，由于这些物质的离子，对于水分子的吸引而趋向于把水分子拖入溶液内部，此时在增加单位表面积所作的功中，还必须包括克服静电引力所消耗的功，因此溶液的表面张力升高。这些物质被称为非表面活性剂。有些溶质加入水中后使溶液表面张力下降，能使水的表面张力降低的溶质都是有机物。我们习惯上把那些明显降低水的表面张力的具有两亲性质的有机化合物叫做表面活性剂。
3.两亲性质
所谓两亲分子，以脂肪酸为例，亲水的-COOH基使脂肪酸分子有进入水中的趋势，而憎水的碳氢链则竭力阻止其在水中溶解。这种分子就有很大的趋势存在于两相界面上，不同基团各选择所亲的相而定向，因此称为两亲分子。进入或“逃出”水面趋势的大小，决定于分子中极性基与非极性基的强弱对比。对于表面活性物质来说，非极性成分大，则表面活性也大。由于憎水部分企图离开水而移向表面，所以增加单位表面所需的较之纯水当然要小些，因此溶液的表面张力明显降低。
4.特劳贝(Traube)规
则
特劳贝(Traube)规则：
特劳贝在研究脂肪酸同系物的表面活性物质时发现：同一种溶质在底浓度时表面张力的降低效应和浓度成正比。不同的酸在相同的浓度时，对于水的表面张力降低效应（表面活性）随碳氢链的增长而增加。每增加一个-CH2-，其表面张力效应平均可降低约3.2倍。如下图所示：
其他脂肪醇、胺、酯等也有类似的情况。
5.γ-c曲线
稀溶液曲线的分类：
特劳贝（Traube)规则有一定的限制，不能包括所有的表面张力变化的情况。根据实验，稀溶液的曲线大致分为以下三类，如下图所示：
1. 此类曲线的特征是溶质浓度增加时，溶液的表面张力随之下降。
大多数非离子型的有机化合物如短链脂肪酸、醇、醛类的水溶液都有此行为。
2. 当溶质的浓度增加时，溶液的表面张力随之上升。
3. 这类曲线的特征是，它与曲线1不同。当溶液很稀时，溶液表面张力随浓度的增加而急骤下降随后大致不随浓度而变。
1、3类溶液的溶质都具有表面活性，能使水的表面张力下降，但3类物质（即表面活性剂）的表面活性较高，很少量就使溶液表面张力下降至最低值。
不溶性表面膜
1.单分子层表面膜
单分子层表面膜：
1765年，富兰克林（Franklin）观察到油滴铺展在水面上时，成为很薄的油层，其厚度约为2.5nm，其后，波克尔斯（Pockel）和瑞利（Rayleigh）又发现某些难溶物质铺展在液体的表面上所形成的膜，确实是只有一个分子的厚度，所以这种膜就被称为单分子层表面膜（monolayer）。
2.单分子层表面膜的利
用
单分子层表面膜的利用：
在油滴铺展过程中，如果在水面上有长度为l的非常薄的浮片，由于不溶物分子在水面上的自由运动，对单位浮片会有一种推动力，使浮片移动距离为，因此对浮片所做的功为。当浮片移动了以后，
不溶物的膜增加的面积为，所以体系的吉布斯自由能减少了，这就是体系所做的功。
其中是纯水的表面张力，是加入不溶物后的表面张力。所以
称为表面压。因为>,所以浮片被推向纯水一边。
1917年兰缪尔根据以上原理设计了直接测定表面压的仪器——兰缪尔膜天平。兰缪尔膜天平的灵敏度比一般测表面张力的灵敏度大10倍左右，例如测表面张力最好的准确度能达到0.1%，对于水可以测准到1×10-4 N·m-1，而用兰缪尔膜天平测表面压，则可以测准到1×10-5 N·m-1。
液-固界面现象
1.粘附功、浸湿功、铺展系数
1）.粘附功：
在恒温恒压可逆条件下，将气-液与气-固界面转变成液-固界面，如图所示：
设当各个界面都是单位面积时，从热力学得角度，该过程的吉布斯自由能的变化值为：
式中、和分别为气-固、气-液和液-固的表面吉布斯自由能。Wa
称为粘附功（Work of adhension),它是液、固粘附时，体系对外所做的最大功。Wa值越大，液体愈容易润湿固体，液、固界面结合得愈牢固。
对于两个同样的液面转变成一个液柱的过程，吉布斯自由能变化为：
Wc称为内聚功（Work of cohesion),是液体本身结合牢固程度的一种量度。
2）.浸湿
功：
在恒温恒压可逆条件下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气-固界面转变成液-固界面（在过程中液体的界面没有变化），如图所示：
该过程的吉布斯自由能的变化值为：
Wi称为浸湿功（Work of immersion),它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故Wi又称为粘附张力。Wi≥0是液体浸湿固体的条件。
3）.铺展系数：
铺展过程是表示当液-固界面在取代气-固界面的同时，气-液界面也扩大了同样的面积，如图所示：
在恒温恒压下可逆铺展一单位面积时，体系吉布斯自由能的变化值为：
式中S称为铺展系数（Spreading coefficient），当S≤0时，液体可以在固体表面自动铺展。
2.接触角与润湿作
用
1）.接触角
设液体在固体表面上形成液滴，形成如下图所示的液滴
到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角（contact angle)，用θ表示。它实际是液体表面张力和液-固界面张力间的夹角。接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的。从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度。
2）.润湿作用：
当、和达平衡时以下关系：
上述方程称为杨（Young)方程。从杨方程我们可以得到下列结论：
（1）如果（-）=，则cosθ=1，θ=0o，这是完全润湿的情况，在毛细管中上升的液面呈凹型半球状就属于这一类。如果（-）>，则直到θ=0o还没有达到平衡，因此杨方程不适用，但是液体仍能在固体表面铺展开来。
（2）如果（-）<，则1>cosθ>0，θ<90o，固体能为液体所润湿，见题图（a）。
（3）如果<，则cosθ<0，θ>90o，固体不为液体所润湿，如水银滴在玻璃上，见题图（b）。
根据杨方程，我们还可得到Wa、Wi、S用cosθ和的表达式：
然后根据cosθ和的实验测定值计算这些参数。
表面活性剂及其作用
1.表面活性剂
某些物质当它们以低浓度存在于一体系时，可被吸附在该体系的表面（界面）上，使这些表面的表面自由能发生明显降低的现象，这些物质被称为表面活性剂。
表面活性剂分子是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基
团所组成的有机物。它的非极性憎水基团一般是8到18碳的直链烃，因此表面活性剂都是两亲分子（amphiphilic molecule)。吸附在水表面时采用极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面定向。这种排列，使表面上不饱和的力场得到某种程度上的平衡，从而降低了表面张力（或界面张力）。
表面活性剂现在广泛应用于石油、纺织、农药、采矿、食品、民用洗涤剂等各个领域。由于工农业生产中主要是应用于水溶液，以改变水的表面活性，所以若不加以说明，就是指降低水的表面自由能的表面活性剂。
2.表面活性剂的分类与应
用
1）. 表面活性剂的分类：
表面活性剂有很多种分类方法，人们一般按照它的化学结构来分类
表面活性剂{离子型表面活性剂{
阴离子型表面活性
剂，如肥皂
RCOONa
阳离子型表面活性
剂，如胺盐
C18H37NH3+Cl-
两性表面活性剂，
如氨基酸型
R-NH-CH2-COOH
非离子型表面活性剂，如聚乙二醇
HOCH2[CH2OCH2]nCH2OH
2）. 表面活性剂的应用：
表面活性剂有广泛的应用，主要有：
（1）润湿作用（wetting action)（渗透作用）：用作润湿剂、渗透剂。（2）乳化作用（emulsification）、分散作用（dispersed action）、增溶作用（solubilization):用作乳化剂、分散剂、增溶剂。
（3）发泡作用（foaming action)、消泡作用（do any with foam):用作起泡剂、消泡剂。
（4）洗涤作用（washing action):用作洗涤剂。
3.表面活性剂的效率和有效值与其结构的关
系
表面活性剂的结构及其效率及有效值的影响：
表面活性剂的效率是指使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂
浓度。
表面活性剂的有效值是指该表面活性剂能够把水的表面张力可能降低
到的最小值。
长链而一端带有亲水基团的表面活性剂，降低水表面张力的效率很高，但在有效值上比短链的同系物或具有支链、或亲水基团在中央的同系物差得多。
离子型表面活性剂由于亲水基团在水中电离而产生了静电排斥力，所以效率不高，但其有效值也不高。
上图说明了在低浓度区间，表面张力随表面活性剂浓度的增加而急骤下降，以后逐渐平缓。此外还说明了表面活性剂的效率随链长的增加而增加，但长链的有效值比短链的同系物低。同时，低浓度时碳-12直链表面活性剂的效率比异构的带支链的表面活性剂效率高，而有效值前者比后者低。因为表面活性剂有效值的高低，一方面在很大程度上取决于憎水基团在表面活性剂分子中的粘结力，由于含同样碳原子数支链烃的粘结力比长链烃低，所以有支链憎水基团的表面活性剂与其直链的同系物相比，更能降低水的表面张力；另一方面，离子型表面活性剂的效率，还取决于两亲分子在水溶液中形成胶束的特性。
4.胶束、
CMC
胶束、CMC：
当离子型表面活性剂的浓度较低时，以单个分子形式存在，由于它的两亲性质，这些分子聚集在水的表面上，使空气和水的接触面减少，引起水的表面张力显著降低。当溶解浓度逐渐增大时，不但表面上聚集的表面活性剂增多而形成单分子层，而且溶液体相内表面活性剂的分子也三三两两的以憎水基互相靠拢排列成憎水基向里，亲水基向外的胶束。下图是形成胶束的示意图，圆部分代表亲水基，方部分代表憎水基。
形成胶束的最低浓度称为临界胶体浓度（critical micelle concentration，CMC）继续增加表面活性剂的量（即增加其浓度），超过了临界胶束浓度后，溶液表面张力不再下降，在表面张力与表面活性剂浓度的关系曲线上表现为水平线段。当达到临界胶束浓度后，胶束会争夺溶液表面上的表面活性剂分子，因而影响表面活性剂的效率。
临界胶束浓度可用各种不同的方法进行测定，而采用的方法不同，测得的CMC值也有些差别。因此一般所给的CMC值是一个临界胶束浓度的范围。在该浓度范围前后不仅表面张力有显著的变化，溶液的其他物理性质也有很大的变化，例如渗透压、电导率、去污能力等，测量这些物理性质的突变，可以得到CMC的范围。下图是某种表面活性剂的性质与浓度的关系。
5.表面活性剂的HLB
值
表面活性剂的HLB值：
比较表面活性剂分子中的亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性是一项衡量表面活性剂效率的重要指标。亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性可以有两种类型的简单的比较方法。
一种方法是：
表面活性剂的亲水性 = 亲水剂的亲水性 - 憎水基的憎水性
另一种方法是用下式来表示其亲水性：
表面活性剂的亲水性 = 亲水剂的亲水性 / 憎水基的憎水性
我们已知，如果表面活性剂的亲水基团相同时，憎水基团碳链愈长(摩尔质量愈大)，则憎水性愈强,因此憎水性可以用憎水基的摩尔质量来表示；对于亲水基，由于种类繁多，用摩尔质量来表示其亲水性不一定都合理。由于憎水基的憎水性和亲水基的亲水性在大多数情况下不能用同样的单位来衡量，所以表示表面活性剂的亲水性不用第一种相减的方法，而用第二种相比的方法来
衡量。
基于以上观点，格里芬(Griffin)提出了用
HLB(hydrophile-lipophile balance 亲水亲油平衡)值来表示表面活性物质的亲水性。
对于聚乙二醇型和多元醇型非离子表面活性剂的HLB 值计算公式为:
石蜡完全没有亲水性，HLB=0；完全是亲水基的聚乙二醇HLB=20，所以非离子型表面活性剂的HLB 介于0～20之间。 下表是表面活性剂HLB 值与性质的对应关系：
表面活性物质加水后的性质
HLB 值
应用
不分散
{
2 }
W/O 乳化剂
4 分散得不好
6
不稳定乳状分散体系
8
} 润湿剂
稳定乳状分散体系
10
半透明至透明分散体系
12
} 洗涤剂 }
O/W 乳化剂
透明溶液
{
14 16 }
增溶剂
18
除了格里芬的计算方法之外，戴维斯（Davies ）曾尝试把HLB 数目作为结构因子的总和来处理，他试图把表面活性剂结构分解为一些基因，每个基因对HLB 值都有一定的贡献。下表是一些基团的HLB 数目：
专题讲解 界面现象 胶体化学
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。如下面的例子所示： 计算公式： -δω'= γdA (1) 式中γ是比例常数，在数值上等于当T、p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系作的非膨胀功。 我们从另一个角度来理解公式(1)。先请看下面的例子。 从上面的动画可知：肥皂膜将金属丝向上拉的力就等于向下的重力（W1+W2），即为 F=2γl (2)
胶体与界面化学
绪论（2学时） 第一章胶体的制备与纯化 第二章液体的表面性质 第三章固体的表面性质 第四章表面活性物质 第五章液-液界面和固-液界面第六章胶体的动力学性质 第七章胶体的光学性质 第八章胶体的电学性质 第九章胶体的稳定性 第十章胶体的流变性
一、胶体体系及其分类 1、胶体体系 国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPAC）规定：直径在1~1000nm范围内的颗粒为胶体颗粒。含有胶体颗粒的体系称为胶体体系或胶体分散体系。 1m = 106 μm = 109 m 1nm = 10 à 系。零维量子点；纳米粒 低维一维纳米线 二维薄膜 按分散相颗粒大小分类： 粗分散体系>10-6 m (1μm) 宏观 胶体分散体系10-9 m ~10-6 m 介观 分子分散体系< 10-9 m (1nm) 微观 2.胶体体系的分类 （1）按胶体颗粒结构 ①胶体分散体系 溶胶、乳状液、泡沫、气溶胶等多相体系，具有很大的界面能，热力学不稳定，相分离后又容易恢复原状。 ②分子胶体 高分子溶液，均相体系，热力学稳定，相分离后易恢复。 ③缔合胶体 胶束溶液、液晶、微乳液等。均相体系，热力学稳定。 （2）按胶粒与介质的亲和力 ①亲液胶体---分子胶体和缔合胶体 ②疏液胶体---胶体分散体系（溶液），难溶物高度分散在介质中 （3）按分散相和分散介质的聚集状态----8大类
s.t.g. 3.胶体分散体系的特点 ①高度分散的多相体系 ②动力学稳定 ③热力学不稳定 ④巨大的比表面积 比表面积: 单位体积或质量的物体所具有的表面积。 S0 = S/V (m-1) = S/W (m2/g) 20℃,1cm3水滴分散成半径10-7cm的小水滴 S0 = 3*107（cm2/cm3） 表面分子占分子总数的90% 表面自由能218J/ cm3 二、胶体化学的研究内容 1、胶体化学研究胶体体系各种行为的科学 分散体系 胶体体系 2、内容高分子溶液 界面现象界面上发生的各种物理或化学现象，如界面电现象、 界面吸附 三、胶体化学与界面化学 共存的、“界面”有厚度 四、学科特点 胶体与界面化学 物理化学 化学 交叉学科、应用性很强、基础学科
物理化学表面现象及胶体化学总结
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。
胶体化学与表面化学小论文
胶体化学与表面化学 胶体化学是胶体体系的科学，随着胶体化学的迅速发展，它已成为一门独立的学科。这是因为有一方面由于胶体现象很复杂，有它自己独特的规律性；它在科学研究方面发挥着巨大的作用；不仅如此，它与无机化学、材料化学等相关学科也有着密切关系，如利用微乳技术制取纳米颗粒、利用溶胶—凝胶法制压电陶瓷等。 胶体体系的重要特点之一，是具有很大的表面积。任何表面，在通常情况下实际上都是界面，如水面即液体与气体的界面、桌面即固体与气体的界面等，在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象，也就是界面现象。胶体化学中所说的界面现象，不仅包括物体表面上发生的物理化学现象以及物体表面分子（或原子）和内部的有什么不同，而且还包括一定量的物体经高度分散后（这时表面积将强烈增大）给体系的性质带来怎样的影响，例如粉尘为什么会爆炸、小液珠为什么能成球、汞的小液滴在洁净玻璃上成球而水的小液滴铺展、活性炭为什么能脱色等等，这些问题都与界面现象有关。界面现象涉及的范围很广，研究界面现象具有十分重要的意义。 表面化学就是研究表面现象的一门学科，从历史角度看，表面化学是胶体化学的一个重要分支，也是其中最重要的一个部门，二者密切相关。胶体化学与表面化学内容包括胶体的制备和性质、凝胶、界面现象和吸附、乳状液的基本知识及其应用，如丁达尔现象、电泳及电渗、双电层结构和相应电位分布、双电层理论、DLVO理论、表面张力产生原因及肥皂去污等原理。 胶体的制备与性质和表面现象是胶体化学最核心内容。
胶体的制备与性质包括胶体的运动性质、光学性质、电学性质、流变性质、制备及净化方法及胶团的结构和与其相关的双电层理论及模型等相关内容：由于胶粒对光的散射作用产生了丁达尔现象；由于不同溶胶中胶粒的大小不同，使之对透过其中的光的散射、反射作用不同，故使溶胶产生各种颜色；由于胶粒带电的性质使之产生了电泳及电渗现象；由于它带电的性质又产生了双电层理论；又由于它带电的性质引出了DLVO理论及对其聚沉性的研究；在外力作用下胶体具有流变性质，所谓流变性，是指物质在外力作用下的流动和变形的性质。分散系统的流变性质非常重要。许多重要的生产问题如油漆、钻井液、陶土的成型等都与之有关，其中有牛顿流体和几种非牛顿流体，如塑性流体和触变流体。 表面现象包括液体的表面张力产生的原因（包括对毛细作用的解释）、吸附作用及五种吸附等温线、吸附剂原理及吸附剂应用的相关内容：像活性炭、分子筛之所以能够起到脱色、选择性的吸附某种特殊物质等作用，就是因为它们都具有很大的表面积。球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略，巨大的表面积使物质具有许多宏观物质不具有的特殊性质。不仅因为有巨大的表面积，孔的结构大小、吸附剂本身性质、环境的温度压力等因素对吸附作用也有重要影响。 表面活性剂在现实中有广泛的应用。如亲水或亲油表面活性剂具有增溶作用、润湿和渗透作用、乳化和破乳作用、发泡和消泡作用及去污作用。表面活性
胶体与界面化学
胶体与界面化学 1. 为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的？为什么气泡比液滴更容易破裂？ 答：假若液滴具有不规则的形状，则在表面上的不同部位，曲面弯曲方向及其曲率不同，所具有的的附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，必将迫使液滴呈现球形。 相同体积的物质，球形的表面积最小，则表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状最稳定。 半径非常小的气泡中的饱和蒸汽压比外界压力小得多，所以气泡更容易破裂。 2. 毛细现象为什么会产生？ 答：根据Kelvin公式：RTln(pr/po)=2Vγ/r，曲率半径极小的凹液面蒸汽压降低，低于饱和蒸汽压，即可以在孔性固体毛细孔中的凹液面凝结。因毛细管曲率半径极小，因此会产生毛细现象。 3. “气塞”和“气蚀”现象为什么会存在？它的危害? 答：在液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体产生大量的气泡，阻碍液体流动，这就是液压中的气塞现象 气蚀是由于流体在高速流动与压力变化条件下，与流体接触的金属面上发生洞穴状腐蚀。 二者危害：产生振动和噪声，降低机械性能。
4. 天空为什么会下雨？人工降雨依据什么原理？向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨？ 答:地面的水汽蒸发形成云，温度下降形成水滴。云中的水滴凝结到一定程度(也就是不能被上升气流支撑的时候)，就产生了降雨。 人工降雨的原理：通过一定的手段在云雾厚度比较大的中低云系中播散催化剂（AgI）破坏原有的水汽胶性稳定状态，从而达到降雨目的。 向高空抛散粉剂是为了提供凝聚中心，使形成的雨滴初始曲率半径增大，则饱和蒸汽压降低，使得水汽可以很快凝聚在固体粒子周围形成雨滴落下，这就是人工降雨。 5. 为什么会产生液体过热现象？加入沸石为什么能消除过热现象？ 答：产生机理：1）液体正常沸腾时，不仅表面气化，液体内部也自动生成微小气泡。然后小气泡逐渐长大并升至液面气化。2）但是，由于附加压力的存在，最初生成的小气泡内部压力远小于其所承受的压力（包括外压P0、液体静压力 ρgh、附加压力），小气泡不可能存在。此时，虽然达到沸腾温度，但无沸腾现象，产生液体过热现象。3）必须提高温度，使小气泡内蒸汽压等于或大于其所承受的压力，此时大量气泡产生，出现暴沸。 加入沸石（多孔硅铝酸盐），储存在沸石小孔中的空气在加热时放出，作为蒸馏时的成泡中心，可以消除过热现象。 6. 水在玻璃上能铺展，水银在玻璃上形成液滴，为什么？ 答：由Young方程γsg-γsl=γlgcosθ，θ由γsg、γsl 和γlg决定，对于指定的固体，液体表面张力越小，其在该
胶体与表面化学讲义第一章 基本概念
《胶体与界面化学》讲义 第一章基本概念 第一节胶体与表面 一、胶体与胶体分散体系 ?目前科学地将颗粒大小在10-6～10-9m这样的物质（不管其聚集状态是气态、液态还是固态）称为胶体。?胶体与其分散在其中的介质组成分散体系，介质可以是气、液和固体并与胶体颗粒间存在相界面，因此它还是高分散的多相的分散体系。 ?胶体分散体系一般是两个组分以上的多组分体系，不过也存在极为罕见的单组分胶体分散体系，这类分散体系是液体，但由于分子的热运动而出现的涨落现象，一些分子会在液态内部聚集成较大的聚集体，这种分散体系称为类胶体（iso-colloid）分散体系。 聚合物或大分子量物质 ?聚合物或大分子量物质过去也称之为胶体分散体系的物质。 ?如蛋白质，纤维素以及各种天然的和人工合成的聚合物，其尺寸也在胶体范围、并具有胶体的某些性质，比如慢扩散性，不透过半透膜，电泳行为等。 ?因此过去也把它们作为胶体与表面化学的讲解内容。但由于其迅速的发展，形成一个庞大的大分子家族，而成为一个独立学科去研究，不过它的某些理论和研究方法确系胶体的理论和研究方法。 二、表面和界面 ?表面（surface）：是指凝聚相与真空，空气或其蒸气间的交界 ?界面（interface）：是指凝聚相与其他相间的交界面。 ?水的表面张力是水的表面（与空气或蒸汽的交界面）上的表面张力，约为72.8×10-3N/m；水和苯间界面张力为35×10-3N/m；水与汞间界面张力为375×10-3N/m。 ?由此可见，界面张力值决定于相邻相的物质。 相边界上“面”的含义 ?这里所说的“面”是指相边界上的化学概念上的而非数学概念上的面。数学面只有面积而无厚度，而化学面是有一定厚度的，起码有几个分子大小的厚度。 数学面所示在面上相的性质（如密度、浓度等）发生突变是不可思议的，而化学面中相的性质逐渐变化才是可理解的。但在描述它时，由于其厚度值与两相本体尺寸比较可忽略不计近似为零。如图所示： （一）比表面能 ?随物质分散程度的增加，其表面积和比表面积要增加。物质的细分过程需要外界做功，并以表面能的形式储存于表面之上，因此物质表面分子较内部分子有更高的能量，其差值称为表面过剩自由能，或表面能。实质上是因为相中分子间作用力与两相间分子作用力的差别，或者说是两相分子间力的差别而产生的。 ?关于液体表面上的过剩自由能,可以从分子间力（范德华力）的角度分析。液体表面层分子的受力情况就不同于液体内分子的受力情况如图1-2所示：
胶体与界面化学
胶体与界面化学 一、引言 胶体与界面化学是化学科学的一个重要分支，主要研究物质在溶液中相互作用的规律和原理。这一领域的研究涉及到许多重要的应用，如涂料、化妆品、制药、农业和环境科学等。本文将介绍胶体与界面化学的基本概念、研究内容和应用领域。 二、基本概念 1、胶体 胶体是指颗粒大小在纳米到微米之间的分散体系，具有很高的分散度和稳定性。胶体中的粒子通常具有很大的比表面积和表面能，因此具有很强的吸附和反应能力。根据胶体粒子的带电情况，可以将胶体分为正电胶体、负电胶体和不带电胶体。 2、界面 界面是指不同物质之间的接触面，包括液体-气体、液体-固体和液体-液体等。在界面化学中，研究重点是界面上的分子或离子的吸附、反应和传递过程。
三、研究内容 1、胶体的制备与性质 胶体的制备方法多种多样，包括物理分散法、化学合成法和生物合成法等。研究胶体的性质（如粒度、电学性质、光学性质等）对于理解其在应用中的行为至关重要。 2、界面吸附与反应 界面上的吸附和反应是胶体与界面化学的核心研究内容之一。研究界面上的分子或离子的吸附机制和反应动力学有助于揭示界面现象的 本质。 3、胶体与界面过程的模拟与理论模型 通过计算机模拟和理论模型，可以深入理解胶体与界面过程的动力学和热力学机制。这有助于预测和优化这些过程在实际应用中的性能。 四、应用领域 1、涂料与化妆品：胶体与界面化学在涂料和化妆品领域的应用广泛，如提高涂料的耐候性和稳定性，优化化妆品的肤感和持久性等。
2、制药：在药物制备过程中，利用胶体与界面化学原理可以改善药 物的溶解度和生物利用度，提高药物的疗效和安全性。 3、农业：在农药和化肥的制备和应用过程中，利用胶体与界面化学 原理可以提高农药的附着力和渗透性，增加肥料的利用率和水溶性等。 4、环境科学：在环境保护领域，利用胶体与界面化学原理可以改善 污染物的吸附和光解效率，提高水处理和空气净化的效果。例如，纳米材料如TiO2的光催化效应可以用于光解有机污染物和消毒。通过 控制颗粒大小和表面性质，可以制备出具有高效吸附能力的多孔材料，用于水处理和空气净化。 5、生物医学：在生物医学领域，利用胶体与界面化学原理可以制备 出具有优良生物相容性和药物释放性能的纳米药物载体，用于药物输送和治疗。例如，通过生物可降解高分子材料可以制备出纳米药物载体，实现药物的精准输送和治疗。还可以通过表面修饰技术改善药物载体的生物相容性，提高其在生物体内的稳定性。 6、能源与材料科学：在能源与材料科学领域，利用胶体与界面化学 原理可以改善电池电极材料的电化学性能和稳定性。例如，通过控制颗粒大小和形貌可以提高电极材料的比容量和循环寿命；通过表面修饰技术可以改善电极材料的电导率和稳定性。还可以利用胶体与界面
界面现象与胶体
第八章界面现象与胶体 本章主要介绍气-液、气-固、液-固和液-液界面上的发生的界面现象，讨论附加压力及其引起的现象、吸附和润湿等。 介绍胶体基本性质、胶团结构和胶体的稳定性等。 简略介绍乳状液、泡沫和悬浮液等粗分散系统。 当物质以不同的相态共存时，任意两相之间的分隔面称作相的界面，简称界面。常见的界面有气-液、气-固、液-液、液-固和固-固等五种界面。其中气-液、气-固两种界面也称作表面。 发生在界面处的现象称为界面现象。 本章主要讨论发生在气-液、气-固两种界面处的现象，也称其为表面现象。 8.1 气液表面现象 8.1.1 表面现象的产生 界面并不是几何面，而是指处于两相之间，约为几个分子厚度的一层物质，故又称作界面层或界面相。界面两侧的相称作体相。界面层与体相在组成、结构、分子所处的能量状态和受力状况等方面都有明显的差别。如图8.1所示，图8.1 为液体内部分子及表面层分子受力情况示意图 体相内的分子，如分子A，受到周围分子的作用力统计地看是对称的，可相互抵消；界面层处于两体相之间，受到两相分子不同的作用，分子受力是不对称的，故界面层的分子例如分子B、C，有离开界面层进入体相的趋势，其宏观表现是界面将收缩至具有最小面积。 在相界面上的物质因为具有与体相不同的结构和性质，从而产生的物理现象和化学现象称为界面现象。 气-液和气-固界面上发生的界面现象也称为表面现象。 例如：毛细现象、润湿、吸附、多相催化等。 8.1.2 表面张力和比表面吉布斯函数 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。通常采用比表面积来表示分散度的大小，其定义为：单位质量或单位体积物质所具有的表面积，简称比表面，其数学表达式如下所示：（空两秒） A m=A/m
胶体与界面化学
1、晴朗的天空为什么是蓝色？为什么只有早上和晚上才看到霞光？ 根据瑞利散射定律，太阳光谱中的波长较短的紫、蓝、青等颜色的光最容易 散射出来，而波长较长的红、橙、黄等颜色的光透射能力很强。因此，我们看到晴朗的天空总是呈蔚蓝色 霞是由于日出和日落前后，阳光通过厚厚的大气层，被大量的空气分子散射的结果。当空中的尘埃、水汽等杂质愈多时，其色彩愈显著。如果有云层，云块也会染上橙红艳丽的颜色。 2、为什么自然界的液滴、气泡都是球状的？ 同样体积的水，以球形的表面积为最小，亦即在同样条件下，球形水滴其 表面吉布斯自由能相对为最小。气泡同理。半径极小的气泡内的饱和蒸气压远小于外压，因此在外压的挤压下，小气泡更容易破裂。 3、蒸发与扩散有何区别？ 蒸发---水由液态或固态转变成汽态，逸入大气中的过程称为蒸发。 扩散现象-- 扩散是由于微粒（原子、分子等）的热运动而产生的质量迁移现象，主要是由于密度差引起的。在扩散过程中，气体分子从密度较大的区域移向密度较小的区域，经过一段时间的掺和，密度分布趋向均匀。在扩散过程中，迁移的分子不是单一方向的，只是密度大的区域向密度小的区城迁移的分子数，多于密度小的区域向密度大的区域迁移的分子数。 扩散现象是气体分子的内迁移现象。从微观上分析是大量气体分子做无规则热运动时，分子之间发生相互碰撞的结果。由于不同空间区域的分子密度分布不均匀，分子发生碰撞的情况也不同。这种碰撞迫使密度大的区域的分子向密度小的区域转移，最后达到均匀的密度分布。 4、什么是CMC值？ 表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度（critical micell concentration，即cmc） 表面活性剂的表面活性源于其分子的两亲结构，亲水基团使分子有进入水的趋向，而憎水基团则竭力阻止其在水中溶解而从水的内部向外迁移，有逃逸水相的倾向，而这两倾向平衡的结果使表面活性剂在水表的富集，亲水基伸向水中，憎水基伸向空气，其结果是水表面好像被一层非极性的碳氢链所覆盖，从而导致水的表面张力下降。表面活性剂在界面富集吸附一般的单分子层，当表面吸附达到饱和时，表面活性剂分子不能在表面继续富集，而憎水基的疏水作用仍竭力促使疏水基分子逃离水环境，于是表面活性剂分子则在溶液内部自聚，即疏水基*在一起形成内核，亲水基朝外与水接触，形成最简单的胶团。而开始形成胶团时的表面活性剂的浓度称之为临界胶束浓度，简称cmc。当溶液达到临界胶束浓度时，溶液的表面张力降至最低值，此时再提高表面活性剂浓度，溶液表面张力不再降低而是大
胶体与界面化学
1、胶体的定义：1nm~1um 2、界面的定义：一个界面是一定的空间区域，通过这个区域体系由一相转变为另一相，这 种变化在原子或分子直径十倍或几十倍的距离上发生，即为相邻两相的界面区域。 3、表面：两相中一相为气相。 4、胶体的分类方法1：粗分散(大于100nm) 胶体分散（1~100nm）分子分散（小于1nm） 5、胶体的分类方法2：憎液胶体（电解质存在为其必要的稳定因素、对电解质的稳定性低、 为不可逆聚沉、电镜下可见、与溶剂差别小、粒子具有的电荷固定）+亲液胶体（与其相反） 6、胶体研究对象的热力学分类1、狭义胶体体系纳米分散体系（热力学不稳定、聚结过程 不可逆例子：溶胶、泡沫、悬浮液、乳状液、气溶胶）1、缔合体系（热力学稳定、聚结过程可逆例子：胶束、微乳液、脂质体）3、高分子溶液（热力学稳定、聚结过程可逆例子：淀粉/水明胶/水橡胶/己烷） 7、胶体的特点：1、巨大的比表面能（使胶体体系具有很强的吸附能力）2、物质性质的尺 寸效应（影响到体系的荧光、吸光性质、氧化还原能力） 8、胶体科学：研究不均相体系的科学，凡是在固、液、气相中含有固、液、气微粒的体系 均属胶体科学研究的范围。微粒大小在1nm~1um之间。 9、界面化学：研究物质在多相体系中表面的特性和在表面发生的物理和化学过程及其规 律。界面化学是化学学科的分支，涉及物理学、生物科学、计算机科学、药学、环境科学的多个学科。 10、几何学界面：二维无限延伸、有面积、无厚度。 11、化学界面：是一个区，在该区中从一相之性质变为邻相之性质。这种转变至少在分 子大小的距离才能表现出来。因而表面有厚度。 12、界面类型：除气/气外。 13、胶体历史发展：一个实际上错误的概念引出介观领域一个重要的科学分支。 14、现代胶体科学研究的内容：分散体系（分散体系的形成与稳定体系：气溶胶、憎 液溶胶、亲液溶液、粗分散体系（乳状液、悬液）理论：气溶胶理论、成核理论、高聚物溶液理论、胶束理论）光学性能、流变性能、纳米材料（智能流体，电、磁流变体纳米颗粒的有序排列光吸收与光散射理论、理论与想象流变学、颗粒相互作用力理论）界面现象润湿、摩擦、黏附、吸附现象五个界面（理论：表面力理论、表面层结构、分子定向理论各种吸附理论）有序组合体（溶胶有序分子组合体生物膜与仿生膜有机无机混合膜有序组合体重的物理化学反应）BLM膜，LB膜，脂质体、液晶理论（分子间相互作用力液晶理论增溶现象胶团催化定向合成）15、工业和自然界常见实例：1、作为胶体或表面活性材料而制造的产品、表面现象： 肥皂、洗涤剂、（非表面活性剂：乳化剂、稳定剂）灭草剂、杀虫剂、织物软化剂胶体想象：乳胶涂料、气溶胶、食品、化妆品和软膏、药品、墨水、上光剂、油基涂料、油和气的添加剂、胶黏剂。2、表面和胶体现象的直接应用、直接应用：表面现象（润滑、黏结、泡沫、湿润和防水）胶体现象（流变性质控制、乳化、乳液和悬浮液、钻井泥浆、电解沉积）3、天然和合成材料的纯化表面现象：三次采油、制糖、烧结、胶体现象：浮选中矿石的分离、研磨和粉碎、污物和废水处理4、生理应用表面现象：呼吸、关节润滑、液体输送中的毛细现象、动脉硬化胶体现象：输血、营养素的乳化、酶、细胞膜 16、胶体科学的应用领域：1、能源（涉及到微乳液和悬浊液的形成与稳定性研究，涉 及到分散体系流变性质的研究）2、信息材料（研究纳米颗粒、如何去组装分子，LB 膜技术、吸附理论、有序分子组合体）3、医药与仿生靶向药物治疗、超导电磁吸引
胶体与界面化学的关系及应用探讨
胶体与界面化学的关系及应用探讨胶体学是研究物质的分散状态及其相关性质的学科，胶体与界面化学是胶体学的基础。胶体学可以涵盖任何有关粒子分散的领域，同时也涉及人类日常生活及工业生产中所用的物质。例如，液体有时会渗透到属于经典纯物质领域的某个材料中，或者提高材料的某些特性，比如增强材料的稳定性。 颗粒或分子的物理与化学性质在很大程度上取决于它们的分散态，这也是界面化学的研究范围。界面化学可以研究任何两个相邻相互作用的相的交界面，因此它与多个学科有关联。胶体、材料、表面科学和生物化学都涉及界面现象。 分散粒子或分子之间的相互作用以及它们与周围介质相互作用的性质，对物质的整体性质有很大影响。在溶液中，分散粒子与周围分子之间存在各种相互作用，如静电吸引、溶剂化等。当粒子或分子非常小，它们会产生表面活性，这会影响它们与周围分子的相互作用。 在化学和生物学领域，界面化学的研究对于阐明拟态剂、生物膜和细胞的行为方式等有关生命现象方面的问题非常重要。在工
业界，这种研究几乎所有领域的生产都有应用，比如颜料、油墨、润滑剂、乳化剂、品位控制剂、特殊涂料、封装材料等。 在化学领域，关于界面化学的应用，有一些典型的例子，比如 表面活性剂。表面活性剂是水溶性有机化合物，同时具有亲水性 和疏水性。它们在水中形成胶体，防止沉淀形成，并可以制备独 特的乳液、乳剂和胶体。在日用品、个人护理产品、药物、化妆品、染料和食品中使用表面活性剂。 重要的是要了解界面化学与胶体学之间的关系。颗粒或分子的 分散在很大程度上是由界面有序性引起的。界面化学可以研究任 何两个相邻相互作用的相的交界面，因此它与多个学科有关联， 这些关联也与胶体学的研究领域相关。 例如，溶剂中的小分子与其周围的离子与粒子之间的相互作用，就可以视为界面化学，这是由于液体与气体之间作用力的不同、 相互传递的影响而导致的。这样的交界面可以提供一个平台，用 于探索溶解力与键合力之间的关系以及影响它们相互作用的因素。 更具体的，打印技术中的外层成型工艺涉及研究一种称为突触 黏手（Synapse Goo）的胶体，这种胶体具有特定粘性，可以形成
胶体与界面化学中的新理论及应用
胶体与界面化学中的新理论及应用胶体是介于大分子和小分子之间的一种物质状态。胶体物质常常具有颗粒状、液滴状、膜状、纤维状等不规则形态，其粒径在1-1000纳米之间。胶体物质在自然界、工业生产和生命体系中起着重要的作用。胶体化学是指研究介于溶液与固体之间的液态处于稳定悬浮状态的分散体系的化学与物理学科。 界面化学是研究各种界面现象及其规律的学科。界面是指两相之间的分界面、相接触面。在化学物理学的研究中，通常首先将保持不变的某个相称为基相，而界面相称为准相。界面化学的研究对象包括液-液、固-液、气-液、气-固等各种界面。界面化学是现代化学中的一个重要分支学科，常常被应用于分离技术、新材料、环保、能源等领域。 胶体与界面化学密切相关，已经产生了许多新理论和应用。其中比较突出的包括以下几个方面： 第一，超分子胶体的构建。超分子是一种特别的分子，它是由多个小分子在自组装过程中，因分子间的特殊相互作用自发地形成的巨大的分子结构。超分子胶体是指由超分子组装体或聚集体构成的分散体系。超分子胶体的形成和结构是在胶体领域中富有
活力的研究方向之一。超分子胶体聚集体应用于光学、电学等领域，在传感器、能源、生物医药等领域已经产生了多种应用。 第二，纳米颗粒的表面修饰。胶体中的粒子表面往往具有不同的化学性质，表面的性质常常决定着颗粒的聚集和分散性质。对纳米颗粒表面的修饰已经成为了纳米科学中的研究重点之一，其应用包括制备纳米材料、生物传感器、催化剂、自组装和纳米药物等领域。 第三，自组装机制的研究。自组装是指物质在特定条件下从分子或离子开始自发组装成大分子结构的过程。自组装体是目前研究的热点之一。自组装体在胶体、材料科学、纳米科学等领域的应用越来越广泛。自组装机制的研究不仅能够了解生物体如何组成膜和骨骼，而且有助于制备自组装纳米器件和新材料。 第四，有机无机杂化材料的构建。有机无机杂化材料是指有机物和无机物组成的新型材料。杂化材料结合了有机物和无机物的优点，通常具有高度的机械、热、化学稳定性和多样的功能。杂化材料在光电子、化学传感、催化和生物医药等领域有着广泛的应用前景。
胶体与界面化学
胶体与界面化学 胶体与界面化学：研究与应用 胶体和界面化学是两个看似不同，实则密切相关的科学领域。胶体主要研究的是悬浮于液体中的固体颗粒，而界面化学则关注的是不同相之间的界面行为。这两个领域都涉及到物质在纳米和微观尺度上的结构和性质，对理解复杂系统和过程具有重要意义。 关键词：胶体，界面化学，物质结构，性质，应用 一、胶体化学 胶体化学主要研究的是分散于液体中的固体颗粒，这些颗粒可以是由相同物质组成的同质颗粒，也可以是由不同物质组成的异质颗粒。胶体颗粒的大小通常在纳米到微米之间，因此它们的物理和化学性质与宏观固体有所不同。例如，由于胶体颗粒的尺寸效应，它们的光学、电学和力学性质往往表现出独特的性质。 胶体颗粒的另一个重要特性是它们的表面能。由于颗粒表面的原子或分子暴露在液体中，它们会受到一定的表面张力。这种表面张力使得胶体颗粒在受到外部刺激时能够产生变形，或者在相互之间产生聚集，从而形成具有一定结构的复合材料。 二、界面化学
界面化学主要研究的是不同相之间的界面行为，包括液体-气体、液 体-固体、固体-气体等界面。在这些界面上，物质的物理和化学性质往往与在单个相中有所不同。例如，在液体-气体界面，分子会受到 向上的表面张力，这使得液体的表面成为反应和吸附的重要场所。 在液体-固体界面，分子既受到向内的吸引力，也受到向上的表面张力。这种相互作用会导致分子在界面上的重新排列，从而形成界面层。这个界面层可以影响物质在界面的物理和化学性质，如吸附、反应、传递等。 三、胶体与界面化学的交叉领域 胶体化学和界面化学虽然各自独立，但它们在某些方面有很大的交叉。例如，在纳米材料的研究中，胶体颗粒常常被用作构建块，通过一定的组装方式来形成具有特定功能的复合材料。而在表面化学的研究中，对固体表面的修饰和改性常常需要用到胶体颗粒的技术。 此外，胶体颗粒和界面在传递和反应过程中也扮演着重要角色。例如，在催化反应中，催化剂的活性往往取决于催化剂表面的结构，而催化剂表面的结构又受到催化剂颗粒的大小和形状的影响。因此，对胶体颗粒和界面的深入研究有助于我们设计和优化催化剂的性能。 四、研究现状与前景 胶体与界面化学的研究已经涉及到许多不同的领域，包括材料科学、
胶体与界面化学的基本原理
胶体与界面化学的基本原理胶体与界面化学是研究物质界面的重要学科，其中胶体学研究的是微米级别上液体分散系统的稳定性、形态、动力学，界面化学研究的是物质界面上的化学过程。本文将探讨胶体的定义、性质、分类以及界面化学原理等方面。 一、胶体的定义与性质 胶体是指两相（即固体、液体或气体）间的一种形态，其中一种相通过分散成微小粒子的形式均匀分散在另一种相中。胶体的一般特性如下： 1、粒子尺寸：胶体的尺寸范围一般为1-1000纳米。 2、稳定性：胶体的物理性质（如电荷、表面性质等）使其形成稳定的系统，避免粒子凝聚沉降。 3、光学性质：胶体可以表现出折射、透明度等光学性质，如煤油是胶体，因为它可以产生烟雾。
4、电性质：胶体中的粒子带有电荷，可以表现出与电场相关 的性质。 5、化学性质：由于其表面性质的存在，胶体可以表现出与环 境中其他分子的化学反应，如催化反应等。 二、胶体的分类 根据胶体中分散相的物质性质和分散介质的性质，胶体可以分 为以下几类： 1、溶胶：溶胶是指分散相为分子（亦称为分子溶液），分散 介质为液体，如酒精和水的混合物。 2、胶体溶液：胶体溶液是指分散相为聚合物，分散介质为液体，如天然胶或橡胶溶液。 3、乳液：乳液是指分散相为液体，分散介质为液体，如牛奶、酸奶等。
4、凝胶：凝胶是指不易流动的胶体，其中分散相一般是聚合物，分散介质为液体，如煤油。 5、气溶胶：气溶胶是指分散相为固体或液体，分散介质为气体，如雾、烟雾、霉菌等。 三、界面化学的基本原理 界面化学是研究物质界面的化学过程，主要是两相（如油水分界面）之间物理和化学反应的研究。界面活性剂是使界面分子在界面上形成一层膜较集的化合物，使界面能量降低而使得体系稳定的物质。界面化学的原理主要有以下几点： 1、界面能：界面能是指分界面两侧之间的能量差，即表面张力。界面分子本身存在形成一层膜的趋势，因此其能量会比波动的分子间间隔大。这一差异形成了表面张力，是使体系向能量最小化方向发展的主要因素。
界面化学与胶体科学
界面化学与胶体科学 界面化学与胶体科学是一门研究物质在界面上行为的学科，它广泛应用于化学、材料科学、生物技术等领域。本文将介绍界面化学与胶体科学的基本概念、研究内容和应用前景。 一、界面化学的基本概念 界面化学是研究物质在两相界面上相互作用和传递的学科。在界面上，不同相的物质会发生各种各样的相互作用，如分子间的吸附、扩散、电荷转移等，这些过程决定了物质在界面上的性质。界面化学研究的对象包括气液、液液、固液等各种界面。 二、胶体科学的基本概念 胶体科学研究的是胶体系统，即由两种或多种物质组成的具有连续介质性质的复相系统。胶体系统的一个重要特点是存在着分子大小在1纳米到1微米范围内的颗粒。胶体科学主要研究胶体颗粒的形成、性质和应用。 三、界面化学与胶体科学的关系 界面化学和胶体科学在很大程度上是相互关联的。在胶体系统中，胶体颗粒会与界面相互作用，界面化学的理论和方法可以解释胶体系统中的界面现象；而界面化学的研究成果也为胶体科学提供了理论基础和实验手段。可以说，界面化学为胶体科学提供了基本的原理和方法。
四、界面化学与胶体科学的研究内容 界面化学与胶体科学的研究内容包括以下几个方面： 1. 界面活性剂：界面活性剂是一类能够在两相界面上降低表面张力 的物质，常见的有表面活性剂、胶体活性剂等。界面活性剂的分子结 构和特性对其在胶体系统中的应用起着重要的影响。 2. 胶体颗粒的合成和表征：胶体颗粒的形成方法多种多样，包括化 学合成、物理法合成等。同时，通过各种手段对胶体颗粒进行表征， 如粒径分布、形态特征等，可以了解其性质和应用潜力。 3. 界面现象的研究：界面现象是界面化学与胶体科学的核心内容之一。界面上的吸附、扩散、分离等过程都是界面现象，研究这些现象 可以揭示胶体系统的宏观性质。 4. 胶体的应用：胶体科学的研究成果在材料科学、化学、生物技术 等领域具有广泛的应用前景。例如，通过调控胶体颗粒的形态和结构，可以制备新型的材料，如纳米颗粒、胶体晶体等。 五、界面化学与胶体科学的应用前景 界面化学与胶体科学的研究成果在很多领域有着广泛的应用前景。 例如，在药物传递领域，通过控制胶体颗粒的性质，可以实现药物的 定向释放和靶向输送，提高治疗效果。在环境保护方面，胶体科学可 以应用于废水处理、环境监测等领域。此外，界面化学和胶体科学的 研究成果还可以应用于电子材料、纳米技术等前沿领域。 总结：
胶体与界面化学及其应用
胶体与界面化学及其应用 胶体与界面化学是一门涉及多学科交叉的科学，它研究的是介于分子集合体和大分子之间的微粒体系。胶体粒子在尺寸范围上介于原子和大分子之间，通常在1到1000纳米之间。而界面则是相邻两相（如气液、液液或固液等）的分界面，界面化学则是研究物质或物质间相邻的分界面上的物理化学性质和化学过程。 1 胶体化学的起源 胶体化学源于19世纪末的化学家Thomas Graham对比较稀少的水溶液的分离实验，实验表明了有些化合物在水溶液中可以分离出一些相对较稳定的物质，但并不是晶体，而是没有明确的形状、自然发散，但又不是纯粹的混合物的一种物质。这是胶体的最初描述。 2 胶体的基本特征 因为胶体粒子是间接可见的微观物体，很难测定其物理化学性质。因此，我们通常通过胶体的一些基本特征来描述其性质。例如分散度、溶剂含量、粒径大小、分布范围、表面功、表面离子
制积分、分子的光学散射等。其中，分散度是描述胶体分散情况 的专业术语，它包含两方面的内容：一是检测胶体微小粒子的数 量和分布情况，二是检测粒子是否相对稳定，即不发生团聚。 3 界面化学的研究对象 界面化学涉及到的研究对象是界面分子、离子及其活动。界面 分子是指界面上与分子相互作用的分子，它们的分子体积一部分 在相内，一部分在相外，因而它们的分子间相互作用自然也出现 了交叉。因此，界面化学常涉及分子间各种各样的物理化学过程。 4 界面物理化学的主要内容 界面物理化学的主要内容涵盖表面现象、表面活性剂、电化学 理论及其应用等方面。表面现象研究相邻两相（如气水、油水、 液固等）之间的表面现象（表面张力、界面等电点、分散粘度等），表面活性剂则研究活性剂分子在表面的行为（如吸附等），以及二者之间相互作用的现象与规律；而电化学理论则是研究电 化学界面系统中电化学反应，通过分析电化学反应行为来推演该 系统的整体性质，例如电极反应、溶解度分析等等。
胶体与界面化学
胶体与界面化学 胶体和界面化学是化学学科中的两个非常重要的分支，主要研 究物质的表面性质和界面现象。胶体是基于二相（固体-液体、液 体-液体、气体-液体、气体-固体）的分散体系，粒径大小在1nm 至1μm之间。而界面是指两种不同物质之间的分界面，如液体表面、气液界面、固液界面等。 胶体在我们的日常生活中经常出现，许多熟悉的物质，例如牛奶、血液、纸张、涂料、乳化油等都是胶体。从宏观上看，它们 呈现出悬浮于溶液中的微小颗粒。从微观上看，它们是由分散相 和连续相构成的，其中分散相是微小的颗粒，而连续相是包含分 散相的介质。分散相和连续相的界面称为胶体界面。由于分散相 和连续相具有不同的物理化学性质，所以胶体系统具有独特的性 质和功能。同时，胶体系统也是许多工业和生命科学应用的基础。 在胶体科学中，胶体的稳定性是一个重要的问题。胶体的稳定 性对于胶体颗粒的协同作用、胶体的转变以及物质交换过程起着 重要的作用。一些常用的稳定性机制包括DLVO理论、生物分子 作用力和电场效应等。DLVO理论是阐述胶体相互作用的基本理 论之一，该理论将胶体相互作用分为库仑相互作用和范德华力相 互作用，并进一步阐述了胶体的凝聚和稳定机制。生物分子作用
力是通过分子间的特定相互作用来影响胶体的聚集和构型变化， 其中最重要的可能是疏水作用和静电相互作用。电场效应引入背 景电场的影响，在胶体交互作用的过程中，背景电场能够影响胶 体的相互作用，使之更加复杂。 界面化学是一个研究物质表面性质和表面现象的学科，它广泛 应用于化学、物理学、材料科学等不同领域。界面的性质和现象 在许多领域中都是非常重要的，如表面活性剂、液晶、合金材料、催化剂、表面吸附等。在界面化学中，一个非常重要的概念是表 面张力。表面张力是指液体表面上分子间相互作用力造成的张力。这种力量会导致液体分子在表面聚集起来，使得表面变为一个弹 性值。表面张力是界面现象中最重要的物理性质之一，它对液滴、泡沫、生物膜等物质的稳定性起着决定性的作用。 在界面化学中，还有一个非常重要的概念是表面活性剂。表面 活性剂是化学上一类复杂的分子，它们在水和油之间起着一定的 媒介作用。表面活性剂通过吸附在界面上，降低表面张力，从而 改变表面的性质。此外，表面活性剂还可以形成胶体，提高溶解度，改善物质的可操作性。表面活性剂广泛应用于日化、医药、 食品、能源等许多领域中，具有非常广泛的前景。