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物理化学第10章 界面现象(修改版)


1806年,拉普拉斯(place)导出了弯曲液面 两边附加压力与界面张力和曲率半径的关系.可用 该公式解释毛细管现象。1869年普里(A.Dapre) 研究了润湿和黏附 现象,将黏附功与界面张力联 系起来。界面热力学的奠基人吉布斯(Gibbs)在 1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型,
4、新相生成 晶核生成或晶体生长是典型的新相生 成,过冷、过热、过饱和等亚稳现象产生的主要 原因也是由于新相生成。
5、泡沫乳状液 如油品乳化、破乳;泡沫灭火等。
6、润湿作用 如喷洒农药、感光乳液配制、电镀工 件的润湿及利用润湿作用 进行浮选等。
此外,在超细粉末和纳米材料的制备和粉末团聚的研 究方面,界面现象都有重要的应用。
他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化 的普遍关系式即著名的吉布斯吸附等温式。1859年, 开尔文(Kelvin)将界面扩展时伴随的热效应与界 面张力随温度的变化联系起来。后来,他又导出蒸 汽压随界面曲率的变化的方程即著名的开尔文方程。
在1913—1942年期间,美国科学家Langmuir在界面 科学领域做出了杰出的贡献,特别是对吸附、单分 子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖,被 誉为界面化学的开拓者。 界面化学的统计力学研 究是从范德华开始的。1893年,范德华认识到在界 面层中密度实际上是连续变化的。他应用了局部
A




B 相
特征:几个分子厚、 结构与性质与两侧 体相均不同
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日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关,例如: 1.汞在光滑的玻璃上呈球形,在玻璃管中呈凸形。 2.水在光滑的玻璃上完全铺展,在玻璃管中上升,呈凹形。 3. 固体表面会自动吸附其它物质。 4. 微小液滴更易于蒸发。
1、吸附 如用活性炭脱除有机物;用硅胶或活性氧 化铝脱除水蒸汽;用分子筛分离氮气和氧气;泡 沫浮选等。
2、催化作用 在多相催化中使用固体催化剂以加速 反应。如石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束 催化等。
3、表面膜 如微电子集成电路块中有重要应用的LB 膜;在生物学和医学研究中有重要意义的BL膜和 人工膜;能延缓湖泊水库水分蒸发的天然糖蛋白 膜等。
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前言:
自然界的物质有三种相态,三种相态相互接触可以 产生五种界面。所谓界面即是:两相的接触面。表面: 与气体的接触面。 物质的存在状态: 界面类型
表面现象 气 液 固
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界面不是接触两相间的几何平面!界面有一定的厚 度,所以有时又称界面为界面相 。
由上可见,界面化学所研究的是包括从宏观到微 观的相界面。无论是在科学研究中或是在工业应用 上,界面现象均有着极其广泛的应用。
• LB膜(Langmuir Blodgett film)是一种超薄有机薄膜, LB膜技术是一种精确控制薄膜厚度和分子结构的 制膜技术。这种技术是本世纪20一30年代由美国 科学家ngmuir及其学生K.Blodgett建立的一种 单分子膜沉积技术。即在水—气界面上将不溶解 的分子加以紧密有序排列,形成单分子膜,然后 再转移到固体上的制膜技术。LB膜的研究曾经一 度因二次大战而陷入低谷,直到1965年英国科学 家G.L.Gaines.Jr著了一部书,对单层和多层分子膜 作了极好的描写;德国科学家H.Kuhn开始在LB膜 中引入染料分子进行光谱研究,并开展单分子膜 组装功能LB膜和能量转移体系的研究,从此揭开 再次研究LB膜热潮的序幕.
产生表面(界面)现象的原因是什么?
是由于当物质被高度分散时,界面的质量与体相相比不可 忽略,界面的作用很明显。
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例:
பைடு நூலகம்
直径为 1cm的
直径10nm的
球型小水滴
圆球形小液滴
分成 1018个
§10.1 界面张力 §10.2 弯曲液面的附加压力及其后果
§10.3 固体表面 §10.4 液 - 固界面 §10.5 溶液表面
界面现象是自然界普遍存在的现象。胶体指的是 具有很大比表面的分散体系。对胶体和界面现象 的研究是物理化学基本原理的拓展和应用。从历 史角度看,界面化学是胶体化学的一个最重要的 分支,两者间关系密切。而随着科学的发展,现 今界面化学已独立成一门科学,有关“界面现象” 或“胶体与界面现象”的专著在国内外已有多种 版本。本课程主要介绍与界面现象有关的物理化 学原理及应用。它包括各种相界面和表面活性剂 的相关特性,界面上的各种物理化学作用,实验 的和理论的研究方法及其重要应用。对于准备考 研的同学,还应将其作为物理化学课程的一部分。
界面化学是一门既古老又年轻的科学,它是研究界 面的物理化学规律及体相与表相的相互影响关系 的一门学科。历史上对界面现象的研究是从力学 开始的,早在十九世纪初就形成了界面张力的概 念。而最早提出界面张力概念的是T.Young,
他在1805年指出,体系中两个相接触的均匀流体, 从力学的观点看就象是被一张无限薄的弹性膜所 分开,界面张力则存在于这一弹性膜中。杨还将 界面张力概念推广应用于有固体的体系,导出了 联系气—液、固—液、固—气界面张力与接触角 关系的杨氏方程。
• 最近10多年,在这种层状分子膜多种应用可能性 的好奇心驱使下,物理、化学、生物、电子等各 学科的研究人员纷纷投入.从1982年以来,已召 开了6届LB膜国际学术会议.随着微电子学、仿 生电子学及分子电子学的迅速发展,需要在分子 水平上进行功能薄膜的构筑,展开一场分子工程 的探索,而LB膜是目前进行有序分子构筑最方便、 最有效的方法和手段,这使LB膜的研究进入了一 个前所未有的活跃阶段。
自由能密度的概念,结合范德华方程,并引入半经 验修正,从理论上研究了决定于分子间力的状态方 程参数与界面张力间的关系。50年代以后,界面现 象的统计力学研究经过勃夫(F.Buff)、寇克伍德 (Kirkwood)、哈拉西玛(Harasima)等的研究 工作,取得了实质性的进展。
界面现象有着广泛的应用。主要有:
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