表面化学1
213页1、2018/11/27,Shenming,1,绪论,研究对象 一般而言,我们指的胶体化学指的是界面化学和分散体系的物理化学的总称. 胶体的概念是英国科学家Graham最早提出来的.1861年Graham研究各种物质在水溶液中的扩散性质.他的方法很简单,把一个羊皮纸袋固定在一个玻璃,溶液,水,羊皮纸,筒上,筒内装着要试验的溶液,试验水中有多少溶质,就可以确定溶质透过羊皮纸的扩散速度.溶质透过羊皮纸(半透膜)的过程称为渗析,Graham发现有些物质如糖,2018/11/27,Shenming,2,绪论,盐等扩散快,能透过羊皮纸.而另一类如明胶,淀粉, AL(OH)3等扩散缓慢,不能或艰难透过羊皮纸.前一类物质溶剂蒸发时形成晶体.而将后一类物质称为胶体(colloid) Graham的实验开创了对胶体的系统研究.但他关于“晶体”和“胶体”的分类切却是错误的,后来科学家发现,任何物质均可成晶体状态,亦可成胶体状态.例如NaCL在水中为晶体,(真溶液),而在酒精中形成胶体溶液.因此晶体与胶体并不是两类物质,而是物质的两种不同的存在形式.由扩散慢和不能透过羊皮纸(半透膜)这些特性推断胶体溶液中的质点
2、不是以小分子,而是以大粒子的形式分散在介,2018/11/27,Shenming,3,质中.即胶体是物质以某种分散程度分散在介质中 形成的分散体系.(0.1-1m即10-7-10-9 m),界面化学就是研究界面的物理化学规律的一门学科。 胶体本身也是多相体系,故此,研究界面化学可以 帮助我们深入了解胶体的性质。,2018/11/27,Shenming,4,7.界面现象,2018/11/27,Shenming,5,7. 界面现象,界面(interface)是指两相间接触的交界部分。 界面并非是一个没有厚度的几何平面,而是在两相间的一个具有约几个分子厚度的三维空间,即界面层,这个界面层就是所谓的“界面相”。 常见的界面有气-液、气-固、液-液、液-固和固-固界面等五种类型。习惯上把有气体参与构成的界面称为表面。,2018/11/27,Shenming,6,7. 界面现象,常见界面,1. 气-液界面,2018/11/27,Shenming,7,7. 界面现象,2. 气-固界面,2018/11/27,Shenming,8,7. 界面现象,3. 液-液界面,2018/11/27,Shenming
3、,9,7. 界面现象,4. 液-固界面,2018/11/27,Shenming,10,7. 界面现象,5. 固-固界面,2018/11/27,Shenming,11,7. 界面现象,由于界面层的分子与体相中的分子周围环境不同,即分子的受力状况不同,体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的,各个方向的力彼此抵销;,但是处在界面层的分子,一方面受到体相内相同物质分子的作用,另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用,其作用力未必能相互抵销,因此,界面层会显示出一些独特的性质而产生种种界面现象。,2018/11/27,Shenming,12,7. 界面现象,对于单组分体系,这种界面特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同;对于多组分体系,则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。,最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。,2018/11/27,Shenming,13,7. 界面现象,液体内部分子所受的力可以彼此抵销,但表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小(因为气相密度低),所以表面分子受到被拉入体相的作用力。,这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并使表面层显
4、示出一些独特性质,如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。,2018/11/27,Shenming,14,7. 界面现象,(7.0.1),式中S代表体积为V的物质所具有的表面积,所以比表面S0就是单位体积(或用单位质量)的物质所具有的表面积,其数值随着分散粒子的变小而迅速增加。,对于多相分散体系的分散程度常用比表面(S0)来表示,其定义为,物质界面层的一些特性对于物质其他方面的性质也会有所影响,而且随着体系分散程度的增加其影响更为显著。,2018/11/27,Shenming,15,7. 界面现象,把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小,则分散度越高,比表面也越大。,例如,把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时,比表面增长情况列于下表:,2018/11/27,Shenming,16,7. 界面现象,从表上可以看出,当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时,比表面增长了一千万倍。,可见达到nm级的超细微粒(纳米粒子)具有巨大的比表面积,因而具有许多独特的表面效应,纳米颗粒已成为新材料和多相催化方面的研究热点。,2018/11/2
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