膠體及界面化學(xué)

1、一些涉及膠體和表面化學(xué)的實(shí)例一些涉及膠體和表面化學(xué)的實(shí)例l分析化學(xué)中的吸附指示劑、色譜等；分析化學(xué)中的吸附指示劑、色譜等；l物理化學(xué)（無(wú)機(jī)化學(xué)）中的成核作用、過(guò)飽和、液物理化學(xué)（無(wú)機(jī)化學(xué)）中的成核作用、過(guò)飽和、液晶等；晶等；l生物化學(xué)和分子生物學(xué)中的電泳、膜現(xiàn)象、蛋白質(zhì)生物化學(xué)和分子生物學(xué)中的電泳、膜現(xiàn)象、蛋白質(zhì)和核酸等；和核酸等；l化學(xué)制造中的催化劑（界面）；潤(rùn)滑劑、粘合劑、化學(xué)制造中的催化劑（界面）；潤(rùn)滑劑、粘合劑、農(nóng)藥；農(nóng)藥；l環(huán)境科學(xué)中的氣溶膠；泡沫；污水處理；土壤修復(fù)；環(huán)境科學(xué)中的氣溶膠；泡沫；污水處理；土壤修復(fù)；l材料科學(xué)中陶瓷制品、水泥、涂料等；材料科學(xué)中陶瓷制品、水泥、涂料等；

2、l日用品中的牛奶、豆?jié){、化妝品、洗滌劑等；日用品中的牛奶、豆?jié){、化妝品、洗滌劑等；l石油工業(yè)中的油品回收、乳化；石油工業(yè)中的油品回收、乳化； 膠體與界面化學(xué)是一門密切聯(lián)系生產(chǎn)膠體與界面化學(xué)是一門密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的學(xué)科，其研究已成為許多具有重要意實(shí)際的學(xué)科，其研究已成為許多具有重要意義的義的材料工程材料工程的的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)。l世界上有世界上有50%的科學(xué)家在與界面、與膠體打交的科學(xué)家在與界面、與膠體打交道；道；l有有50%以上的產(chǎn)品屬于膠體體系。以上的產(chǎn)品屬于膠體體系。1.1.膠體與界面化學(xué)膠體與界面化學(xué)和生產(chǎn)、生活的關(guān)系和生產(chǎn)、生活的關(guān)系膠體與界面衣食住行藥材 衣（布）防水、防油免洗防水、

3、防油免洗桌桌布布防水免洗防水免洗包包防水、防防水、防塵塵、防、防靜電靜電防火、阻燃免洗布防火、阻燃免洗布 免洗沙免洗沙發(fā)發(fā)布布潤(rùn)濕與鋪展問(wèn)題（接觸角）潤(rùn)濕與鋪展問(wèn)題（接觸角） 接觸角與潤(rùn)濕作用Hgs-ll-gs-g完全不潤(rùn)濕 不潤(rùn)濕 能潤(rùn)濕 完全潤(rùn)濕接觸角接觸角(contact angle)g- ls - lg- scos 若接觸角大于90，說(shuō)明液體不能潤(rùn)濕固體，如汞在玻璃表面； 若接觸角小于90，液體能潤(rùn)濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。 表面的防水與自潔作用蓮 花 效 應(yīng)蓮 花 效 應(yīng) ： 指 蓮 葉 表 面 具 有 超 疏 水指 蓮 葉 表 面 具 有 超 疏 水(superhydropho

4、bicity)以及自潔以及自潔(self-cleaning)特性。特性。 波恩大學(xué)波恩大學(xué)的植物學(xué)的植物學(xué)家巴特洛家巴特洛特特 發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)。 表面的防水與自潔作用表面的防水與自潔作用 表面的防水與自潔作用表面的防水與自潔作用水在這些水在這些納米納米級(jí)的微小顆粒上不會(huì)向蓮葉表面其他級(jí)的微小顆粒上不會(huì)向蓮葉表面其他方向蔓延，而是形成一個(gè)個(gè)球體，這些滾動(dòng)的水珠方向蔓延，而是形成一個(gè)個(gè)球體，這些滾動(dòng)的水珠會(huì)有效帶走葉子表面的灰塵，從而清潔葉子表面。會(huì)有效帶走葉子表面的灰塵，從而清潔葉子表面。 表面的防水與自潔作用表面的防水與自潔作用超疏水狀態(tài)不沾油抹布不沾鍋 食食品添加劑、凝膠、膠體類、牛奶、豆?jié){太陽(yáng)

5、能電池薄膜太陽(yáng)電池太陽(yáng)能工廠太陽(yáng)能工廠(德國(guó)德國(guó)) 住住用非晶硅、用非晶硅、硫化鎘、硫化鎘、砷化鎵等砷化鎵等薄膜薄膜為基為基體材料的體材料的太陽(yáng)能電太陽(yáng)能電池。池。 以色列科學(xué)家發(fā)明的用汽車移動(dòng)讓街道和公路發(fā)電的方式，汽車每在公路上行駛1.6公里，可產(chǎn)生超過(guò)640千瓦電量，足以為12輛小型汽車供電。這種公路的工作方式與已經(jīng)用于倫敦夜總會(huì)的可發(fā)電舞池類似。 可發(fā)電的公路 行 藥藥物與膠體表面化學(xué)的關(guān)系藥物與膠體表面化學(xué)的關(guān)系l速效感冒膠囔為什么制成微粒狀？速效感冒膠囔為什么制成微粒狀？l微?？梢蕴岣弑缺砻娣e微?？梢蕴岣弑缺砻娣el膠囔是一種很好的親水性表面活性劑，便于胃膠囔是一種很好的親水性表面活

6、性劑，便于胃腸液對(duì)藥物的潤(rùn)濕，充分快速發(fā)揮藥物的作用。腸液對(duì)藥物的潤(rùn)濕，充分快速發(fā)揮藥物的作用。l“康泰克康泰克”，每天一片。還有一種更長(zhǎng)效的黃，每天一片。還有一種更長(zhǎng)效的黃胺類藥劑。所謂長(zhǎng)效，就是使藥物慢慢釋放，胺類藥劑。所謂長(zhǎng)效，就是使藥物慢慢釋放，逐漸被胃腸吸收，這是靠調(diào)節(jié)藥中的輔助成分，逐漸被胃腸吸收，這是靠調(diào)節(jié)藥中的輔助成分，控制控制潤(rùn)濕程度潤(rùn)濕程度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。來(lái)實(shí)現(xiàn)的。密度僅為密度僅為3.55 kg/m3，僅為空，僅為空氣密度的氣密度的2.75倍；由于它的密倍；由于它的密度極小，耐熱性極高，用于航度極小，耐熱性極高，用于航空航天方面非常合適?？蘸教旆矫娣浅：线m。常見(jiàn)的常見(jiàn)的SiO2氣

7、凝膠可在接近絕對(duì)零度氣凝膠可在接近絕對(duì)零度650的范圍內(nèi)使用，有些最高能承的范圍內(nèi)使用，有些最高能承受受1400的高溫。俄羅斯的高溫。俄羅斯“和平和平”號(hào)號(hào)空間站和美國(guó)空間站和美國(guó)“勇氣號(hào)勇氣號(hào)”火星探測(cè)器火星探測(cè)器上，都用到了氣凝膠材料作為熱絕緣上，都用到了氣凝膠材料作為熱絕緣材料。材料。 材輕如煙霧的輕如煙霧的SiO2氣凝膠氣凝膠材料與膠體界面的關(guān)系材料與膠體界面的關(guān)系電化學(xué)與膠體表面的關(guān)系電化學(xué)與膠體表面的關(guān)系l發(fā)泡電極。發(fā)泡電極。 當(dāng)電極上通過(guò)的電流密度過(guò)大，當(dāng)電極上通過(guò)的電流密度過(guò)大，因極化造成工作電壓下降。這就希望電極表面因極化造成工作電壓下降。這就希望電極表面積越大越好，但是電池

8、體積過(guò)大，使用上受到積越大越好，但是電池體積過(guò)大，使用上受到限制。限制。l同樣是體積為同樣是體積為110-6m3的鎳塊，若將其分割的鎳塊，若將其分割為納米，比表面達(dá)為納米，比表面達(dá)6109 m2 ，對(duì)于鎳電極來(lái)，對(duì)于鎳電極來(lái)說(shuō)，真能用納米粉制造的話，同樣保持電流不說(shuō)，真能用納米粉制造的話，同樣保持電流不變，電流密度可大大下降，發(fā)泡電極就是基于變，電流密度可大大下降，發(fā)泡電極就是基于上述原理，制造成空間的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使比上述原理，制造成空間的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使比表面積大大提高。表面積大大提高。 材新的清潔能源 王中林的發(fā)電纖維 發(fā)電地毯各種納米材料的制備各種納米材料的制備 材制備納米粒子的反應(yīng)器

9、制備納米粒子的反應(yīng)器水水包油 利用不同形狀的膠束可以制備不同形狀的納米粒子。油油包水 材人工降雨，人工驅(qū)雨人工降雨，人工驅(qū)雨人工增雨，降溫節(jié)能人工增雨，驅(qū)除空氣中的灰塵人工驅(qū)雨，驅(qū)雪l高空的云是否下雨，高空的云是否下雨，不僅僅取決于云中水不僅僅取決于云中水汽的含量，同時(shí)還決汽的含量，同時(shí)還決定于云中供水汽凝結(jié)定于云中供水汽凝結(jié)的凝結(jié)核的多少的凝結(jié)核的多少。 各行各業(yè)各行各業(yè)乳化的應(yīng)用柴油加水乳化劑柴油2H O乳化油包水型第九屆全國(guó)膠體與界面化學(xué)會(huì)議暨傅第九屆全國(guó)膠體與界面化學(xué)會(huì)議暨傅鷹先生百年誕辰紀(jì)念會(huì)鷹先生百年誕辰紀(jì)念會(huì)l2002年年10月月19日日-24日，由山東大學(xué)膠體與界面化日，由山東

10、大學(xué)膠體與界面化學(xué)研究所承辦。內(nèi)容涉及：學(xué)研究所承辦。內(nèi)容涉及：1。表面活性劑的合成與物理化學(xué)性質(zhì)。表面活性劑的合成與物理化學(xué)性質(zhì);2。溶液中有序分子組合體。溶液中有序分子組合體;3。微米與納米粒子。微米與納米粒子;4。分散體系的穩(wěn)定性與流變性。分散體系的穩(wěn)定性與流變性;5。界面化學(xué)與有序分子膜。界面化學(xué)與有序分子膜;6。生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)中的膠體化學(xué)；。生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)中的膠體化學(xué)；7。新研究方法、吸附、理論計(jì)算和工業(yè)領(lǐng)域的膠體化學(xué)。新研究方法、吸附、理論計(jì)算和工業(yè)領(lǐng)域的膠體化學(xué)研究等方面的研究成果。研究等方面的研究成果。 第十三屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議第十三屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議l2011年年7月月2

11、0-25日由中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院、日由中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院、山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院聯(lián)合承辦。會(huì)議內(nèi)容：山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院聯(lián)合承辦。會(huì)議內(nèi)容：l1、兩親分子有序組合體及軟物質(zhì)；、兩親分子有序組合體及軟物質(zhì)；l2、表面活性劑與大分子之間的相互作用；、表面活性劑與大分子之間的相互作用；l3、膠體分散體系的研究新進(jìn)展；、膠體分散體系的研究新進(jìn)展；l4、界面化學(xué)與有序分子膜；、界面化學(xué)與有序分子膜；l5、生命科學(xué)和先進(jìn)材料制備中的膠體與界面化學(xué)；、生命科學(xué)和先進(jìn)材料制備中的膠體與界面化學(xué)；l6、膠體與界面化學(xué)研究中的新方法、新理論。、膠體與界面化學(xué)研究中的新方法、新理論。 第十四屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議

12、第十四屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議l由吉林大學(xué)結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承辦于由吉林大學(xué)結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承辦于2013年年7月月21日日25日在吉林省長(zhǎng)春市召開。日在吉林省長(zhǎng)春市召開。l（1）表面）表面/界面與納米結(jié)構(gòu)材料；界面與納米結(jié)構(gòu)材料；l（2）溶液中的聚集與分子組裝；）溶液中的聚集與分子組裝；l（3）軟物質(zhì)與超分子組織化體系；）軟物質(zhì)與超分子組織化體系；l（4）膠體分散與多組分體系；）膠體分散與多組分體系；l（5）膠體與界面化學(xué)中的理論問(wèn)題；）膠體與界面化學(xué)中的理論問(wèn)題；l（6）膠體與界面化學(xué)技術(shù)、應(yīng)用與產(chǎn)品。）膠體與界面化學(xué)技術(shù)、應(yīng)用與產(chǎn)品。本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容專題一專題一 液

13、體界面性質(zhì)液體界面性質(zhì)專題二專題二 固體界面性質(zhì)固體界面性質(zhì)專題三專題三 分散體系的物理化學(xué)性質(zhì)分散體系的物理化學(xué)性質(zhì)專題四專題四 表面活性劑表面活性劑專題五專題五 乳狀液與泡沫乳狀液與泡沫每個(gè)專題平均每個(gè)專題平均6 6學(xué)時(shí)。學(xué)時(shí)。圍繞以下議題開展文獻(xiàn)導(dǎo)讀圍繞以下議題開展文獻(xiàn)導(dǎo)讀l1、兩親分子有序組合體及軟物質(zhì)；、兩親分子有序組合體及軟物質(zhì)；l2、表面活性劑與大分子之間的相互作用；、表面活性劑與大分子之間的相互作用；l3、膠體分散體系的研究新進(jìn)展；、膠體分散體系的研究新進(jìn)展；l4、界面化學(xué)與有序分子膜；、界面化學(xué)與有序分子膜；l5、生命科學(xué)和先進(jìn)材料制備中的膠體與界面、生命科學(xué)和先進(jìn)材料制備中

14、的膠體與界面化學(xué)；化學(xué)；l6、膠體與界面化學(xué)研究中的新方法、新理論。、膠體與界面化學(xué)研究中的新方法、新理論。 膠體與界面化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史膠體與界面化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史l科學(xué)給人知識(shí)，歷史給人智慧?？茖W(xué)給人知識(shí)，歷史給人智慧。l 著名化學(xué)家、北京大學(xué)著名化學(xué)家、北京大學(xué) l 傅鷹教授（膠體界面化學(xué)家）傅鷹教授（膠體界面化學(xué)家）膠體界面化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科膠體界面化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科l祖先制造陶器、漢朝利用纖維造紙、后漢發(fā)明墨水、豆祖先制造陶器、漢朝利用纖維造紙、后漢發(fā)明墨水、豆腐制作等等。腐制作等等。l古埃及利用木材浸水膨脹（凝膠的溶脹原理）來(lái)破裂山古埃及利用木材浸水膨脹（凝膠的溶脹原理）來(lái)

15、破裂山巖；巖；l1777年瑞典化學(xué)家年瑞典化學(xué)家Scheele做木炭做木炭吸附吸附氣體的實(shí)驗(yàn)；氣體的實(shí)驗(yàn)；l1809年俄國(guó)化學(xué)家列伊斯發(fā)現(xiàn)土壤顆粒的年俄國(guó)化學(xué)家列伊斯發(fā)現(xiàn)土壤顆粒的電泳現(xiàn)象電泳現(xiàn)象；l1829年英國(guó)植物學(xué)家年英國(guó)植物學(xué)家Brown觀察花粉的觀察花粉的布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng);l1843年年 制備氯化銀、硫在水中的假溶液，發(fā)現(xiàn)鹽的制備氯化銀、硫在水中的假溶液，發(fā)現(xiàn)鹽的聚聚沉作用沉作用;l1859年，英國(guó)年，英國(guó)Faraday，紅色金溶膠維持，紅色金溶膠維持70多年，多年，法法拉第拉第-丁達(dá)爾效應(yīng)丁達(dá)爾效應(yīng).l1861年，英國(guó)年，英國(guó)Thomas Graham提出提出“膠體膠體”概念概念;

16、l1870年年Kelvin，顆粒曲率對(duì)蒸氣壓的影響，顆粒曲率對(duì)蒸氣壓的影響;l1883，電解質(zhì)對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響（叔采，電解質(zhì)對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響（叔采-哈代規(guī)哈代規(guī)則則Schulze-Hardy）l1902年，德國(guó)科學(xué)家證實(shí)膠粒存在布朗運(yùn)動(dòng)年，德國(guó)科學(xué)家證實(shí)膠粒存在布朗運(yùn)動(dòng);膠體化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科膠體化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科l膠體化學(xué)真正發(fā)展迅速?gòu)哪z體化學(xué)真正發(fā)展迅速?gòu)?903年開始，因年開始，因德國(guó)科學(xué)家發(fā)明超顯微鏡，肯定了溶膠的德國(guó)科學(xué)家發(fā)明超顯微鏡，肯定了溶膠的一個(gè)根本問(wèn)題一個(gè)根本問(wèn)題體系的多相性體系的多相性。l1907年年,德國(guó)德國(guó)Ostwald創(chuàng)辦第一個(gè)膠體化學(xué)創(chuàng)辦第一

17、個(gè)膠體化學(xué)刊物膠體化學(xué)和工業(yè)雜志，標(biāo)志膠體刊物膠體化學(xué)和工業(yè)雜志，標(biāo)志膠體化學(xué)正式成為一門獨(dú)立學(xué)科?；瘜W(xué)正式成為一門獨(dú)立學(xué)科。l1922年，將高分子從膠體中分出；年，將高分子從膠體中分出；l1925年，年，RA西格蒙迪西格蒙迪（德國(guó)），因創(chuàng)立膠（德國(guó)），因創(chuàng)立膠體化學(xué)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；體化學(xué)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；膠體界面化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科膠體界面化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科l1926年，年，T斯韋德貝里（瑞典），膠體化學(xué)分散系統(tǒng)研斯韋德貝里（瑞典），膠體化學(xué)分散系統(tǒng)研究；究；l1932年，年，Langmuir（美國(guó)），創(chuàng)立表面化學(xué)；（美國(guó)），創(chuàng)立表面化學(xué)；l1933年，電子顯微鏡研究，可

18、見(jiàn)到膠體的真實(shí)顆粒年，電子顯微鏡研究，可見(jiàn)到膠體的真實(shí)顆粒;以以后多種近代、現(xiàn)代儀器進(jìn)入膠體化學(xué)研究后多種近代、現(xiàn)代儀器進(jìn)入膠體化學(xué)研究, X射線、電射線、電子能譜、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡子能譜、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡l1935年、年、LB膜，進(jìn)入分子水平的組裝膜，進(jìn)入分子水平的組裝.l1948年，年，AWK蒂塞留斯（瑞典），電泳技術(shù)和吸附色蒂塞留斯（瑞典），電泳技術(shù)和吸附色譜；譜；l1982年，超分子化學(xué)年，超分子化學(xué)l1991年，液晶，有序分子組合體年，液晶，有序分子組合體l神奇的納米世界是膠體界面化學(xué)的研究領(lǐng)域之一。神奇的納米世界是膠體界面化學(xué)的研究領(lǐng)域之一。膠體界面化學(xué)是一

19、門古老而又年輕的學(xué)科膠體界面化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科膠體界面化學(xué)與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)膠體界面化學(xué)與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)l1925年，年，RA西格蒙迪西格蒙迪（德國(guó)），因創(chuàng)立膠體化（德國(guó)），因創(chuàng)立膠體化學(xué)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；學(xué)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；l1926年，年，T斯韋德貝里（瑞典），膠體化學(xué)中分斯韋德貝里（瑞典），膠體化學(xué)中分散系統(tǒng)研究；獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；散系統(tǒng)研究；獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；l1932年，年，Langmuir（美國(guó)），創(chuàng)立表面化學(xué)；（美國(guó)），創(chuàng)立表面化學(xué)；獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；l1948年，年，AWK蒂塞留斯（瑞典），電泳技術(shù)和蒂塞留斯（瑞典），電泳技術(shù)和吸附色譜；獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；

20、吸附色譜；獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；l2007年，格哈德年，格哈德埃特爾埃特爾(Gerhard Ertl)，德國(guó)，德國(guó)，固體表面化學(xué)過(guò)程研究固體表面化學(xué)過(guò)程研究. 獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；lZsigmondy，Richard Adolf德國(guó)德國(guó)化學(xué)家。化學(xué)家。1865-1929，生于奧地，生于奧地利維也納，卒于格丁根。利維也納，卒于格丁根。l1889年獲有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位。年獲有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位。l后在柏林化學(xué)研究所任研究助理，致后在柏林化學(xué)研究所任研究助理，致力于膠體化學(xué)分析。力于膠體化學(xué)分析。l18971900年，在德國(guó)某玻璃廠任職，年，在德國(guó)某玻璃廠任職，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了某些彩色玻璃的秘密

21、，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了某些彩色玻璃的秘密，如寶石紅玻璃中含有膠體金。如寶石紅玻璃中含有膠體金。l席格蒙迪席格蒙迪1903年與西登托夫一起研制年與西登托夫一起研制成功成功超顯微鏡超顯微鏡，可以觀察到一億分之，可以觀察到一億分之一米的任何微粒的形狀的散射圖像。一米的任何微粒的形狀的散射圖像。l1908年起，任格丁根大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)和年起，任格丁根大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)和膠體化學(xué)教授。膠體化學(xué)教授。l因闡明因闡明膠體溶液膠體溶液的多相性和創(chuàng)立了現(xiàn)的多相性和創(chuàng)立了現(xiàn)代膠體化學(xué)研究的基本方法而獲代膠體化學(xué)研究的基本方法而獲1925年年諾貝爾化學(xué)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 Thomas Graham is best known for:

22、lHis studies on the diffusion of gases resulted in Grahams Law, which states that the rate of effusion of a gas is inversely proportional to the square root of its molar mass. lHis discovery of dialysis透析透析, which is used in many medical facilities today, was the result of Grahams study of colloids.

23、 lThis work resulted in Grahams ability to separate colloids and crystalloids using a so-called dialyzer, the precursor of todays dialysis machine. This study initiated the scientific field known as colloid chemistry, of which Graham is credited as the founder. l中國(guó)膠體與表面化學(xué)的發(fā)展中國(guó)膠體與表面化學(xué)的發(fā)展我國(guó)著名的膠體化學(xué)家傅鷹教

24、授我國(guó)著名的膠體化學(xué)家傅鷹教授 傅鷹（傅鷹（1902-1979）福州人。膠體化學(xué)家。）福州人。膠體化學(xué)家。1954年當(dāng)選年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士。長(zhǎng)期致力于化學(xué)教學(xué)和科研工作。為中國(guó)科學(xué)院院士。長(zhǎng)期致力于化學(xué)教學(xué)和科研工作。先后編寫了膠體化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)等多種講先后編寫了膠體化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)等多種講義，出版有化學(xué)熱力學(xué)導(dǎo)論、大學(xué)普通化學(xué)等。義，出版有化學(xué)熱力學(xué)導(dǎo)論、大學(xué)普通化學(xué)等。“一種科學(xué)的歷史是那門科學(xué)一種科學(xué)的歷史是那門科學(xué)中最寶貴的一部分，科學(xué)只能中最寶貴的一部分，科學(xué)只能給我們以知識(shí)，而歷史能給予給我們以知識(shí)，而歷史能給予我們智慧我們智慧?！敝袊?guó)膠體與界面化學(xué)的發(fā)展

25、中國(guó)膠體與界面化學(xué)的發(fā)展l1954年年 傅鷹當(dāng)選院士（北京大學(xué)）傅鷹當(dāng)選院士（北京大學(xué)） 中國(guó)膠體化學(xué)的奠基人之一中國(guó)膠體化學(xué)的奠基人之一l1955年年 戴安邦當(dāng)選院士（南京大學(xué)）戴安邦當(dāng)選院士（南京大學(xué)）l中國(guó)有了第一批膠體化學(xué)畢業(yè)生中國(guó)有了第一批膠體化學(xué)畢業(yè)生l20世紀(jì)世紀(jì)90年代以前，只有北京大學(xué)、南京大年代以前，只有北京大學(xué)、南京大學(xué)、山東大學(xué)、華東師范大學(xué)有膠體學(xué)、山東大學(xué)、華東師范大學(xué)有膠體-界面化界面化學(xué)的研究機(jī)構(gòu)學(xué)的研究機(jī)構(gòu)l1983年在北京大學(xué)召開全國(guó)第一屆膠體與界年在北京大學(xué)召開全國(guó)第一屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議。面化學(xué)會(huì)議。膠體界面化學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展前景膠體界面化學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展前

26、景 膠體界面化學(xué)是一門與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合的膠體界面化學(xué)是一門與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合的學(xué)科學(xué)科.l現(xiàn)代科學(xué)儀器的發(fā)展為膠體界面化學(xué)的研究現(xiàn)代科學(xué)儀器的發(fā)展為膠體界面化學(xué)的研究提供全新的手段提供全新的手段.l近代化學(xué)和物理的成就促進(jìn)了膠體界面化學(xué)近代化學(xué)和物理的成就促進(jìn)了膠體界面化學(xué)基礎(chǔ)理論問(wèn)題的探討基礎(chǔ)理論問(wèn)題的探討.l生物物理、生物化學(xué)、環(huán)境學(xué)、地礦學(xué)、天生物物理、生物化學(xué)、環(huán)境學(xué)、地礦學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域的研究成就吸取了膠體界面化學(xué)文學(xué)等領(lǐng)域的研究成就吸取了膠體界面化學(xué)的理論和方法，同時(shí)給膠體界面化學(xué)帶來(lái)了的理論和方法，同時(shí)給膠體界面化學(xué)帶來(lái)了廣闊的研究空間廣闊的研究空間.發(fā)展前景：發(fā)展前景：1.利

27、用近代物理或化學(xué)理論解決膠體與表面化學(xué)中利用近代物理或化學(xué)理論解決膠體與表面化學(xué)中的基本理論等問(wèn)題的基本理論等問(wèn)題; 量子化學(xué)研究吸附與催化量子化學(xué)研究吸附與催化; 分形理論研究膠粒形貌等分形理論研究膠粒形貌等2. 現(xiàn)代精密儀器和方法的應(yīng)用現(xiàn)代精密儀器和方法的應(yīng)用:力學(xué)顯微鏡研究膠粒間力學(xué)顯微鏡研究膠粒間的力及表面上分子原子的形態(tài)的力及表面上分子原子的形態(tài); 能譜儀研究分子間的能譜儀研究分子間的相互作用相互作用.3. 膠體與界面化學(xué)的方法用于醫(yī)學(xué)、生理、環(huán)境、土膠體與界面化學(xué)的方法用于醫(yī)學(xué)、生理、環(huán)境、土壤、大氣、海洋湖泊等學(xué)科壤、大氣、海洋湖泊等學(xué)科（1）新產(chǎn)品開發(fā)：組裝分子器件、超細(xì)材料）

28、新產(chǎn)品開發(fā)：組裝分子器件、超細(xì)材料（2）老產(chǎn)品的升級(jí)換代：洗滌劑、化妝品、顏料、復(fù)）老產(chǎn)品的升級(jí)換代：洗滌劑、化妝品、顏料、復(fù)印碳粉等印碳粉等（3）舊工藝更新：?jiǎn)畏稚⒐虘B(tài)膠粒的制造與收集、采）舊工藝更新：?jiǎn)畏稚⒐虘B(tài)膠粒的制造與收集、采油工藝等油工藝等現(xiàn)代膠體界面科學(xué)的研究對(duì)象與研究?jī)?nèi)容現(xiàn)代膠體界面科學(xué)的研究對(duì)象與研究?jī)?nèi)容分散體系分散體系分散體系的形成與穩(wěn)定分散體系的形成與穩(wěn)定光學(xué)性能、流變性能光學(xué)性能、流變性能智能流體、電磁流變體智能流體、電磁流變體界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象潤(rùn)濕、吸附、界面潤(rùn)濕、吸附、界面電現(xiàn)象、界面雙電層電現(xiàn)象、界面雙電層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有序組合體有序組合體納米材料納米材料生物膜、仿生膜、溶

29、液生物膜、仿生膜、溶液中的有序分子組合體中的有序分子組合體思考：與界面現(xiàn)象相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題思考：與界面現(xiàn)象相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題l1、為什么自然界中液滴、氣泡總是圓形的？為什么氣泡、為什么自然界中液滴、氣泡總是圓形的？為什么氣泡比液滴更容易破裂？比液滴更容易破裂？l2、毛細(xì)現(xiàn)象為什么會(huì)產(chǎn)生？、毛細(xì)現(xiàn)象為什么會(huì)產(chǎn)生？l3、“氣塞氣塞”與與“氣蝕氣蝕”現(xiàn)象為什么會(huì)存在？它的危害？現(xiàn)象為什么會(huì)存在？它的危害？l4、天空為什么會(huì)下雨？人工降雨依據(jù)什么原理？向高空、天空為什么會(huì)下雨？人工降雨依據(jù)什么原理？向高空拋撒粉劑為什么能人工降雨？拋撒粉劑為什么能人工降雨？l5、為什么會(huì)產(chǎn)生液體過(guò)熱現(xiàn)象？加入沸石為什么能消除

30、、為什么會(huì)產(chǎn)生液體過(guò)熱現(xiàn)象？加入沸石為什么能消除過(guò)熱現(xiàn)象？過(guò)熱現(xiàn)象？l6、水在玻璃上能鋪展，水銀在玻璃上卻形成液滴？為什、水在玻璃上能鋪展，水銀在玻璃上卻形成液滴？為什么？么？l7、活性碳為什么可以做防毒面具？冰箱除臭劑？、活性碳為什么可以做防毒面具？冰箱除臭劑？ l8、為什么在參觀面粉廠時(shí)、為什么在參觀面粉廠時(shí),不能穿帶鐵釘鞋不能穿帶鐵釘鞋?l9、土壤為什么能將水份保存起來(lái)、土壤為什么能將水份保存起來(lái)?l10、如何抑制沙漠地帶水的蒸發(fā)、如何抑制沙漠地帶水的蒸發(fā)?l11、木制家具和油畫為什么會(huì)自動(dòng)裂損、木制家具和油畫為什么會(huì)自動(dòng)裂損?l12、鴨子為什么會(huì)浮在水中、鴨子為什么會(huì)浮在水中?l13、

31、夏天牛奶為什么容易變質(zhì)、夏天牛奶為什么容易變質(zhì)?l14、洗衣粉等洗滌用品為什么有去污作用、洗衣粉等洗滌用品為什么有去污作用?l15、明礬凈水的原理？、明礬凈水的原理？思考：與界面現(xiàn)象相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題思考：與界面現(xiàn)象相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題l1616、什么是表面活性劑？選擇性的加入一些表、什么是表面活性劑？選擇性的加入一些表面活性劑，為什么起到凈化水質(zhì)的作用？面活性劑，為什么起到凈化水質(zhì)的作用？l1717、為什么利用礦物浮選可得到高品位的礦石、為什么利用礦物浮選可得到高品位的礦石? ?l1818、江河出口處為什么形成三角洲、江河出口處為什么形成三角洲? ?l1919、雷雨是如何產(chǎn)生的？、雷雨是如何產(chǎn)生的？l

32、2020、工業(yè)上如何除煙去塵、工業(yè)上如何除煙去塵? ?l2121、兩塊光滑干凈的玻璃板疊放在一起時(shí)，很、兩塊光滑干凈的玻璃板疊放在一起時(shí)，很容易將其分開，若在兩板之間放一些水，則很容易將其分開，若在兩板之間放一些水，則很難使其分開，為什么難使其分開，為什么? ?雨后沙石地帶為什么容易雨后沙石地帶為什么容易出現(xiàn)地面塌陷出現(xiàn)地面塌陷? ? 思考：與界面現(xiàn)象相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題思考：與界面現(xiàn)象相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題sp常見(jiàn)的界面有：常見(jiàn)的界面有：氣氣- -液界面液界面 沒(méi)有氣沒(méi)有氣- -氣界面，不同氣體接觸總是很快就混合均勻。氣界面，不同氣體接觸總是很快就混合均勻。氣-固界面液液- -液界面液界面什么是界面什么是

33、界面? ? 不同相態(tài)之間，不同相態(tài)之間，兩相緊密接觸、約有幾個(gè)分子厚度的兩相緊密接觸、約有幾個(gè)分子厚度的過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)，稱為該兩相的界面（，稱為該兩相的界面（interface）。）。液液- -固界面固界面固-固界面界定：界面和表面界定：界面和表面液體液體界面界面性質(zhì)性質(zhì)什么是表面什么是表面? ? 凝聚態(tài)凝聚態(tài)( (液態(tài)、固態(tài)液態(tài)、固態(tài)) )物質(zhì)與其飽和蒸氣達(dá)成平衡時(shí)，物質(zhì)與其飽和蒸氣達(dá)成平衡時(shí)，在兩相在兩相緊密接觸、約有幾個(gè)分子厚度的過(guò)渡區(qū)緊密接觸、約有幾個(gè)分子厚度的過(guò)渡區(qū)，稱為該凝，稱為該凝聚態(tài)的表面（聚態(tài)的表面（surface）。）。 通常將通常將凝聚態(tài)物質(zhì)與空氣達(dá)成平衡凝聚態(tài)物質(zhì)與空氣達(dá)

34、成平衡時(shí)，在兩相緊密接時(shí)，在兩相緊密接觸、約有幾個(gè)分子厚度的過(guò)渡區(qū)，也稱為該凝聚態(tài)的表面觸、約有幾個(gè)分子厚度的過(guò)渡區(qū)，也稱為該凝聚態(tài)的表面，嚴(yán)格講那是，嚴(yán)格講那是氣氣- -液界面液界面。界定：界面和表面界定：界面和表面 表面與界面化學(xué)雖是物理化學(xué)的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域。但由于新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)電子能譜電子能譜掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡 提出了在分子水平上分子水平上進(jìn)行基礎(chǔ)研究的要求。 當(dāng)前涉及這一領(lǐng)域的研究已成為催化、電化學(xué)催化、電化學(xué)、膠體化學(xué)、膠體化學(xué)的前沿課題，并與生命科學(xué)、材料科生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、膜技術(shù)及醫(yī)藥學(xué)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、膜技術(shù)及醫(yī)藥學(xué)密切相關(guān)，是這些相關(guān)學(xué)科要研究和解決的核心課題。

35、研究界面化學(xué)的意義研究界面化學(xué)的意義表面、界面效應(yīng)表面、界面效應(yīng)粒子尺寸效應(yīng)粒子尺寸效應(yīng)液體界面性質(zhì)的研究?jī)?nèi)容研究對(duì)象：研究對(duì)象： 液液-氣氣界面性質(zhì)界面性質(zhì); 液液-固固界面性質(zhì)界面性質(zhì); 液液-液液界面界面基本內(nèi)容基本內(nèi)容： 1、物體表面會(huì)發(fā)生怎樣的物理化學(xué)現(xiàn)象、物體表面會(huì)發(fā)生怎樣的物理化學(xué)現(xiàn)象 2、物體表面分子和內(nèi)部有何不同、物體表面分子和內(nèi)部有何不同 3、界面現(xiàn)象對(duì)體系性質(zhì)的影響、界面現(xiàn)象對(duì)體系性質(zhì)的影響前沿?zé)狳c(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用：前沿?zé)狳c(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用： 1、超臨界干燥技術(shù)、超臨界干燥技術(shù) 2、仿生材料、仿生材料超疏水、超親水材料超疏水、超親水材料 3、分子子組裝膜；、分子子組裝膜；LB膜。膜。

36、1、液-氣界面需要了解的基本知識(shí)一、基本概念一、基本概念： 表面張力和表面能表面張力和表面能 附加壓力附加壓力蒸汽壓蒸汽壓毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象表面潤(rùn)濕表面潤(rùn)濕表面吸附表面吸附表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象1、液-氣界面需要了解的基本知識(shí)二、基礎(chǔ)知識(shí)二、基礎(chǔ)知識(shí)1、表面熱力學(xué)、表面熱力學(xué) 2、Young Laplace方程方程彎曲表面的附加壓力彎曲表面的附加壓力3、Kelvin公式公式液體蒸汽壓與表面曲率關(guān)系液體蒸汽壓與表面曲率關(guān)系 固體顆粒大小與其溶解度固體顆粒大小與其溶解度4、Gibbs吸附公式吸附公式表面對(duì)溶質(zhì)的吸附量表面對(duì)溶質(zhì)的吸附量 可計(jì)算溶質(zhì)分子的截面積可計(jì)算溶質(zhì)分子的截面積 可指導(dǎo)表面活性劑改性可指

37、導(dǎo)表面活性劑改性一、液-氣界面第一節(jié) 液體的表面張力1、水滴為什么是、水滴為什么是球形而不是方形球形而不是方形 表面分子受到體相分子的拉力大，受到氣相分子的拉力?。ㄒ?yàn)闅庀嗝芏鹊停?，所以表面分子受到被拉入體相的作用力凈吸力。 這種作用力使表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)，并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，如表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過(guò)飽和狀態(tài)等。 一、一、界面現(xiàn)象的微觀本質(zhì)界面現(xiàn)象的微觀本質(zhì)在兩相在兩相(特別是氣特別是氣-液液)界面上，處界面上，處處存在著一種張力，它永遠(yuǎn)處存在著一種張力，它永遠(yuǎn)與表與表面相切，而與靜吸力相互垂直面相切，而與靜吸力相互垂直。 請(qǐng)同學(xué)們用表面張力的知識(shí)思考圖中的現(xiàn)象請(qǐng)同學(xué)們用表面

38、張力的知識(shí)思考圖中的現(xiàn)象二二 表面張力（表面張力（surface tension）表面張力表面張力 在兩相在兩相(特別是氣特別是氣-液液)界面上，處處存在著一種界面上，處處存在著一種張力，張力，這種力這種力垂直與表面的邊界垂直與表面的邊界，指向液體方向并指向液體方向并與表面相切。與表面相切。 把作用于把作用于單位邊界線單位邊界線上的這種力上的這種力稱為表面張稱為表面張力，用力，用 或或 表示。表示。表面張力的單位是表面張力的單位是：1N m三、表面功（surface work）dWA式中 為比例系數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)T，P及組成恒定的條件下，增加單位表面積時(shí)所必須對(duì)體系做的可逆非膨脹功。 由于

39、表面層分子的受力情況與本體中不同，因此如果要把分子從內(nèi)部移到界面，可逆地增加表面積，就必須克服體系內(nèi)部分子之間的作用力，對(duì)體系做功。 溫度、壓力和組成恒定時(shí)，可逆地使表面積增加dA 所需對(duì)體系作的功，稱為表面功。用公式表示為：思考從能量守恒的角度，環(huán)境對(duì)體系做了表面從能量守恒的角度，環(huán)境對(duì)體系做了表面功，體系獲得了能量，該能量如何表現(xiàn)出功，體系獲得了能量，該能量如何表現(xiàn)出來(lái)？來(lái)？表面能表面能四、表面自由能(surface free energy)BBBBBBBBBBBBdddddddddddddddddnAPVTSGdnAVPTSFdnAPVSTHdnAVPSTUB,)(nVSAUB,)(nP

40、SAHB,)(nVTAFB,)(nPTAG由此可得： 考慮了表面功，熱力學(xué)基本公式中應(yīng)相應(yīng)增加 dA一項(xiàng)，即：表面自由能(surface free energy)廣義的表面能定義：狹義的表面吉布斯自由能： 保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位表面積時(shí)，Gibbs自由能的增加值稱為表面Gibbs自由能，或簡(jiǎn)稱表面自由能或表面能，用符號(hào) 或 表示，單位為Jm-2。B, ,()p T nGA 保持相應(yīng)的特征變量不變，每增加單位表面積時(shí)，相應(yīng)熱力學(xué)函數(shù)的增值。 等溫、等壓條件下，可逆的增加單位表面積時(shí)，環(huán)等溫、等壓條件下，可逆的增加單位表面積時(shí)，環(huán)境對(duì)體系所做的功轉(zhuǎn)化為表面層分子的吉布斯自由能。境對(duì)體

41、系所做的功轉(zhuǎn)化為表面層分子的吉布斯自由能。關(guān)于表面張力與表面Gibbs自由能（1 1）表面張力是由于處于表面層的分子受到）表面張力是由于處于表面層的分子受到“凈吸凈吸力力”的作用而產(chǎn)生的與表面相切，與的作用而產(chǎn)生的與表面相切，與“凈吸力凈吸力”相互垂直，引起液體表面自動(dòng)收縮的力。相互垂直，引起液體表面自動(dòng)收縮的力。（2 2）表面張力與表面吉布斯自由能是同一數(shù)值的兩）表面張力與表面吉布斯自由能是同一數(shù)值的兩個(gè)不同概念，前者從力學(xué)角度，而后者從能量角個(gè)不同概念，前者從力學(xué)角度，而后者從能量角度討論界面所存在現(xiàn)象度討論界面所存在現(xiàn)象（3 3）表面張力是物質(zhì)的自然屬性，與物質(zhì)的屬性、）表面張力是物質(zhì)的

42、自然屬性，與物質(zhì)的屬性、溫度、壓力、組成以及共存的另溫度、壓力、組成以及共存的另一相有關(guān)一相有關(guān)（4）兩者量綱相同）兩者量綱相同22JN mNmmm影響表面張力的主要因素影響表面張力的主要因素五、表面張力與溫度的關(guān)系溫度升高，表面張力下降。這可用熱力學(xué)公式說(shuō)明：BBBdddddnAPVTSG因?yàn)檫\(yùn)用全微分的性質(zhì)，可得：BB,)()(nPAnPTTAS等式左方為正值，因?yàn)楸砻娣e增加，熵總是增加的。所以 隨T的增加而下降。從分子熱運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系，又如何作出解釋？從分子熱運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系，又如何作出解釋？l溫度升高，物質(zhì)膨脹，分子間距增大，吸引溫度升高，物質(zhì)膨脹，分子間距增大，吸引力減弱；溫度升高

43、，兩相密度差異減?。灰蛄p弱；溫度升高，兩相密度差異減??；因此，表面張力降低。此，表面張力降低。l特例：特例：l超臨界狀態(tài)，表面張力消失超臨界狀態(tài)，表面張力消失從分子熱運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系，又如何作出解釋？從分子熱運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系，又如何作出解釋？對(duì)絕大多數(shù)液體對(duì)絕大多數(shù)液體 T, 一些經(jīng)驗(yàn)方程：一些經(jīng)驗(yàn)方程：Ramsay-Shields Ramsay-Shields 方程方程23 mckV( TTb ) T Tc c ：臨界溫度：臨界溫度 V Vm m ：液體的摩爾體積：液體的摩爾體積k k： 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，對(duì)非締合的非極性液體經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，對(duì)非締合的非極性液體 k k 2.2 2.21010-7-7

44、J.K J.K-1-1表面張力與溫度的關(guān)系表面張力與溫度的關(guān)系經(jīng)驗(yàn)方程（了解）經(jīng)驗(yàn)方程（了解）Guggenheim 方程方程 )1 ( 0ncTT0 ：常溫時(shí)的表面張力n ： 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，對(duì)有機(jī)液體，n=11/9， 對(duì)金屬， n1但對(duì) Cd, Fe, Cu 合金及一些硅酸鹽液體，T。六、表面張力與壓力關(guān)系難定量l壓力影響表面張力的原因：壓力影響表面張力的原因：l 改變氣相分子的密度改變氣相分子的密度l 氣體分子在液體表面的吸附氣體分子在液體表面的吸附l 氣體分子溶解在液體內(nèi)部等氣體分子溶解在液體內(nèi)部等l結(jié)果：結(jié)果：壓力增加時(shí)所測(cè)得的表面張力包括了溶解、吸壓力增加時(shí)所測(cè)得的表面張力包括了溶解、吸附

45、、壓力等多因素的總和影響。附、壓力等多因素的總和影響。l實(shí)驗(yàn)表明：通常每增加實(shí)驗(yàn)表明：通常每增加10 atm，l 界面張力下降界面張力下降1 mN/m通常：通常：表面張力一般隨表面張力一般隨壓力的增加而下降壓力的增加而下降。七、七、表面張力與物質(zhì)屬性的關(guān)系1. 表面張力與分子間相互作用力的關(guān)系表面張力與分子間相互作用力的關(guān)系 對(duì)純液體而言，表面張力決定于分子間形成的化對(duì)純液體而言，表面張力決定于分子間形成的化學(xué)鍵能的大小，學(xué)鍵能的大小，一般一般化學(xué)鍵越強(qiáng)，表面張力越大化學(xué)鍵越強(qiáng)，表面張力越大。(金屬鍵) (離子鍵) (極性共價(jià)鍵) (非極性共價(jià)鍵) 2. 表面張力與分子極性關(guān)系表面張力與分子極

46、性關(guān)系 表面張力是由于分子間力而引起的凈吸力所產(chǎn)生表面張力是由于分子間力而引起的凈吸力所產(chǎn)生，因此，因此極性分子極性分子物質(zhì)的表面張力比物質(zhì)的表面張力比非極性分子非極性分子物質(zhì)的物質(zhì)的表面張力大表面張力大。 水（水（72.75mN/m）; 正己烷正己烷 (18.4mN/m); 非表面活性物質(zhì)非表面活性物質(zhì) 水的表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而改變。水的表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而改變。 能能使水的表面張力明顯升高的使水的表面張力明顯升高的溶質(zhì)稱為非表溶質(zhì)稱為非表面活性物質(zhì)。如無(wú)機(jī)鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。面活性物質(zhì)。如無(wú)機(jī)鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。 這些物質(zhì)的離子有較強(qiáng)的水合作用，趨向于這些物質(zhì)的離子有較

47、強(qiáng)的水合作用，趨向于被水分子拖入水相內(nèi)部，非表面活性物質(zhì)在被水分子拖入水相內(nèi)部，非表面活性物質(zhì)在表面表面的濃度低于其在本體的濃度的濃度低于其在本體的濃度。 如果要增加單位表面積，所作的功中還必須包如果要增加單位表面積，所作的功中還必須包括克服靜電引力所消耗的功，所以表面張力升高。括克服靜電引力所消耗的功，所以表面張力升高。思考：礦泉水為何能浮起硬幣？思考：礦泉水為何能浮起硬幣？表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì) 加入后能加入后能使水的表面張力降低使水的表面張力降低的溶質(zhì)稱為表面的溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)?；钚晕镔|(zhì)。 這種物質(zhì)通常含有這種物質(zhì)通常含有親水的極性基團(tuán)親水的極性基團(tuán)和和憎水的憎水的非極性碳鏈或碳環(huán)

48、非極性碳鏈或碳環(huán)有機(jī)化合物。親水基團(tuán)進(jìn)入水有機(jī)化合物。親水基團(tuán)進(jìn)入水中，憎水基團(tuán)企圖離開水而指向空氣，在界面定中，憎水基團(tuán)企圖離開水而指向空氣，在界面定向排列。向排列。 表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)的的表面濃度大于本體濃度，增表面濃度大于本體濃度，增加單位面積所需的功較純水小。非極性成分愈大加單位面積所需的功較純水小。非極性成分愈大，表面活性也愈大。，表面活性也愈大。 低分子量的極性有機(jī)物，如：醇、醛、酸、酯、低分子量的極性有機(jī)物，如：醇、醛、酸、酯、胺等，胺等，溶液表面張力隨濃度增加而逐漸減小。 -表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì) surface active substance具有長(zhǎng)碳鏈（碳原子數(shù)大于

49、具有長(zhǎng)碳鏈（碳原子數(shù)大于8）的極性有機(jī)化合物：）的極性有機(jī)化合物： 當(dāng)濃度很小時(shí)，溶液的表面張力便急劇減小，但減小當(dāng)濃度很小時(shí)，溶液的表面張力便急劇減小，但減小到一定值后就不再隨濃度增加而變化。到一定值后就不再隨濃度增加而變化。 - 表面活性劑表面活性劑 surface active agent (surfactant）Traube 規(guī)則 Traube研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)，同一種溶質(zhì)在低濃度時(shí)同一種溶質(zhì)在低濃度時(shí)表面張力的降低與濃度表面張力的降低與濃度成正比成正比 表面活性物質(zhì)的濃度對(duì)溶液表面張力的影響，表面活性物質(zhì)的濃度對(duì)溶液表面張力的影響，可以從可以從 曲線中直接看出。曲線中直接看出。 c甲

50、酸乙酸丙酸丁酸戊酸3550650.180.360.543/(mol dm )c 不同的酸在相同的不同的酸在相同的濃度時(shí)，每增加一個(gè)濃度時(shí)，每增加一個(gè)CH2，其表面張力降低，其表面張力降低效應(yīng)平均可增加約效應(yīng)平均可增加約3.2倍倍 稀溶液的稀溶液的 曲線的三種類型曲線的三種類型 c曲線 cO非離子型有機(jī)物非離子型有機(jī)物 d0dc曲線 非表面活性物質(zhì)非表面活性物質(zhì) d0dc曲線 表面活性劑表面活性劑 d0dc思考：靜止的純水面上放一紙船，紙船顯然不會(huì)自動(dòng)航行。若在船尾靠水部分涂一點(diǎn)肥皂，再放入水中，情況又將如何？答：紙船放到靜止的水面，以船底為邊界，作用在邊界周圍的表面張力大小相等，方向相反，紙船

51、當(dāng)然靜止不動(dòng)。 當(dāng)船尾涂了肥皂后，由于表面活性物質(zhì)的作用，尾部表面張力變小，頭部表面張力未變，所以小船在這不等的表面張力作用下，會(huì)自動(dòng)向前方移動(dòng)。2、它們?yōu)槭裁纯?、它們?yōu)槭裁纯梢云谒嫔弦云谒嫔?H2O C2H5OH (aq) NaCl (aq)思考：水中溶解了不同的溶質(zhì)，為什思考：水中溶解了不同的溶質(zhì)，為什么在毛細(xì)管中液面上升的高度不同？么在毛細(xì)管中液面上升的高度不同？ 第第2 2節(jié)節(jié) 彎曲表面上的附加壓力彎曲表面上的附加壓力 由于表面張力的作用，在彎曲表面下的液體與由于表面張力的作用，在彎曲表面下的液體與平面不同，它受到一種附加的壓力，平面不同，它受到一種附加的壓力，附加壓力的方附加

52、壓力的方向都指向曲面的圓心向都指向曲面的圓心。 凹面凹面上受的總壓力上受的總壓力小于小于平面上的壓力平面上的壓力凸面凸面上受的總壓力上受的總壓力大于大于平面上的壓力平面上的壓力附加壓力的大小與曲率半徑有關(guān)附加壓力的大小與曲率半徑有關(guān) 例如，在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為例如，在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R 的球狀液滴與之平衡。的球狀液滴與之平衡。 外壓為外壓為 p0 ，附加壓力為，附加壓力為 ps ，液滴所受總壓為：液滴所受總壓為：0sppp總0pspR 對(duì)活塞稍加壓力，將對(duì)活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許相應(yīng)地其相應(yīng)地其表面積增加表面積增加dA使液滴體積增加使液

53、滴體積增加dV 克服附加壓力克服附加壓力ps所作的所作的功等于可逆增加表面積的功等于可逆增加表面積的Gibbs自由能自由能ssddp VA 外壓為外壓為 p0 ，附加壓力為，附加壓力為 ps ，液滴所受總壓為：液滴所受總壓為：0pspRssddp VAs2pR34 3VR代入2s4AR2 d4dVRRsd8dAR Rssddp VA得彎曲液面下的附加壓力與表面張力的關(guān)系彎曲液面下的附加壓力與表面張力的關(guān)系Laplace公式公式 凸面上因外壓與附加壓力的方向一致，液體所受的總壓等于外壓和附加壓力之和，總壓比平面上大。相當(dāng)于曲率半徑取了正值。曲率半徑越小，附加壓力越大 s2pR0sppp總九、彎曲

54、液面的附加壓力九、彎曲液面的附加壓力0pA0sppspLaplace公式公式 凹面上因外壓與附加壓力的方向相反，液體所受的總壓等于外壓和附加壓力之差，總壓比平面上小。相當(dāng)于曲率半徑取了負(fù)值。0sppp總關(guān)于附加壓力0pABff0sppsps2pRABCDABCDxyYoung-Laplace 公式公式 在任意彎曲液面上取小矩形ABCD(紅色面)，其面積為xy。 曲面邊緣AB和BC弧的曲率半徑分別為 和1R2R 作曲面的兩個(gè)相互垂直的正截面，交線Oz為O點(diǎn)的法線。 令曲面沿法線方向移動(dòng)dz ，使曲面擴(kuò)大到ABCD(藍(lán)色面)，則x與y各增加dx和dy 。1R2Rzoy+dydxx odzABCDY

55、oung-Laplace 公式公式ABCDxy1R2Rzoy+dydxx odz 移動(dòng)后曲面面積增量為：sd(d )(d )Axxyyxydd (d d0)x yy xy xfddWx yy x 增加這額外表面所需功為sdWp V 克服附加壓力所作的功為ddVxy zsdWp xy z 這兩種功應(yīng)該相等ABCDYoung-Laplace 公式公式ABCDxy1R2Rzoy+dydxx odzsdddx yy xp xy z11ddxxxRzR自相似三角形的比較得 1ddx zxR22ddyyyRzR2ddy zyR代入上式得 s1211pRR若 s2pR12RRR這兩個(gè)都稱為 Young-La

56、place 公式 1 1。假若液滴具有不規(guī)則的形狀，則在表面。假若液滴具有不規(guī)則的形狀，則在表面上的不同部位，曲面彎曲方向及其曲率不同，所上的不同部位，曲面彎曲方向及其曲率不同，所具有的附加壓力的方向和大小也不同，這種不平具有的附加壓力的方向和大小也不同，這種不平衡的力，必將迫使液滴呈現(xiàn)球形衡的力，必將迫使液滴呈現(xiàn)球形 自由液滴或氣泡通常為何都呈球形自由液滴或氣泡通常為何都呈球形 ？ 2 2。相同體積的物質(zhì)，球形的表面積最小，。相同體積的物質(zhì)，球形的表面積最小，則表面總的則表面總的Gibbs自由能最低，所以變成球狀最自由能最低，所以變成球狀最穩(wěn)定。穩(wěn)定。 l1、護(hù)士給病人注射各種針劑時(shí)，注射前

57、一定要護(hù)士給病人注射各種針劑時(shí)，注射前一定要檢查針筒中是否有小氣泡，若有小氣泡，必須除檢查針筒中是否有小氣泡，若有小氣泡，必須除去。為什么？去。為什么？ l人體中的血管從心臟到四肢和各臟器，血管越來(lái)人體中的血管從心臟到四肢和各臟器，血管越來(lái)越細(xì)，血液中要是有了氣泡，那么在小血管、微越細(xì)，血液中要是有了氣泡，那么在小血管、微血管等處很可能發(fā)生血管等處很可能發(fā)生氣體栓塞氣體栓塞。如果栓塞發(fā)生在。如果栓塞發(fā)生在心臟、大腦等要害部位，其后果不堪設(shè)想。心臟、大腦等要害部位，其后果不堪設(shè)想。l小氣泡小氣泡 彎曲表面的附加壓力。彎曲表面的附加壓力。思考：與附加壓力相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題l2、“高壓氧艙高壓氧艙”是腦

58、疾病治療與康復(fù)的方法，治療結(jié)是腦疾病治療與康復(fù)的方法，治療結(jié)束后，要從高壓向低壓慢慢過(guò)渡，為什么？束后，要從高壓向低壓慢慢過(guò)渡，為什么？l3、海底潛水員返回海面途中必須緩慢上升，為什么？、海底潛水員返回海面途中必須緩慢上升，為什么？l在從深海潛水中快速上浮時(shí)，壓強(qiáng)從幾個(gè)大氣壓突然在從深海潛水中快速上浮時(shí)，壓強(qiáng)從幾個(gè)大氣壓突然下降這對(duì)人體是特別有害的下降這對(duì)人體是特別有害的因?yàn)閴毫档停瓉?lái)因?yàn)閴毫档?，原?lái)溶解在血液中的氮?dú)夂脱鯕鈱娜梭w組織中釋放出來(lái)溶解在血液中的氮?dú)夂脱鯕鈱娜梭w組織中釋放出來(lái)形成不溶解的氣泡形成不溶解的氣泡這種氣泡在小血管中形成栓塞，這種氣泡在小血管中形成栓塞，阻止血液流

59、過(guò)。這會(huì)引起肌肉和關(guān)節(jié)疼痛，如果中樞阻止血液流過(guò)。這會(huì)引起肌肉和關(guān)節(jié)疼痛，如果中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生栓塞，甚至?xí)霈F(xiàn)麻痹，厲害時(shí)甚至癱神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生栓塞，甚至?xí)霈F(xiàn)麻痹，厲害時(shí)甚至癱瘓或死亡，這就是減壓病瘓或死亡，這就是減壓病 思考：與附加壓力相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題思考：與附加壓力相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題l4、20世紀(jì)初，當(dāng)?shù)谝慌h(yuǎn)洋巨輪制造成功，下水試航世紀(jì)初，當(dāng)?shù)谝慌h(yuǎn)洋巨輪制造成功，下水試航12h后，發(fā)現(xiàn)螺旋槳千瘡百孔。后，發(fā)現(xiàn)螺旋槳千瘡百孔。l原因原因: 螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)和水相互作用。在螺旋槳表面形螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)和水相互作用。在螺旋槳表面形成大量的微小氣泡，這些氣泡產(chǎn)生巨大的附加壓力，成大量的微小氣泡，這些氣泡產(chǎn)

60、生巨大的附加壓力，可可達(dá)到幾千個(gè)大氣壓，達(dá)到幾千個(gè)大氣壓，指向螺旋槳一側(cè)。指向螺旋槳一側(cè)。加之海水的表面加之海水的表面張力比純水的表面張力大。無(wú)數(shù)小氣泡破裂時(shí)對(duì)螺旋槳張力比純水的表面張力大。無(wú)數(shù)小氣泡破裂時(shí)對(duì)螺旋槳表面的沖擊，表面的沖擊，使金屬制的螺旋槳也顯得很脆弱。使金屬制的螺旋槳也顯得很脆弱。l為什么為什么“小氣泡小氣泡”有這么大的危害？現(xiàn)在用什么方法保有這么大的危害？現(xiàn)在用什么方法保護(hù)螺旋槳護(hù)螺旋槳?l人們利用改進(jìn)螺旋槳槳面形狀使之少產(chǎn)生氣泡，選用抗人們利用改進(jìn)螺旋槳槳面形狀使之少產(chǎn)生氣泡，選用抗氣蝕金屬材料，在表面加化學(xué)涂層等方法，大大減輕氣氣蝕金屬材料，在表面加化學(xué)涂層等方法，大大減