第八章 表面化学
教学内容
1．表面吉布斯函数与表面张力； 2．吸附作用； 3．表面活性物质 ；4．溶胶的稳定性与聚沉；5．摩擦与润滑
教学要求
了解物质表面状态与表面分子的特性；理解表面吉布斯函数变和表面张力的概念并用来解释润湿、增溶、乳化、起泡等现象；了解物理吸附与化学吸附的概念及其作用本质；了解影响吸附作用的因素及吸附剂的应用；了解表面活性剂的概念、分类、性质及作用；了解溶胶相对稳定的原因及溶胶的主要特性；了解润滑与摩擦的作用。
知识点与考核点
1． 表面吉布斯函数变（?G）
表面吉布斯函数增量，ΔG?σ?ΔA，数值等于形成新表面时环境对体系所做的功（J·m–2），
2．比表面吉布斯函数（?）
–2
指定温度和压力条件下，形成单位新表面时环境对体系所做的功（J·m） ．．
3．表面张力（?）
垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力（单位 N·m–1）。 表面张力的影响因素：①组成，②温度，③压力，④第二相组成。 4．表面现象
表面自发缩小(ΔA?)；表面（界面）张力自发降低(??)的现象。液体
可以通过缩小表面积或降低表面张力两种途径来降低表面吉布斯函数；而固体只能通过吸附的方式来降低表面吉布斯函数。
5．吸附
物质的界面吸引周围物质的质点，而使其暂时停留的现象。 6．表面活性剂
能显著降低液体表面（界面）张力的物质。 7．表面活性剂的结构特点
两端分别由极性基（如–OH、 –COOH、 –NH2）和非极性基（烃基）组 成的结构不对称的有机化合物，结构特点是具有既亲水又亲“油”的“双亲性”。
8．表面活性剂的性质
① 表面吸附：由于表面活性剂的“双亲性”的结构特点和相似相容原理，
表面活性基的极性基团留在水中，而非极性部分伸出水面，形成吸附层。该吸附层使溶液的表面张力大大降低。由于在表面上的表面活性剂比溶液本体的浓度大，所以是正吸附。
②形成胶束：当溶液的表面被表面活性剂占满后，
为减少与极性的水分子之间的斥力，表面活性剂分子只能在溶液中形成胶团，表面活性剂在溶液中形成胶团时的最低浓度称为临界胶团浓度（CMC）。
9．表面活性剂作用 图8–1胶团示意图 增溶作用：当溶液中形成胶团后，可以大大地增加水对“油”的“溶
解性”，这是因为胶团的中间是“有机相”，如图8–1所示。根据相似相溶原理，它大大增加“油”的“表观溶解度”。表观溶解是“油”分散在胶束中，不是真正的溶解；只有极少部分“油”以分子的形式溶解在水中。
① 乳化作用：由于表面活性剂可以大大降低界面张力，形成无数（W/O 或O/W）的胶束，使得“油”与水形成相对稳定的乳浊液。
② 润湿作用：接触角公式为
?s?g??s?l）， cos???l?g表面活性剂可以大大降低液体的表面张力
(?s?l)，减小接触角，增加润湿作用。 图8–2 接触角与表面张力的关系
③ 起泡作用：ΔG?σ?ΔA，虽然在起泡时，表面积（?A）增大，但
是由于表面活性剂可以使溶液的表面张力（?）大大降低，使得表面吉布斯函数变（?G）并未增加很多，所以相对稳定。为了使形成的泡有一定的韧性或强度，使“泡”相对稳定，需要选碳链长度适当（12～18左右）的表面活性剂，碳链过短时起的泡不稳定，所以短碳链的表面活性剂可以做消泡剂。
10．表面活性剂的HLB值 为衡量表面活性剂的亲水 或亲“油”的相对能力，人为规全没有亲水基）的HLB 为 0；“油”好）的HLB值为1，油性好）的HLB值为18，其它表
图8–3 表面活性剂HLB值与性质的
定石蜡（完油酸（亲酸钠（亲水
面活性
关系
剂的HLB值都是相对的值。表面活性剂 HLB值不同时，其作用如图8–3所示。
12．（憎液）溶胶
分散相（直径在1nm～100nm）分散在液体中组成的多相体系。
特点：高分散、多相（界面非常大），所以热力学不稳定，容易发生聚沉。 13．溶胶相对稳定的原因：
① 胶粒带电（溶胶的胶粒带有同种电荷，相互排斥，避免相聚而发生沉淀）， ② 溶剂化膜（溶剂化膜可以增加胶粒之间的机械阻力，防止胶粒的聚沉）。
14．使溶胶的聚沉的能力
加入电解质可以使溶胶聚沉，其原因是减小胶粒的电荷数，减小其稳定
性，而且加入的电解质 [与胶粒带有相反电荷，与扩散反离子具有相同电荷的离子]的化合价愈高，其使胶团聚沉的能力就愈大。例如：绝大多数天然水体，可以被视为胶粒带负电的．胶体（其扩散反离子带正电）。钠、镁、铝的氯化物有使其净化（胶体聚沉）能力，而且NaCl、MgCl2、AlCl3对天然水体（溶胶）的聚沉能力的比值是16∶26∶36，可以看出AlCl3（Al3+ 带3个正电荷）具有很强的净水能力，这就是为什么过去人们用明矾（主要成分为硫酸铝钾）做净水剂的原因。Al的净水可分为两步，①压缩胶团的扩散层，降低胶粒的电荷,使胶体“脱稳”；②水解生成絮状Al(OH)3,吸附“脱稳”后聚沉的胶体。二十世纪八十年代，人们研制了聚合铝（可带有十三个正电荷），它有极强的使胶体“脱稳的”净水能力。
3+
思考题与习题解答
1． 下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。 （1）表面张力是指存在于液体表面的粘附力。
答：错， 表面张力是垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力。 [ 弯曲液面表面张力的合力（附加压力）的方向是指向其曲率圆的中心 ]。 （2）物质的表面张力只与其温度、压力和组成有关。 答：不确切，还与其第二相组成等因素有关。
（3）因表面活性剂分子为“双亲分子”，故表面活性剂分子有一半是亲水基，一半是亲油基。 答：不确切，其双亲性是指一侧有极性,另一侧没有极性（或两侧极性不同），并非“一半”。 （4）液体对固体的润湿程度可用接触角来衡量，接触角θ> 90时称为润湿，接触角θ< 90时称为不润湿。
答：错，与所述相反。接触角θ>90时称为不润湿，接触角θ< 90时称为部分润湿。 （5）一般说来，摩擦总是有害的。 答：不对，行走等需要摩擦，否则不能实现。 2．填充题
（1）无焊药焊接时，熔化的焊锡在焊件表面呈球状的原因（ 是接触角偏大，需要用焊药降低接触角。）
（2）物理吸附和化学吸附的区别
各种特性 吸附力 吸附热 选择性 吸附层 吸附速率 吸附稳定性 物理吸附 分子间力 较小，近于液化热 无选择性 单分子层或多分子层 化学吸附 化学键力 较大，近于反应热 有选择性 单分子层 。
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较快，无吸附活化能，与温度无关 较慢，有吸附活化能，随升温而加快 不稳定，易解吸 比较稳定，不易解吸