表面物理化學(xué)

關(guān)于表面物理化學(xué)回顧：1、界面現(xiàn)象的本質(zhì)表面層分子與內(nèi)部分子相比所處環(huán)境不同體相內(nèi)部分子受力是對稱的但是處在界面層的分子，其各方向所受力不能相互抵銷，出現(xiàn)一不對稱力場。氣液界面為例：表面分子受到被拉入體相的作用力。

這種作用力使表面有自動收縮到最小的趨勢，并使表面層顯示出一些獨特性質(zhì)。第2頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2、比表面（specificsurfacearea）

比表面通常用來表示物質(zhì)分散的程度：一種是單位質(zhì)量的固體所具有的表面積；另一種是單位體積固體所具有的表面積。即：3、分散度與比表面

分散度越高，比表面越大，表面能也越高第3頁,共86頁，2024年2月25日，星期天4、表面張力（surfacetension）在兩相(特別是氣-液)界面上，處處存在著一種張力。它永遠(yuǎn)與表面相切，而與凈吸力相互垂直。我們把這種作用于單位邊界、與表面相切、與凈吸力相互垂直并指向表面中心的力稱為表面張力。用g或

表示表面張力的單位是：

在表面上，表面張力無處不在，只是在液體表面上不與邊界接觸的部分，作用于任意邊界兩邊的表面張力相互對消,看不出來罷了。第4頁,共86頁，2024年2月25日，星期天5、表面張力的熱力學(xué)解釋

溫度、壓力和組成恒定時，可逆地使表面積增加dA所需要對系統(tǒng)作的非體積功，稱為表面功。用公式表示為：

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，增加單位表面積時所必須對系統(tǒng)做的可逆非膨脹功。從能量角度考慮，就是比表面自由能。從功的定義式出發(fā)，也即表面張力。根據(jù)能量守恒，表面功轉(zhuǎn)化為表面分子的能量，也就是表面自由能。第5頁,共86頁，2024年2月25日，星期天6、不同物質(zhì)的表面張力大小純物質(zhì)的表面張力與分子的性質(zhì)（分子間相互作用強(qiáng)弱）有關(guān)，通常是水因為有氫鍵，所以表面張力也比較大(金屬鍵)>(離子鍵)>(極性共價鍵)>(非極性共價鍵)固體表面張力遠(yuǎn)大于液體的表面張力。第6頁,共86頁，2024年2月25日，星期天7、表面熱力學(xué)的基本公式所以考慮了表面功的熱力學(xué)基本公式為從這些熱力學(xué)基本公式可得第7頁,共86頁，2024年2月25日，星期天8、表面自由能(surfacefreeenergy)

廣義的表面自由能定義：

狹義的表面自由能定義：又可稱為表面Gibbs自由能

表面自由能的單位：第8頁,共86頁，2024年2月25日，星期天9、界面張力與溫度的關(guān)系（了解）

溫度升高，界面張力下降，當(dāng)達(dá)到臨界溫度Tc時，界面張力趨向于零。通常：界面張力一般隨壓力的增加而下降。10、界面張力與壓力的關(guān)系（了解）第9頁,共86頁，2024年2月25日，星期天無機(jī)鹽、不揮發(fā)性的酸、堿等溶質(zhì)產(chǎn)生的離子對水分子吸引而傾向于將水分子拉入溶液。因此增加單位表面積所需功較純水大。溶液表面張力增加。11、溶液的表面張力與溶液濃度的關(guān)系非表面活性物質(zhì)

能使水的表面張力明顯升高的溶質(zhì)稱為非表面活性物質(zhì)。如無機(jī)鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。第10頁,共86頁，2024年2月25日，星期天疏水基親水基

由于表面活性劑分子非極性成份大，憎水基團(tuán)企圖離開水而移向表面，因此在表面產(chǎn)生表面吸附和定向排列，(通過表面活性劑分子)增加單位表面積所需的功較純水小，溶液表面張力下降。11、溶液的表面張力與溶液濃度的關(guān)系表面活性物質(zhì)

加入后能使水的表面張力明顯降低的溶質(zhì)表面活性劑

當(dāng)濃度很小時，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。第11頁,共86頁，2024年2月25日，星期天新課：§13.2

彎曲表面上的附加壓力和蒸氣壓

彎曲表面上的附加壓力

Young-Laplace公式彎曲表面上的蒸氣壓——Kelvin公式第12頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

彎曲表面上的附加壓力1.在平面上

對一小面積AB，沿AB的四周每點的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力

設(shè)向下的大氣壓力為po，向上的反作用力也為po

，附加壓力ps等于零。第13頁,共86頁，2024年2月25日，星期天彎曲表面上的附加壓力2.在凸面上

由于液面是彎曲的，則沿AB的周界上的表面張力不是水平的，作用于邊界的力將有一指向液體內(nèi)部的合力

所有的點產(chǎn)生的合力和為ps

，稱為附加壓力凸面上受的總壓力為：第14頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

彎曲表面上的附加壓力3.在凹面上

由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面張力不能抵消，作用于邊界的力有一指向凹面中心的合力

所有的點產(chǎn)生的合力和為ps

，稱為附加壓力凹面上受的總壓力為：第15頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

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平面不同，它受到一種附加的壓力，附加壓力的方向都指向曲面的圓心。凹面上受的總壓力小于平面上的壓力凸面上受的總壓力大于平面上的壓力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R’

的球狀液滴與之平衡。

外壓為

p0

，附加壓力為ps，液滴所受總壓為：第16頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

對活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許相應(yīng)地其表面積增加dA使液滴體積增加dV

克服附加壓力ps所作的功等于可逆增加表面積的Gibbs自由能

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。

外壓為

p0

，附加壓力為ps，液滴所受總壓為：第17頁,共86頁，2024年2月25日，星期天代入得第18頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

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

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。第19頁,共86頁，2024年2月25日，星期天1。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，所具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1、自由液滴或氣泡通常為何都呈球形？2。相同體積的物質(zhì)，球形的表面積最小，則表面總的Gibbs自由能最低，所以變成球狀就最穩(wěn)定思考：與附加壓力相關(guān)的幾個問題第20頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2、護(hù)士給病人注射各種針劑時，注射前一定要檢查針筒中是否有小氣泡，若有小氣泡，必須除去。為什么？人體中的血管從心臟到四肢和各臟器，血管越來越細(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)生氣體栓塞。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。

小氣泡彎曲表面的附加壓力。思考：與附加壓力相關(guān)的幾個問題第21頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

3、“高壓氧艙”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渡，為什么？4、海底潛水員返回海面途中必須緩慢上升，為什么？在從深海潛水中快速上浮時，壓強(qiáng)從幾個大氣壓突然下降．這對人體是特別有害的．因為壓力降低，原來溶解在血液中的氮氣和氧氣將從人體組織中釋放出來形成不溶解的氣泡．這種氣泡在小血管中形成栓塞，阻止血液流過。這會引起肌肉和關(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，厲害時甚至癱瘓或死亡，這就是減壓病．思考：與附加壓力相關(guān)的幾個問題第22頁,共86頁，2024年2月25日，星期天5、20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。原因: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，可達(dá)到幾千個大氣壓，指向螺旋槳一側(cè)。加之海水的表面張力比純水的表面張力大。無數(shù)小氣泡破裂時對螺旋槳表面的沖擊，使金屬制的螺旋槳也顯得很脆弱。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，大大減輕氣蝕對螺旋槳的破壞。思考：與附加壓力相關(guān)的幾個問題海水槳面表面張力巨大的附加壓力第23頁,共86頁，2024年2月25日，星期天毛細(xì)管現(xiàn)象

由于附加壓力而引起的液面與管外液面有高度差的現(xiàn)象稱為毛細(xì)管現(xiàn)象

把毛細(xì)管插入水中，管中的水柱表面會呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度。當(dāng)插入汞中時，管內(nèi)汞面呈凸形，管內(nèi)汞面下降。第24頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

毛細(xì)現(xiàn)象將潔凈玻璃毛細(xì)管插入汞中管內(nèi)液面呈凸面因為凸面A點處有向下的附加壓力,使管內(nèi)汞面下降管內(nèi)液面下降后又達(dá)成了新的平衡h高度的汞柱壓力就等于附加壓力汞液體與管壁的接觸角大于90℃第25頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

毛細(xì)現(xiàn)象忽略管內(nèi)氣體的密度,得

代表管內(nèi)氣體和管外液體的密度差第26頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

毛細(xì)現(xiàn)象當(dāng)把潔凈的玻璃毛細(xì)管插入純水中時,液面呈凹面并高于管外的水平面凹面B點處有向上的附加壓力，使B點處壓力比平面上小管內(nèi)液面上升后又達(dá)成了新的平衡h高度的水柱壓力就等于附加壓力純水與管壁的接觸角小于90℃第27頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

毛細(xì)現(xiàn)象忽略管外氣體的密度,得若管外是另一種液體,則

代表管內(nèi)液體和管外氣體的密度差第28頁,共86頁，2024年2月25日，星期天1.曲率半徑R‘

與毛細(xì)管半徑R的關(guān)系：如果曲面為球面2.R'=R第29頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

毛細(xì)現(xiàn)象

根據(jù)這個公式,從實驗測定毛細(xì)管中液面上升或下降的高度,可以計算液體的表面張力

如果已知表面張力和毛細(xì)管半徑,可以預(yù)測液面上升的高度

植物就是利用這種毛細(xì)管現(xiàn)象,源源不斷地從土壤中吸取水分和營養(yǎng).

人們也可利用這種毛細(xì)管現(xiàn)象,給植物輸液。鋤地時將地表的毛細(xì)管切斷，達(dá)到保墑的目的。第30頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)壓力

當(dāng)毛細(xì)管的半徑很小時，這種毛細(xì)壓力將是十分可觀的。

當(dāng)兩片玻璃板之間存在很小的狹縫時，當(dāng)纖維之間、土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)之間或潔凈的沙子之間存在狹縫時，都會產(chǎn)生很大的毛細(xì)壓力。在毛細(xì)管中產(chǎn)生的這種附加壓力稱為毛細(xì)壓力

用毛細(xì)壓力可以解釋:受潮的平板玻璃為何很難分開有的織物用水洗滌后為何會縮水,而有的卻不會為何細(xì)沙在加少量水后可以做沙雕等.第31頁,共86頁，2024年2月25日，星期天毛細(xì)現(xiàn)象的應(yīng)用第32頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

H2O

C2H5OH(aq)

NaCl(aq)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？1、毛細(xì)管中形成凹液面，所受壓力小于平面液體的壓力，因此液柱上升；2、上升的高度取決于附加壓力大小；3、而附加壓力取決于表面張力；4、表面張力大小NaCl>水>乙醇第33頁,共86頁，2024年2月25日，星期天彎曲表面上的蒸汽壓—Kelvin公式(掌握)這就是Kelvin公式第34頁,共86頁，2024年2月25日，星期天彎曲表面上的蒸汽壓——Kelvin公式當(dāng)很小時代入上式，得這是Kelvin公式的簡化式表明液滴越小，蒸氣壓越大第35頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

Kelvin公式也可以表示為兩種不同曲率半徑的液滴或蒸汽泡的蒸汽壓之比對凸面，R'

取正值，R'

越小，液滴的蒸汽壓越高；對凹面，R'

取負(fù)值，R'

越小，小蒸汽泡中的蒸汽壓越低。第36頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

Kelvin公式也可以表示兩種不同大小顆粒的飽和溶液濃度之比。

顆?？偸峭姑?，R'

取正值，R'

越小，小顆粒的飽和溶液的濃度越大，溶解度越大。第37頁,共86頁，2024年2月25日，星期天例：在293K時，當(dāng)水銀被分散成半徑為1×10-7cm的微小汞粒時其蒸氣壓為多少？這時氣體中飽和水銀蒸氣含量以mg·m-3計算有多少？（已知293K時一般狀態(tài)下水銀蒸氣壓為1.73×10-4kPa、氣體中飽和水銀蒸氣含量為14.3

mg·m-3，水銀表面張力為471.6×10-3N·m-1)。已知汞的密度為13.6×103kg.m-3解：(1)KeLVin

公式：RTln(pr/p0)＝2rM/Rρ(l)ln(pr/p0)＝2rM/RTRρ(l)

＝2×471.6×10-3×200.6×10-3/（8.314×293×1×10-9×13.6×103）＝5.711(pr/p0)＝302.2pr＝302.2×1.73×10-4×103＝52.28Pa(2)pV＝wRT/MW＝pVM/RT＝52.28×1×200.6/（8.314×293）＝4.313g/m3

＝4313mg·m-3第38頁,共86頁，2024年2月25日，星期天Kelvin公式的應(yīng)用(會解釋)(1)過飽和蒸汽-人工降雨

在云層中，當(dāng)水蒸汽已經(jīng)過飽和，但是還沒有雨滴形成，甚至水的飽和蒸汽壓已是平面液體蒸汽壓的4倍以上，可還是不下雨。

這是因為過飽和水蒸汽是對平面液體而言的。在云層中若要形成雨滴，開始形成的雨滴一定很小，它的飽和蒸汽壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平面水的蒸汽壓，所以小雨滴不能存在。

如果在這水汽過飽和的云層中，用飛機(jī)或火箭把干冰、AgI（s）或硅藻土等物質(zhì)撒進(jìn)去，以提供凝聚中心，使形成的雨滴初始曲率半徑加大，則飽和蒸汽壓降低，這時水汽很快會凝聚在固體粒子周圍形成雨滴落下，這就是人工降雨（或稱為人工增雨）。第39頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（2）人工消雨人工消雨的原理與人工降雨近似。往云層里超量播撒冰核，使冰核含量達(dá)到降水標(biāo)準(zhǔn)的3至5倍，冰核數(shù)量多了，每個冰核吸收的水分就少，無法形成足夠大的雨滴。通俗來講，就是讓雨“憋著不下”。Kelvin公式的應(yīng)用第40頁,共86頁，2024年2月25日，星期天Kelvin公式的應(yīng)用(3)過熱液體

在有機(jī)蒸餾時，溫度計指示液體已達(dá)通常所說的沸點，但卻看不出有沸騰的現(xiàn)象，需要繼續(xù)加熱。突然，液體夾著氣泡一起上沖，這就是暴沸現(xiàn)象。

如果在蒸餾前加入適量的沸石（多孔硅鋁酸鹽），儲存在沸石小孔中的空氣在加熱時放出，作為蒸餾時的成泡中心，可以防止暴沸。用素?zé)善蛉舾梢活^封口的玻璃毛細(xì)管也能起到與沸石相同的作用。產(chǎn)生機(jī)理：1）液體正常沸騰時，不僅表面氣化，液體內(nèi)部也自動生成微小氣泡。然后小氣泡逐漸長大并升至液面氣化。2）但是：由于附加壓力的存在，最初生成的小氣泡內(nèi)部的壓力遠(yuǎn)小于所承受的外部壓力（包括外壓P0、液體靜壓力

gh、附加壓力），小氣泡不可能存在；3）必須提高溫度，使小氣泡的蒸汽壓等于或大于它承受的壓力，此時大量氣泡同時生成，液體暴沸。第41頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

水相圖的示意圖水冰水蒸氣610.624、過冷液體相態(tài)為液態(tài)，但相點落在固相區(qū)。小冰晶對應(yīng)的飽和蒸氣壓比同溫下大冰塊的蒸氣壓大，所以小冰晶在凝固點溫度下不能形成Kelvin公式的應(yīng)用(會解釋)ab第42頁,共86頁，2024年2月25日，星期天Kelvin公式的應(yīng)用(4)過冷液體（自學(xué)）

在凝固點溫度時，液體與固體的蒸氣壓相等，純的物質(zhì)在兩相中的化學(xué)勢相等，才能達(dá)成液—固兩相平衡。

形成過冷水是由于剛開始形成的冰晶很小，據(jù)Kelvin公式，小冰晶對應(yīng)的飽和蒸氣壓比同溫下大冰塊的蒸氣壓大，所以小冰晶在凝固點溫度下不能形成

過冷水是不穩(wěn)定的，一旦有灰塵、受到振動或摩擦器壁，過冷水馬上就會結(jié)成冰。第43頁,共86頁，2024年2月25日，星期天過飽和溶液——開爾文公式的遷移應(yīng)用●微小晶體顆粒的飽和濃度大于普通晶體的飽和濃度；晶體顆粒越小，溶解度越大?！癞?dāng)溶液在恒溫下濃縮時，溶質(zhì)的濃度逐漸增大，達(dá)到普通晶體的飽和度時，對微小晶體仍未達(dá)到飽和，所以不析出微小晶體。此時溶液為過飽和溶液●溶液過飽和程度太大，會生成過于細(xì)小的晶體顆粒，不利于過濾和洗滌●向溶液中投入小晶體，防止過飽和程度過高，并獲得較大的晶體，這是晶體的”陳化”原理第44頁,共86頁，2024年2月25日，星期天§13.3

溶液的表面吸附溶液的表面吸附——Gibbs吸附公式*Gibbs吸附等溫式的推導(dǎo)第45頁,共86頁，2024年2月25日，星期天溶液表面吸附——Gibbs吸附公式溶液貌似均勻，實際上表面相的濃度與本體不同把物質(zhì)在表面上富集的現(xiàn)象稱為表面吸附

表面濃度與本體濃度的差別，稱為表面過剩，或表面超量

若加入的溶質(zhì)能降低表面張力，則溶質(zhì)力圖濃集在表面層上；若溶質(zhì)使表面張力升高時，則它在表面層中的濃度比在內(nèi)部的濃度低。問題:在一定溫度下，表面上吸附的溶質(zhì)的量究竟有多大？與哪些因素有關(guān)？為何發(fā)生表面吸附？降低表面自由能。第46頁,共86頁，2024年2月25日，星期天Gibbs吸附公式它的物理意義是：在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量n2與具有相同數(shù)量溶劑的本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量之差值。單位:mol/m2即：

式中G2是溶質(zhì)2在表面的超額。a2是溶質(zhì)2的活度，dg/da2是在等溫下，表面張力g隨溶質(zhì)活度的變化率。n2n1表面層中溶質(zhì)、溶劑的物質(zhì)的量；n20為本體溶液中與溶劑的物質(zhì)的量n10共存的溶質(zhì)的量。P329第47頁,共86頁，2024年2月25日，星期天Gibbs吸附公式

Gibbs用熱力學(xué)方法求得定溫下溶液的濃度、表面張力和吸附量之間的定量關(guān)系式1.dg/dc2<0，增加溶質(zhì)2的濃度使表面張力下降，G2為正值，是正吸附。表面層中溶質(zhì)濃度大于本體濃度。表面活性物質(zhì)屬于這種情況。2.dg/dc2>0，增加溶質(zhì)2的濃度使表面張力升高，G2為負(fù)值，是負(fù)吸附。表面層中溶質(zhì)濃度低于本體濃度。非表面活性物質(zhì)屬于這種情況。第48頁,共86頁，2024年2月25日，星期天§13.4

液-液界面的性質(zhì)液-液界面的鋪展單分子表面膜——不溶性的表面膜表面壓*曲線與表面不溶膜的結(jié)構(gòu)類型不溶性表面膜的一些應(yīng)用第49頁,共86頁，2024年2月25日，星期天§13.4

液-液界面的性質(zhì)

一種液體能否在另一種不互溶的液體上鋪展，取決于兩種液體本身的表面張力和兩種液體之間的界面張力。

一般說，鋪展后，表面自由能下降，則這種鋪展是自發(fā)的。

大多數(shù)表面自由能較低的有機(jī)物可以在表面自由能較高的水面上鋪展。液-液界面的鋪展第50頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

設(shè)液體1，2和氣體間的表面張力、界面張力分別為g1,g,

g2,g和g1,2

在三相接界點處，g1,g和g1,2企圖維持液體1不鋪展而g2,g的作用是使液體鋪展

如果g2,g>(g1,g+g1,2)，則液體1能在液體2上鋪展

反之，則液體1不能在液體2上鋪展第51頁,共86頁，2024年2月25日，星期天單分子表面膜——不溶性的表面膜

兩親分子具有表面活性，溶解在水中的兩親分子可以在界面上自動相對集中而形成定向的吸附層（親水的一端在水層）并降低水的表面張力1765年Franklin就曾用油滴鋪展到水面上，得到厚度約為2.5nm的很薄油層第52頁,共86頁，2024年2月25日，星期天單分子表面膜-不溶性表面膜

當(dāng)兩親分子的疏水基達(dá)到一定的程度，其在水中的溶解可被忽略，而通過鋪展在水面上形成單分子層，稱為不溶性表面膜。表面膜的形成

1765年，BenjaminFranklin發(fā)現(xiàn)4ml油在大風(fēng)天可使約3畝水面波浪平服。后人認(rèn)為此時的油膜厚度為25?(2.5nm)——單分子膜第53頁,共86頁，2024年2月25日，星期天實際上對不溶物單分子層的觀察，可以追溯到遠(yuǎn)古時代。在古巴比倫發(fā)現(xiàn)的大約四千年前的楔形文字碑文：“祭祀將芝麻油滴于水面并對著朝陽觀察，自油膜的色彩及運動來預(yù)言未來?！辈蝗芪飭畏肿訉幽さ陌l(fā)展歷史第54頁,共86頁，2024年2月25日，星期天 這方面最早的定量實驗是著名科學(xué)家Rayleigh1980年做的利用油酸在水面鋪展可以制止樟腦在水面上的“跳舞”。

他研究了水的表面張力隨油量的變化，油量極少時，水的表面張力并無明顯降低；油量增至一定程度時，則γ突然下降，再多加油也不再有顯著變化，從油量和所占面積計算，估計油層可能是一個分子厚(約1.6nm)。 Reileigh的工作是用最簡單的方法解決了一個重要而精確的問題。不溶物單分子層膜的發(fā)展歷史第55頁,共86頁，2024年2月25日，星期天1891年P(guān)ockels女士設(shè)計了第一個研究不溶膜的裝置。

發(fā)現(xiàn)當(dāng)成膜分子平均占有面積大于0.20nm2時，帶有脂肪酸膜的水表面張力很少變化，再減少成膜分子的平均面積則表面張力顯著降低。

表面張力的轉(zhuǎn)變點叫做Pockels點。

其使用的刮膜法一直沿用至今。不溶物單分子層膜的發(fā)展歷史第56頁,共86頁，2024年2月25日，星期天1917年Langmuir在前人的基礎(chǔ)上，在實驗方法和理論上皆予以發(fā)展。

又經(jīng)Adams,Harkins等人的系統(tǒng)工作，開辟了表面及膠體科學(xué)的新領(lǐng)域，近年來L-B技術(shù)……不溶物單分子層膜的發(fā)展歷史第57頁,共86頁，2024年2月25日，星期天單分子表面膜——不溶性的表面膜

又有人發(fā)現(xiàn)某些難溶物質(zhì)鋪展在液體的表面上所形成的膜，確實是只有一個分子的厚度，所以這種膜就被稱為單分子層表面膜。

制備時要選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，如：?）對成膜材料有足夠的溶解能力，（2）在底液上又有很好的鋪展能力，（3）其比重要低于底液，（4）且易于揮發(fā)等。

成膜材料一般是：（1）兩親分子，帶有比較大的疏水基團(tuán)（2）天然的和合成的高分子化合物第58頁,共86頁，2024年2月25日，星期天表面壓什么是表面壓?(a)在純水面上的木棍因兩邊張力相同而靜止不動(a)(b)在右邊加活性劑，木棍兩邊張力不等而向左移動(b)第59頁,共86頁，2024年2月25日，星期天表面壓式中p稱為表面壓，g0為純水的表面張力，g為溶液的表面張力。由于g0>g，所以液面上的浮片總是推向純水一邊。1917年Langmuir設(shè)計了直接測定表面壓的儀器。木棍左右兩邊表面張力之差，稱為表面壓。第60頁,共86頁，2024年2月25日，星期天Langmuir膜天平（了解）第61頁,共86頁，2024年2月25日，星期天Langmuir膜天平

圖中K為盛滿水的淺盤，AA是云母片，懸掛在一根與扭力天平刻度盤相連的鋼絲上，AA的兩端用極薄的鉑箔與淺盤相連。

XX是可移動的邊，用來清掃水面，或圍住表面膜，使它具有一定的表面積。在XXAA面積內(nèi)滴加油滴，油鋪展時，用扭力天平測出它施加在AA邊上的壓力。這種膜天平的準(zhǔn)確度可達(dá)1×10-5N/m。第62頁,共86頁，2024年2月25日，星期天有趣的表面壓

由分子撞擊火柴所造成的壓力,稱為表面壓.表面壓的產(chǎn)生,也是分子運動的結(jié)果.表面壓有多大?

將表面上鋪了一分子油層的表面壓數(shù)值換算成立體世界的壓力,可以達(dá)到1000個大氣壓.據(jù)記載:古代漁民出海遇到風(fēng)浪時,曾撒油到海面平息風(fēng)浪!表面壓存在嗎?第63頁,共86頁，2024年2月25日，星期天不溶性表面膜的一些應(yīng)用（1）降低水蒸發(fā)的速度（2）測定蛋白質(zhì)分子的摩爾質(zhì)量c是單位表面上蛋白質(zhì)的質(zhì)量（3）使化學(xué)反應(yīng)的平衡位置發(fā)生移動

測定膜電勢可以推測分子在膜上是如何排列的，可以了解表面上的分布是否均勻等等。第64頁,共86頁，2024年2月25日，星期天沙漠等缺水地帶，干旱和高氣溫使水的蒸發(fā)散失嚴(yán)重；是急待解決的問題不溶性表面膜的一些應(yīng)用（1）降低水蒸發(fā)的速度第65頁,共86頁，2024年2月25日，星期天表面壓的單位與表面張力相同在表面活性劑濃度不高時,溶液表面如二維理想氣體或分別為一個和總的表面活性分子的截面積是界面上表面活性分子的物質(zhì)的量在生物化學(xué)中，常用來計算蛋白質(zhì)分子的摩爾質(zhì)量，即利用蛋白質(zhì)所形成的單分子膜，用膜天平測定表面壓，就可用下式進(jìn)行計算不溶性表面膜的一些應(yīng)用（2）測定大分子的摩爾質(zhì)量第66頁,共86頁，2024年2月25日，星期天§13.5膜L-B膜的形成生物膜簡介*自發(fā)單層分散第67頁,共86頁，2024年2月25日，星期天§13.5膜（了解）L-B膜的形成

不溶物的單分子膜可以通過簡單的方法轉(zhuǎn)移到固體基質(zhì)上，經(jīng)過多次轉(zhuǎn)移仍保持其定向排列的多分子層結(jié)構(gòu)。這種多層單分子膜是Langmuir和Blodgett女士首創(chuàng)的，故稱L-B膜。

由于形成單分子膜的物質(zhì)與累積（或轉(zhuǎn)移）方法的不同，可以形成不同的多分子膜，如（1）X型多分子層（2）Y型多分子層（3）Z型多分子層第68頁,共86頁，2024年2月25日，星期天L-B膜的形成與類型X累積Y累積Z累積第69頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

不溶性單分子膜-LB膜

L-B膜的特點是分子排列比較規(guī)整，是各向異性的層狀結(jié)構(gòu)，膜的厚度可以控制在納米級。

L-B膜可以用來制備化學(xué)模擬生物膜、仿生生物分子功能材料、光電轉(zhuǎn)化器件、非線性的光學(xué)器件、生物和化學(xué)傳感器等，在醫(yī)學(xué)中可用于病理、藥理和臨床診斷的研究和制備抗腫瘤藥物等。第70頁,共86頁，2024年2月25日，星期天出生在紐約一個貧民家庭。1903年獲冶金工程學(xué)士學(xué)位,1906年在Nernst的指導(dǎo)下獲德國格丁根大學(xué)博士學(xué)位，1932年因表面化學(xué)等研究成果獲得諾貝爾化學(xué)獎。

Langmuir1881-1957美國物理化學(xué)家他對物質(zhì)的表面和單分子表面膜進(jìn)行了研究，提出單分子吸附層理論,設(shè)計出測量水面上表面壓的“表面天平”(即Langmuir天平)他獲獎無數(shù)，美國阿拉斯加州的一座山、紐約大學(xué)的一個學(xué)院、美國化學(xué)會的一本期刊都用他的名字來命名。第71頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

不溶性單分子膜-LB膜

Langmuir和他的學(xué)生Blodgett女士首創(chuàng)的有一定排列次序的多層單分子膜（稱為L-B膜）利用這種膜的各向異性，可以人為控制和組裝，成為高新科技方面的研究熱點。第72頁,共86頁，2024年2月25日，星期天§13.6液-固界面——潤濕作用粘濕過程浸濕過程鋪展過程接觸角與潤濕方程（重點）第73頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

13.6液-固界面現(xiàn)象潤濕是液-固界面現(xiàn)象，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)：普通棉布易被水潤濕、防水布不易被水潤濕水能潤濕玻璃、汞不能潤濕玻璃紙張：濾紙---要求水對其潤濕性好牛皮紙-----要求水對其潤濕稱量紙-----不潤濕練習(xí)本-----要求墨與紙有適當(dāng)?shù)臐櫇裥浴?。固體在液體表面的潤濕現(xiàn)象可分為粘濕、浸濕和鋪展第74頁,共86頁，2024年2月25日，星期天§13.6液-固界面——潤濕作用什么是潤濕過程？潤濕過程可以分為三類，即：粘濕、浸濕和鋪展

滴在固體表面上的少許液體，取代了部分固－氣界面，產(chǎn)生了新的液－固界面。這一過程稱之為潤濕過程粘濕過程

液