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第十二章界面现象
§ 序言
一、界面与界面科学
界面:紧密接触的两相之间的过渡区域,几个分子的厚度(并非几何学中没有厚度概念的平面或曲面)。
界面科学:
研究界面的性质及其随物质本性而变化的规律,即界面性质随两相中物质性质的变化而变化的规律。
目前已有发展较系统的学科分支:“表面化学”、“表面物理”等等。
二、界面的种类
根据物质存在的形态:固(s)、气(g)、液(l),界面有 5 类:
气液:V-L
气固:V-S
习惯上称之为“表面”(有一相为气相)
液液:L-L
液固:L-S
固固:S-S
“界面”
三、界面存在的热力学条件
两相间的界面(区域)稳定存在的先决条件是:
“界面区域的生成自由能:Gfs  0 ”
反之,若Gfs  0,则偶然的扰动即可导致界面区域自发地不断扩大,最后使一种物质完全分散在另一种物质中,界面也就不再存在。
例如:
两种气体或两种互溶的液体相混,由于界面相生成自由能Gfs  0,所以界面相无法稳定存在,完全互溶。
四、界面特性
1. 界面是一个物理区域( 厚约几个分子,  10 nm),并非几何平面;
界面是由一相过渡到另一相的过渡区域;界面也称作界面相、界面区、界面层;
相应地,本体相为与界面相相邻的两均匀相。
2. 界面层分子与内部(本体相) 分子性质不同,两者所处环境不同。
内部分子:受邻近各方向的力彼此抵消;
界面分子:受不同的两相中的物质分子的作用。
例如:
对于气-液相界面(表面),表面层分子与液相内部分子性质不同。
表面分子受到指向液体内部的拉力,致使液体表面有自发收缩成表面积最小的趋势。
亦即一个孤立(忽略重力)的液滴趋于呈球形,因为球形是表面积与体积比最小的形状。
因此,在研究“表面层上发生的行为”或“界面面积很大的多相高分散体系的性质”时,必须考虑界面分子的特性不同于体相分子。