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3 亚稳状态和新相的生成：
用开尔文公式解释过饱和蒸气、过热液体、过冷液体、过饱和溶液等亚稳定状态。 三、 铺展与润湿 1 液体的铺展
一种液体在另一种不互溶液体表面自动展开的过程称为铺展。液体A在液体B表面的铺展条件： 铺展系数S???G??B??A??AB?0 2 固体表面的润湿
固体表面上的流体被另一种流体取代的过程称作润湿，润湿分为沾湿、浸湿、铺展三种类型。 润湿能够自发进行的条件是新生成的界面使体系的吉布斯能下降。
液体表面和固液界面之间的夹角称接触角，杨氏公式给出了界面张力和接触角之间的定量关系：?s,g ??s,l = ?l,g cos? ，润湿的一般条件：? < 90?。 四、溶液的表面吸附
1 溶液的表面张力和浓度之间的关系
σ 非表面活性物质 I
非表面活性物质：极性很强，与水有强烈相互作用的物质，如
强电解质 II 表面活性物质：极性较强的有机小分子，与水的相互作用较弱 表面活性物质 表面活性剂：双亲性物质
III
表面活性剂
c
2 溶液的表面吸附
溶液自发降低表面张力的方式是改变表面层的浓度
对于表面活性物质，在表层中的比例大于在溶液本体中的比例，为正吸附； 对于表面活性物质，在表层中的比例小于在溶液本体中的比例，为负吸附 3 表面活性物质在溶液表面的定向排列
亲水基团使分子有进入水中的趋势，憎水基团有离开水而移向表面的趋势；
非极性基团企图离开水移向表面，从而降低了增加表面积所需的功，使溶液的表面张力明显降低。 随着溶液浓度的增加，表面吸附量逐渐加大，直至达到一个极限值Γm。 吸附在溶液表面的分子随着Γ 的增大而逐渐站立起来，直至形成极性端在溶液中，非极性端伸向空气，定向排列紧密的表面层。 五、 表面活性剂 1 表面活性剂的分类
表面活性剂是能使界面张力显著降低的一类物质。 含有双亲性基团是表面活性剂分子的结构特征。 2 表面活性剂的亲水亲油平衡值
亲水亲油平衡值(HLB)可以用来衡量表面活性剂分子亲水性和亲油性相对强弱。 HLB值= 7+∑(亲水基的HLB值) ?∑(亲油基的HLB值) 3 胶束
浓度较高时，表面活性剂在溶液中形成胶束。形成胶束的最低浓度称临界胶束浓度（CMC），此时溶液的很多性质如表面张力、电导率、渗透压等发生突变。 4 表面活性剂的几种重要作用
解释表面活性剂的润湿作用、乳化作用、增溶及去污作用。 练习题 1． 什么是表面吉布斯能？什么是表面张力？它们之间有什么异同和联系？
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【表面吉布斯能可以理解为在温度、压力和组成恒定的条件下，增加单位面积表面时系统吉布斯能的增量。表面张力是收缩表面的力，表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。在讨论表面现象时，表面吉布斯能是用热力学的方法来进行分析，而表面张力则是用力学的方法来讨论的，因此物理意义不同。但表面吉布斯能和表面张力是完全等价的，它们具有相同的量纲、等价的单位和相同的数值。】
2． 液体A在某毛细管中上升的高度为h ，当把毛细管折断，使其高度h?< h，此时液体能否从毛细管的顶端冒出？将一根上端向下弯曲的毛细管插入液体A，若毛细管的最高处距液面的高度h??< h，液体能否从毛细管口滴下？为什么？
【液体不会从折断后的管口处冒出。当液柱升至管口处再继续上升时，液面的曲率将发生改变，液面曲率半径的增大，使其产生的附加压力减小，直至附加压力和水柱的静压力相等。液体也不会从弯曲处滴下，因为当水升至毛细管的弯曲处时，凹液面附加压力的方向发生改变，对抗重力的向上方向的分力减小。因此，液面不会越过弯曲处，更不会从管口滴下来。】
3．两根水平放置的毛细管，管径粗细不均。管中装有少量液体，a管中为润湿性液体，b管中为不润湿性液体。问：两管内液体最后平衡位置在何处？为什么？ 【弯曲液面的Δp，其大小与σ成正比，与r成反比。
毛细管中的液体两侧表面张力相同，影响附加压力的是弯曲液面的曲率半径。
管中液体为凹液面，Δp的方向指向液体外部，左侧液面曲率半径较小，因而向左的附加压力较大，使液体向左移动，直至两侧的曲率半径相同处为最后平衡的位置。
管中液体为凸液面，Δp的方向指向液体内部，左侧液面曲率半径较小，因而向左的附加压力较大，使液体向右移动，直至两侧的曲率半径相同处为最后平衡的位置。】
4．在装有部分液体的毛细管中，将其一端小心加热，问：润湿性液体a， 不润湿性液体b各向毛细管钠一端移动？ ?11?△ △ ??p?????rr?【据公式 及多数液体物质的表面张力随温度升高而下降的性质，可知凹液面者向左移?12?动；凸液面者向右移动。】
5．分别从力和能量的角度解释为什么气泡和小液滴总是呈球形？
??【根据杨-拉普拉斯公式?p???1?1?，弯曲液面的附加压力Δp，其大小与与弯曲液面的曲率半径r???r1r2?成反比，力的方向指向曲率半径的圆心。当液滴或气泡不是球形时，球面上各点受力的方向和大小各不相
同（见右图），只有液滴或气泡为球形时，球面各点受力平衡，因此它们总是呈球形。】
6．在一个密封的容器中有某液体的几个大小不等的液滴，容器的其余空间是该液体的饱和蒸气。若温度不发生变化，当放置足够长的时间后，容器内会出现什么现象？
【液滴越小蒸气压越大，容器内的蒸气压对于正常液体是饱和的，但对于小液滴来说还未饱和，因此小液滴会蒸发。蒸发使容器内的蒸气变得过饱和，过饱和蒸气在大液滴上凝结，最终小液滴消失，大液滴长大。】 6． 用不同大小的CaCO3(s)颗粒作分解实验，在相同温度下，哪些晶粒的分解压大？为什么？
【根据开尔文公式lnpr*?2?M，CaCO3的粒径越小，蒸气压越大，这个蒸气压就是它的分解压，因此小
p*?RTr颗粒CaCO3的分解压大。】
7． 干净的玻璃片表面是亲水的，用稀的有机胺水溶液处理后，变成疏水的。再
用浓的有机胺溶液处理后，又变成亲水的表面。然后再用水冲洗，又变成疏水的表面。请解释这一现象。
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【有机胺分子由亲水基和疏水基组成。玻片表面亲水，用稀的有机胺处理玻片，有机胺分子在玻片表面形成单分子层吸附，亲水基向下，疏水基向外，使玻片变成疏水表面。再用浓有机胺溶液处理，形成第二层吸附层，疏水基向内，亲水基向外，玻片变成亲水表面。再用水冲洗，将第二层吸附层洗去，表面又变成疏水的。】
8．为什么泉水、井水都有比较大的表面张力？将泉水小心地注入干燥的杯子，水面会高出杯面，为什么？这是加一滴肥皂水将会发生什么现象？
【泉水或井水中含有大量无机盐，无机盐为非表面活性物质，会使水的表面张力增大。
由于表面张力增大，因而水和杯壁之间的接触角变大，形成凸液面，因此当液面超过杯面时可以保持不溢出。当加入肥皂水后，肥皂为表面活性剂，使水的表面张力大大降低，水和杯壁之间的接触角减小，液体将溢出杯子。】
9． 有一杀虫剂粉末，欲分散在一适当的液体中制成混悬喷洒剂，现有三种液体1，2，3，测得他们与药粉及虫体表皮之间的界面张力关系如下： ?粉??1?粉,?表皮??表皮?1??1试从润湿原理考虑选择何种液体最适宜？
?粉??2?粉,?表皮??表皮?2??2【S = ? s, g ? ? s, l ≥0 可以浸湿
S =? s, g -? l, g ?? s, l > 0 可以铺展润湿 故选择3】 ?粉??3?粉,?表皮??表皮?3??310． 解释过热液体出现的原因及避免的方法。
【在表面光洁的容器中加热纯净的液体，当温度升至液体的沸点时，由于液体内部生成的微小蒸汽泡曲率
?11???p ??半径r很小，根据杨-拉普拉斯公式 r ?? r ?? ，气泡凹液面上的附加压力会很大。而且根据开尔文公*?12?pr2?M1式 ln p * ? ? RT ? r ，凹液面的蒸气压将降低，气泡内部的蒸气压降低，气泡越小，蒸气压越低。在凹液面产生的附加压力、水的静压力、大气压的作用下，再加上气泡内的蒸气压很小，在这些因素的共同作用下，小气泡很难形成，当达到沸点时，液体仍不沸腾，只有继续加热，使气泡的蒸气压增大到和外界压力相等时，液体才会沸腾，从而引发爆沸。
为了避免爆沸，通常在加热前在液体中加入沸石或毛细管，当加热时，气体受热从沸石或毛细管中出来，在液体中生成小气泡，这些气泡可以作为新相种子，有较大的直径，使液体沸腾时极大降低了由于液面弯曲而带来的阻碍，可有效防止爆沸的发生。或者在液体加热过程中不断搅拌，是液体均匀受热，同时引入气泡，也可避免爆沸的出现。】
11．为了提高农作物的杀虫效果，常在农药中加入一些表面活性剂，请用表面活性剂的润湿作用解释原因。 【叶片为憎水表面，在喷洒农药时，要使农药润湿叶片，则需要在农药中加入表面活剂，表面活性剂的极性端伸向空气，非极性端吸附在叶片上，降低固液界面张力，减小接触角，药液能够在叶片使药液在叶片表面上展开，水分蒸发后，在叶子的表面上留下均匀的一层药剂。如果润湿性不好，叶片表面上的药液聚集成液滴，很容易滚下，或是水分挥发后，在叶片上留下断断续续的药剂斑点，影响杀虫效果。】
第八章 胶体分散系统
基本要求
1 熟悉胶体分散系统的分类、基本特征。
2 了解溶胶的动力性质：溶胶的布朗运动、扩散、沉降。 3 了解溶胶的光学性质：散射规律、颜色形成。
4 熟悉溶胶的电动现象、带电原因和双电层结构，掌握溶胶的结构式书写。
5 熟悉大分子化合物对溶胶稳定性的影响，熟悉电解质对溶胶的影响，掌握电解质的聚沉作用规律。 本章知识点
一、 溶胶的分类和特征 1.分类
分散系统按其形成的相态分为均相系统和多相系统。在均相系统中，按溶质分子的大小分为小分子溶液和
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大分子溶液；在多相系统中按分散相粒径大小分为超微分散系统和粗分散系统。
当分散相的粒径在1~100 nm之间的分散系统称胶体。其中大分子物质能溶解在水中成为均相系统，称为亲液胶体；在水中不溶的超微分散系统称为憎液胶体，简称溶胶。溶胶按分散介质的聚集状态可分为三大类：气溶胶，液溶胶和固溶胶。 2 溶胶的基本特性
特有的分散程度，相不均匀性和聚结的不稳定性，这些特性是溶胶区别其它分散系统的重要标志。 二、溶胶的动力性质 1布朗运动 布朗运动是溶胶粒子在介质中的无规则运动
布朗运动是分子热运动的宏观表现，也是维持溶胶稳定性的主要动力学因素。 2扩散与渗透 布朗运动在宏观上表现为扩散与渗透；溶胶粒子半径越小，介质粘度越小，则扩散系数D越大。
渗透是介质的扩散行为，它的驱动力是溶质的浓度差。 3沉降和沉降平衡 溶胶粒子在外力场作用下的定向移动称沉降；在重力和扩散的共同作用下，溶胶粒子将达到沉降平衡。 三、溶胶的光学性质 1溶胶的光散射现象 光线通过胶体系统时，在入射光的侧面可看到一个浑亮的光柱，这一现象为光散射现象（丁达尔效应），它是溶胶分散系统的最主要光学特征。 2瑞利散射公式 瑞利散射公式是散射光强度的定量描述，公式表明：入射光的波长越小、粒子半径越大和浓度越大、粒子与介质的折光率差越大，散射光强度越大。 四、溶胶的电学性质
1电动现象： 电泳、电渗、沉降电势和流动电势表明溶胶于粒子和介质均带电。 2 溶胶粒子表面的电荷来源 溶胶粒子表面吸附离子或自身电离是表面荷电的主要原因。
凡是与溶胶粒子中某一组成相同的离子则优先被吸附，这一规律称为法金斯（Fajans）规则。 3 双电层理论 对于溶胶粒子电性结构的描述有三种理论，亥姆霍兹平板双电层模型过于简单、古埃－查普曼扩散双电层模型区分了表面电势和电动电势，也便于理论上的处理，斯特恩吸附扩散双电层模型提出更精细的结构，能解释更多的实验事实。
4胶团结构： [(胶核)m? n定位离子?（n–x）内层反离子]? x外层反离子 五、溶胶的稳定性和聚沉作用
1溶胶的稳定性： 溶胶具有动力稳定性（原因），但有热力学的不稳定性。 2溶胶的聚沉 电解质对溶胶的稳定性影响最大（作用规则）；
大分子对溶胶有保护作用，但用量不足时有絮凝作用。 练习题
1．溶胶有较强的散射光，大分子溶胶则较弱，这是因为：（C） A溶胶粒径大，大分子粒径小 B溶胶浓度大，大分子浓度小 C溶胶的折光率与介质相差很大，大分子则相近 D溶胶对短波光敏感，大分子则不敏感
2. 电渗现象表明( C)
A 胶体粒子是电中性的 B 分散介质是电中性的 C 胶体系统的分散介质也是带电的 D胶体粒子是带电的
3. 在胶体分散系统中，ζ 电势为何值时称为等电状态？(B)
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