界面化学北京化工大学引言.ppt

前言,一、界面与界面化学 界面：相邻两相的界面区域。一般厚度在一个分子以上。若两相中一相为气相则称此界面为表面。,界面化学是一门既古老又年轻的科学，它是研究界面的物理化学规律及体相与表相的相互影响关系的一门学科。,早在十九世纪初就形成了界面张力的概念。 而最早提出界面张力概念的是T.Young，他在1805年指出，体系中两个相接触的均匀流体，从力学的观点看就象是被一张无限薄的弹性膜所分开，界面张力则存在于这一弹性膜中。杨还将界面张力概念推广应用于有固体的体系，导出了联系气液、固液、固气界面张力与接触角关系的杨氏方程。,1806年，拉普拉斯（P.S.Laplace）导出了弯曲液面两边附加压力与界面张力和曲率半径的关系。可用该公式解释毛细管现象。 1859年，开尔文（Kelvin）将界面扩展时伴随的热效应与界面张力随温度的变化联系起来。后来，他又导出蒸汽压随界面曲率的变化的方程即著名的开尔文方程。 1869年普里（A.Dapre）研究了润湿和黏附 现象，将黏附功与界面张力联系起来。 界面热力学的奠基人吉布斯（Gibbs）在1878年提出了界面相厚度为零的吉布斯界面模型，他还导出了联系吸附量和界面张力随体相浓度变化的普遍关系式即著名的吉布斯吸附等温式。,在19131942年期间，美国科学家Langmuir在界面科学领域做出了杰出的贡献，特别是对吸附、单分子膜的研究尤为突出。他于1932年获诺贝尔奖，被誉为界面化学的开拓者。,几何学界面与化学界面的区别 几何学界面：二维无限伸展，有面积、无厚度。 化学界面：是一个区，在该区中从一相之性质变为邻相之性质。此种转变至少在分子大小的距离才能表现出来。故表面有厚度（二维有限）。而非简单的 几何面。 界面类型：气/液 气/固 液/液 固/液 固/固（合金）,Common Interfaces of Vital Natural and Technological Importance Interface Type Occurrence or Application Solidvapor Adsorption, catalysis, contamination, gasliquid chromatography Solidliquid Cleaning and detergency, adhesion, lubrication, colloids Liquidvapor Coating, wetting, foams Liquidliquid Emulsions, detergency, tertiary oil recovery,常见的界面有：,气-液界面,气-固界面,液-液界面,固-固界面,胶体：布朗运动(Brownian motion ,1827),胶体粒子由于分散介质分子的撞击而引起的不规则运动。,v,液-固界面,二、界面化学与胶体化学 界面对胶体粒子的特殊意义： 随质点尺寸减小，单位量物质所拥有界面面积迅速增加。界面上分子比例越来越大。 例：水滴半径1 cm54 cm2/mol水 表面分子占3 ppm 水滴半径10nm5.4x107cm2/mol水 表面分子占30% 例：1cm3固体若切割为胶体尺寸大小， 其表面积为60m2,如此的高度分散使原本对物质性质只有微不足道影响的界面性质变得不可忽略，因此要真正了解胶体就不能不研究界面性质。 胶体的基本特性： 特有的分散程度、多相性、聚结不稳定性 研究物质的界面特性界面化学 表面张力、表面能、表面现象、表面吸附、单分子膜、 表面润湿等 研究一群质点所构成的分散体系的性质 胶体化学 动力性质、电性质、光学性、流变性质、胶体的聚结与 稳定性等,2.1 胶体化学与界面化学的相关性,2.2 现代胶体与界面科学的研究内容,研究对象与研究内容,分散体系,分散体系的形成与稳定,光学性能、流变性能 智能流体、电磁流变体,界面现象,润湿、吸附、界面 电现象、界面双电层 结构,有序组合体,纳米材料,生物膜、仿生膜、溶液中的有序分 子组合体,2.3 中国胶体与界面化学的发展,1954年 傅鹰院士（北京大学） 中国胶体化学的奠基人之一 1955年 戴安邦院士（南京大学） 20世纪90年代以前，只有北京大学、南京大学、山东大学、华东师范大学有胶体一界面化学的研究机构 1983年在北京大学召开全国第一届胶体与界面化学会议，2002年在山东大学召开第九届全国会议。,三、古老学科的新生命,纳米粒子自组装,多孔材料制备,生物-无机杂化材料,形貌控制,a,b) SEM, c) transmission electron microscopy (TEM), and d) high-resolution TEM images of star-shaped PbS nanocrystals obtained in mixed CTAB/SDS solution after a reaction time of 5 h. The inset in (c) shows the electron diffraction (ED) pattern obtained from an individual PbS star.,TEM images of PbS nanocrystals obtained in mixed CTAB/SDS solution after reaction times of: a) 1 h, b) 2 h, c) 12 h, d) 1 day, and e) 2 days. Insets in (d,e) show the corresponding SEM images.,Controlling the Length and Shape of Gold Nanorods,Gold nanorods have been synthesized in the presence of cetyltrimethyl-ammonium bromide (CTAB) and by seed-mediated growth in a surfactant template,参考书： 1. 胶体与界面化学-概念、演算与习题. 赵振国编. 化学工业出版社，2003年