第二节 表面现象 界面：相与相之间的接触面 表面：习惯上把固相或液相与气相的 界面称为表面。在要求不严格 的场合下，“界面”和“表面”两 词可通用。在相界面上发生的 一切物理、化学现象称为界面 现象，或表面现象。

一、表面张力与表面能

(1) 表面张力：液体表面存在着自动 缩小的趋势，或者说表面恒有一种抵 抗扩张的力，即表面张力，用符号σ 表示，其物理意义是垂直作用于单位 长度相表面上的力。单位为：N · m-1。

(2) 表面能：物质表面层分子要 比内部分子多出一部分能量。 表面能(E)等于表面张力(σ)和表 面积(A)的乘积，即： E =σ · A 对一定量的物体，其表面积和表 面能随着分散度的增加而迅速增大。 (4 · 1)

物体表面能力有自动降低的趋势。 从(4·1)式可知，表面能的降低有两种 可能的途径，即自动地减小A或自动 地减小σ，或两者都自动地减小。对 纯液体来说，一定温度下其表面张力 是一个常数，因此表面能的降低只能 通过缩小表面积来实现。

二、吸附 吸附：固体或液体表面吸引其 它物质的分子、原子或离子聚集 在其表面上的过程。 吸附质：被吸附的物质 吸附剂：具有吸附作用的物质 例如：溴蒸汽(吸附质)可被活性 炭(吸附剂)吸附。

(一) 固体表面的吸附 物理吸附 化学吸附 固体表面上的吸附按作用力性质 的不同，分为物理吸附和化学吸附 两类。 吸附

(1) 物理吸附是固体表面的分子与 吸附质分子之间的作用力是范德华 力（分子间引力）。这类吸附没有 选择性，吸附速度快，吸附与解吸 (与吸附相反的过程)易达平衡，但可 因分子间引力大小不同使吸附的难 易程度不同，在低温时易发生物理 吸附。

(2) 化学吸附是由于固体表面的原 子的成键能力未被相邻原子所饱和， 还有剩余的成键能力与吸附的分子或 原子间形成了化学键。这类吸附具有 选择性，但吸附与解吸都较慢，升高 温度可增大化学吸附。物理吸附是较 普遍现象，化学吸附通常在特定的吸 附剂和吸附质之间产生。

(3) 应用： 固体表面上的吸附有广泛应用， 如活性炭、硅胶和活性氧化铝胶 粒表面的吸附属于化学吸附，具有 选择性，这对胶粒的结构和性质其 重要作用。 固-液界面吸附最主要的应用之一 是色谱法(或称层析法)。色谱法是利 用粉状吸附剂对混合液中各组分的吸 附能力不同使吸附质彼此分离的一种 方法。

(4) 色谱法的优点： 能使那些结构相似，熔点和沸点 相差不多，利用结晶、分馏等方 法无法分离的混合物，能简便、 快速、有效的加以分离。

(二) 液体表面的吸附和表面活性物质 1. 液体表面上的吸附 液体表面也会因某种溶质的加入 而产生吸附。在一定温度下，纯 液体的表面张力为一定值，若在 纯液体(如水)中加入某种溶质， 有两种情况。

(1) NaCl、KNO3等无机盐类以及 蔗糖、甘露醇等多羟基有机物 溶于水，可使水表面张力稍微 升高； (2) 肥皂、烷基苯磺酸盐(合成洗 涤剂)进入水中，在一定范围 内，使水的表面张力显著降低。

(3) 吸附原因：若加入的溶质能降低 溶剂表面张力，从而降低体系表面能， 则溶液表面层中将保留更多的溶质分子 （或离子），其表面层的浓度大于溶液 内部的浓度，这种吸附称为正吸附（简 称吸附）；反之，若加入的溶质将增高 溶剂的表面张力，则溶液表面层将排斥 溶质分子(或离子)，使其尽可能进入溶 液内部，此时溶液表面层的浓度小于其 内部浓度，这种吸附称为负吸附。

表面活性物质：能显著降低水表 面张力的物质 它所引起液体表面的吸附是正吸附。 表面惰性物质：能使水的表面张 力升高的物质 它所引起液体表面的吸附是负吸附。

2. 表面活性物质 结构特征：具有两亲性集团是表面活性物质在分子结构上的共同特征。一类是极性基团(亲水基或疏油基)，如―OH、―COOH 、―NH2、―SH、―COONa 、― SO3Na等； 另一类是非极性基团（亲油基或 疏水基）如直链或带支链的有机羟基

以肥皂（脂肪酸钠）为例

表面活性物质与生命科学有密 切关系。构成细胞膜的磷脂、血 液中的某些蛋白质、胆汁中的胆 汁酸盐等都是表面活性物质。

三、乳状液和乳化作用 (1) 乳状液是一种液体以直径大 于100nm的细小液滴(分散相)在另 一种互不相溶的液体(分散介质)中 所形成的粗粒分散系。 (2) 乳化剂：能增加乳状液稳定 性的物质。

(3) 乳化作用(乳化)：乳化剂使乳 状液稳定的作用。 常用的乳化剂是一些表面活性物 质，如肥皂、蛋白质、磷脂、胆固 醇等。 (4) 乳化剂使乳状液稳定的原因： 是由于乳化剂是一种表面活性物质。

(5) 乳状液的类型 常见的乳状液总有一相是水或水溶液， 简称“水”或用字母“W”表示：另一相是 不溶或难溶于水的有机液体, 简称“油 ” 或用字母“O”表示。凡是油分散在水中 称为“水泡油”型乳状液, 常以O/W表示； 水分散在油中的称为“油包水”型乳状液， 常以W/O表示。牛奶、鱼肝油乳剂、农 药乳剂等属于O/W型；而油剂青霉素注 射液、原油等属于W/O型。

形成乳状液的类型主要决定于所 使用的乳化剂的性质。当加入水溶 性乳化剂，如钠肥皂、乳蛋白等， 形成O/W型乳状液；若加入油溶性 乳化剂，如钙肥皂、胆固醇等，形 成W/O型乳状液。

(6) 乳状液的类型鉴别 乳状液主要显示分散介质的 性质。可用染色法或稀释法 来鉴别。

乳状液和乳化作用在医学上有重 要的意义。 油脂在体内的消化吸收过程中， 依赖于胆汁中胆汁酸盐的乳化作用。 医药学中乳状液称为乳剂。药用油 类常需乳化后才能作为内服药，如 鱼肝油乳剂。此外，消毒和杀菌用 的药剂也常制成乳剂，如煤酚皂溶 液。