第二章表面科学的某些基本概念和理论课件.ppt

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1、第二章 表面科学的某些基本概念和理论,概述：固体材料,晶体：非晶体：,金属材料：无机非金属材料：有机高分子材料：,结构材料：功能材料：,纯金属、合金。陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料。塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂。,晶体中原子、离子、或分子在三维空间呈周期性排列（长程有序）内部原子、离子或分子在三维空间排列无规则排列（长程无序，包括玻璃、非晶态金属、非晶态半导 体和某些高分子材料）,以力学性能为主的工程材料。利用物质的各种物理、化学特性及其对外界环境敏感的反应，实现各种信息处理和能量的转换的材料。,固体材料的界面：固-液、液-液、固-固的过渡区域,表面：晶界（亚晶界）：同相晶粒之间相界：异相晶粒之

2、间本课程主要研究的对象是,固体材料与气体或液体的分界面。多晶材料内部成分、结构相同，取向不同的晶粒（或亚晶）之间的界面。固体材料中成分，结构不同的两相之间的界面。 表面,表（界）面的定义： 表界面研究的对象是不均匀的体系，具有多相性，即该体系中存在两个或两个以上不同性能的相，表界面是由一个相过渡到另一相的过渡区域,概述 表面质点所处环境不同于内部质点，存在悬键或受力不 均而处于较高能态，呈现一系列特殊的性质。 表面与界面可近似看作是材料中的二维缺陷。 引起熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿、化学 活性、化学反应等方面的变化。 有关强度、韧性、导热、导电、介电、传感、腐蚀、氧 化、催化、能量

3、交换、摩擦磨损、光的吸收与反射等都 与表面与界面特性密切相关。 多晶材料的界面分为： 同相界面：相同化学成分和晶体结构的晶粒间界面， 如晶界、孪晶界、畴界等。 异相界面：不同化学成分和晶体结构的区域间界面， 如同质异构体界面、异质异构体界面。,2.1 固体表面的基本特征 固体表面的不均一性 通常将一个相和蒸汽或真空接触的界面称表面。 固体表面与液体相似处是表面受力不对称；不同处是固 体表面原子(离子)不能自由流动，使定量描述更困难。 固体表面的不均一性主要表现为：-晶体的各向异性在表面上也体现。-表面结构缺陷引起表面性质变化。-实际固体表面常被外来物污染而影响表面性质。-在原子尺度上，实际固体

4、表面是凹凸不平的。,2.2 固体的表面 理想表面：表面结构不变地延续到表面后中断，是理论 上结构完整的二维点阵平面，忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断地影响，忽略了表面上原子的热运动、热扩散和热缺陷及表面的物理化学现象等。 晶体的解理面认为是理想表面。 真实清洁表面：没有表面污染的实际表面。,2.2.1 清洁表面的一般情况 晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子的键合，形成了附加的表面能。从热力学来看，表面原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。 表面原子达到稳定态的方式一、自行调整，原子排列情况与材料内部明显不同。二、依靠表面的成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附以及这两者的相互作用而趋向稳

5、定态。 表面组分与材料内部不同，存在各种类型的表面缺陷。,单晶表面的TLK模型（已被低能电子衍射（LEED）等表面分析结果证实）,T：低晶面指数的平台（Terrace）；L：单分子或单原子高度的台阶（Ledge）；K：单分子或单原子尺度的扭折（Kink）,2.2.2 表面原子重排机理1.表面弛豫当某一表面形成时，为了降低体系的能量，表面原子移到一个新的稳定的平衡位置。因此改变了最表层与第二层的间距，形成带有折皱的周期起伏的表面。这种移动称为弛豫作用。 表面弛豫表现在晶体结构基本相同，但点阵参数略有差异，特别是表现在表面与其下少数原子间距的变化上，即法向弛豫。（特别是压缩（负）弛豫）,理论模型认

6、为： 金属表面电子改变空间分布以降低能量，结果出现，表面电偶极子层，并通过它与表面原子层的互作用而产生压缩弛豫。一般：表面一、二层间原子间距受压缩 二、三层间原子间距受膨胀 三、四层间原子间距受压缩 弛豫地正负自表向内交替的改变，即自外向内的几个表面原子层的层间距是收缩、膨胀交替地进行的。,负弛豫的简单解释： 将一个晶体劈裂成新表面时，表面原子原来的成键电子会部分地从断开的键移到未断地键上去，从而使未断键增强，因此会减少键长。 不过，一旦有被吸附的原子存在，键长的变化应减少或消失。弛豫作用对杂质、缺陷、外来吸附很敏感。正弛豫的简单解释： 由于表面原子间的键合力比体相弱，表面原子的热振动频率会降

7、低，使振幅增大，从而表面原子会发生重组，重组后的点阵常数大于体相。,2.表面重构 表面晶体结构和体内出现了本质的不同。重构常表现为表面超结构的出现，即两维晶胞的基矢按整数倍扩大。 在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置做了较大幅度的调整，这种表面结构称为重构。,重构表面示意图,最常见的表面重构有两种类型： 缺列型重构，重组型重构a.缺列型重构：是表面周期性地缺失原子列造成的超结构。 清洁的面心立方金属，铱、铂、金、钯等晶体1 1 0表面上的原子列每间隔一列即缺失一列。b.重组型重构并不减少表面的原子数，但显著地改变表面的原子排列方式。通常，重组型重构发生在共价键晶体或有较

8、强共价成分的混合键晶体中。 共价键具有强的方向性，表面原子断开的键，即悬键处于非常不稳定的状态，因而将造成表面晶格的强烈畸变，最终重排或具有较少悬键的新表面结构，显然这种新结构是具有较大周期的超结构。 若只考虑最近邻原子的交互作用，这两种表面形态的表面能量无明显区别，但若考虑较长程的互作用，后者具有较低的能量。,c.当原子键不具有明显方向性时，表面重构较少，重构以缺列型为主。 当原子键具有明显的方向性，如共价键，则清洁的低指数晶面上的重组型重构较多。 必须指出，重组型重构同时伴有表面弛豫，以进一步降低能量，只是对表面结构变化的影响程度而言，表面弛豫比重新配对要小的多。,2.3 固体表面力场 晶

9、体中质点的受力场可认为是对称的。 固体表面质点力场对称性被破坏，存在有指向的剩余力 场，使固体表面表现出对其他物质有吸引作用（如吸附、 润湿等），该力称为固体表面力。 表面力分为化学力和分子力： 化学力：本质是静电力。当固体表面质点通过不饱和键 与被吸附物间发生电子转移时，产生化学力。,范德华力（分子力）： 定向作用力(静电力)：发生在极性物质之间。相邻两个 极化电矩相互作用的力。 诱导作用力：发生在极性与非极性物质之间。指在极性 物质作用下，非极性物质被极化诱导出暂态的极化电矩， 随后与极性物质产生定向作用。 分散作用力(色散力)：发生在非极性物质之间。非极性 物质瞬间电子分布并非严格对称，

10、呈现瞬间的极化电矩， 产生瞬间极化电矩间相互作用。在固体表面上，化学力和范德华力可以同时存在，但两者在表面力中所占比重，将随具体情况而定。,2.4 表面能和表面张力 表面能增加单位表面所需做的可逆功，单位Jm-2。 表面张力产生单位长度新表面所需的力，单位Nm-1。对没有外力作用的表面系统，系统总表面能将自发趋向于最低化。 为什么表面的出现会伴随表面能的产生呢？ 原因是不论液体还是固体，从无表面到生成一个表面，必须依靠环境对其做功，该功即转变为表面能或表面自由能。,以面心立方晶格金属的表面形成为例说明在晶体内部原子的配位数是12。如果形成表面的原子面是（100）时，由于外层原子不存在了，因此配

11、位数变为8。即其余四个原子的键被断掉。 设两个原子间的键能为Ua，则制造表面时每断一个键，该原子的能量将增加Ua/2，切断4根键增加能量2Ua。这种能量的增加称为断键功，与原子的内聚功和表面上原子取向有关。,思考：对于fcc，当表面为（111）、（110）面时的断键功各为多少？,2.4.1 液体表面张力 由于表面层分子受到内部分子的吸引，它们都趋向于挤入液体内部，以使溶体表面层尽量缩小，结果在表面的切线方向上便有一种缩小表面积的力作用着。,实验表明：力f的大小与AB的长度l成正比，,表面张力是施加于液体表面单位长度上的力。表面张力的方向是与液体表面相切，其单位是N.m-1,影响表面张力的主要因

12、素：1.物质本身结构的影响,可以看出就结构而言，金属键的物质最大，离子键的物质次之；极性共价键的物质再次之，非极性共价键的最小。,2.所接触介质的影响,常温下一种液体与某些不同物质接触时的表面张力数据 因为表面层分子与不同物质接触时所受的力不同，所以表面张力也有差异。,3.温度的影响 一般来说，温度升高，物质的密度降低，使物质内部的分子对表面层分子的引力减弱，所以表面张力下降。在临界温度时，气、液两相无区别，表面张力都趋近于零。,水的表面张力随温度升高而降低的定性解释：（1）温度升高，体积膨胀，液相中分子间距增大，内部分子对表面层分子的引力减弱。（2）温度升高，蒸汽压增大，气相中分子对表面层分

13、子的吸引力增强。当达到临界温度时，液体密度和蒸汽密度相同，所以表面张力为零。,总结 表面能与键性：表面能反映的是质点间的引力作用，因 此强键力的金属和无机材料表面能较高。 表面能与温度：随温度升高表面能一般为减小。因为热 运动削弱了质点间的吸引力。 表面能与杂质：物质中含有少量使表面能减小的组分， 则会在表面上富集并显著降低表面能；若含有少量表面 能增加的组分，则倾向在体内富集并对表面能影响不大。对物质表面张力产生强烈影响的组分称为表面活化剂，如熔融铁中的氧和硫，氮化物和碳化物表面的氧。,2.4.2 液体的表面自由能 表面层分子受到一个垂直于液面指向液体内部的力，这个力力图将表面分子拉入液体内

14、部，从而使液体表面具有自动收缩的趋势。如要把液体分子从液体内部移到表面（增加表面积），就必须克服指向液体内部的引力而做功。,在等温等压下，若将AB可逆地移动一个距离。这时液体膜的表面积增加了A，同时环境消耗了功。根据力学原理，功等于力乘距离，所以这一过程中外界所消耗的功为：,由,得,由热力学第二定律：,积分上式得,由上式可知，一个体系的表面自由能在数值上等于表面张力和表面积的乘积。体系表面张力和表面积越大，则表面自由能越大。,由上式可以看出,对于只有表面积和表面张力发生变化的体系，根据热力学的最小自由能原理，表面自由能减小的过程是自动进行的过程。,将式,微分得,小结：液体表面能 倾向于形成球形

15、表面，降低总表面能。 液体表面能和表面张力具有相同的数值和量纲。,2.4.3 固体的表面张力及自由能1.固体表面张力 固体的表面张力不同于液体，很难测得定值。 因为即使对同一晶体，由于处于表面上的晶面不同，同时，表面微观形态复杂多变，晶格缺陷存在地程度也不相同，其表面张力也会不同。2.固体表面自由能 对于固体，原子几乎不可移动，其表面原子结构基本上取决于材料的制造加工过程。 固体的表面张力并一定等于表面应力。 Gibbs指出，表面张力是形成单位面积的表面时消耗的功，即表面自由能，而表面应力除了造成界面自由能的变化外，还要用于表面形成时固体形变所消耗的功。,3.影响固体表面自由能的因素 （1）晶

16、体原子间的结合能 原子间结合能高，表面自由能也高。 （2）表面原子的晶面取向 晶体中越是堆集紧密的晶面其表面自由能越低。 （3）温度 对于无应变的表面，表面自由能等于表面张力。 表面张力与温度的半经验关系式：, 固体表面能 一般不等于表面张力，其差值与过程的弹性应变有关。原因为： -固体表面质点没有流动性，能够承受剪应力的作用。 -固体的弹性变形行为改变了增加面积的做功过程，不再使 表面能与表面张力在数值上相等。如果固体在较高的温度下能表现出足够的质点可移动性，则仍可近似认为表面能与表面张力在数值上相等。,2.5 固体表面的润湿 在一种材料上通过覆层法进行表面改性的时候，无论采用何种工艺，首先

17、要考虑覆层物质和固体表面的润湿性。因此，掌握润湿的理论是非常重要的。2.5.1 润湿现象及润湿角,角的大小，与表面张力有关。在液-固两相的接触端点O处受到三个力的作用：,这三个力互相平衡，合力为零，从而有：,或,上式叫Young方程式。 表明润湿角的大小与三相界面张力的定量关系。 因此，凡是能引起任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。,由Young方程可以看出，表面能高的固体比表面能低的固体更易被液体所润湿。 Zisman把0.1N.m-1以下的物质作为低能表面，把110Nm-1以上的物质作为高能表面。 通常把固体有机物及高聚物的表面视为低能表面； 把金属及其氧化物、硫化物、无机盐等

18、地表面视为高能表面。 Zisman还发现，低能表面固体当被完全润湿时，对应液体的表面张力为 ， 称为完全润湿的临界表面张力，并认为 是固体材料的一个特征值。 物理意义是，只有表面张力小于 的液体，才能对该固体完全润湿，凡是大于 的液体，会有一定的接触角。,在生产上可以通过改变三个相界面上的值来调整润湿角。（1）若加入一种使 l-g和 s-l较小的表面活性物质，可使减小，润湿程度增大；（2）若加入某种使增大的表面惰性物质，可使增大，润湿程度降低。 例如在浇铸工艺中，熔融金属和模子间的润湿程度直接关系着浇铸质量。若润湿性不好，铁水不能与模型吻合，所得的铸件在尖角处呈圆形；若润湿性太强，则金属较容易

19、渗入模型缝隙而形成不光滑的表面。 为了调节润湿程度，可在钢液中加入适量的硅，以改变界面张力，得到合适的角。,润湿作用可以从分子间的作用力来分析。 润湿与否取决于液体分子间相互吸引力（内聚力）和液固分子间吸引力（粘附力）的相对大小。若后者较大，则液体在固体表面铺展，呈润湿；若前者占优势则不铺展，呈不润湿。 问题：为什么水能润湿玻璃、石英，而不能润湿石蜡、石墨呢？试解释之。,润湿理论的应用润湿现象在某些工业生产中有着重要的地位。（1）在冶金结晶过程中，熔体中的杂质（如氧化物、氮化物等）若与晶粒之间界面张力小，则接触角 小，润湿性就好，晶核质点便会在杂质上铺展，以杂质为中心促进结晶过程的进行。此原理

20、在细化晶粒，改善和提高金属的机械性能方面非常重要。（2）在冶金和铸造生产的冶炼过程中，若钢水、铁水与炉渣的润湿性好，则彼此不易分离，扒渣时使钢水、铁水遭到损失；另一方面若钢水能润湿炉衬，则炉壁易受浸蚀。因此，一般在碱性电炉炼钢时，常用镁砂（ MgO）作炉衬，钢水与镁砂的接触角 118 136，接触角较大，对炉衬润湿性差，可延长炉体的使用时间。,（3）在表面重溶、表面合金化、表面覆层及表面涂装等表面改质中，都希望得到大的铺展系数，为此不仅要对表面预处理下功夫，还要对表面成分进行选择，如果铺展系数 过小，就难以得到均匀、平滑的表面。（4）由于液体对固体的接触角与气体对固体的接触角互为补角，即二者之

21、和为 180，所以液体对固体不润湿时，气体对固体就润湿。反之，液体对固体润湿时，气体对固体不润湿。如在炼钢过程中的氧化间，当钢水沸腾时有大量气泡由熔池内向外逸出，这时不被钢水润湿的难熔杂质颗粒就被气体所润湿，而粘附在气泡上随气泡而排出。这样就减少了钢中的杂质，提高了钢的质量。,2.6 表面吸附热力学及表面力,工艺,通过基体与气体的相互作用来实现表面改质（气体渗扩、气相沉积等）,通过基体与液体的接触来实现表面改质（电镀、化学镀、涂装等）,了解表面对气体及液体的基本作用规律是非常重要的。,2.6.1 吸附现象及其基本分类 体相原子存在一个力场，此力场处于表面上时，不可能突然消失，必然会伸到界面外的

22、空间中去。 这种不饱和的力场，对周围的气体和液体会产生不同程度的吸引作用，从而使环境介质在固体表面上的浓度大于体相中的浓度，这种现象称为吸附。 从热力学的观点来看，固体表面上同样存在较高的自由能，而且由于固体没有流动性，不能像液体那样尽量用减小表面积的方法来降低体系的表面自由能，只能靠吸附外部介质来降低表面自由能，使表面处于更稳定的状态。,气体分子被表面吸附的吸引力主要分成物理和化学两类，这两种力分别导致了物理吸附和化学吸附。,（1）任何气体在其临界温度以下，都会在其和固体表面之间的范德华力作用下，被固体表面吸附，即物理吸附。 物理吸附不发生电子的转移，最多只有电子云中心位置的变动。 化学吸附

23、中，吸附剂和固体表面之间有了电子的转移，二者产生了化学键力。但是并不是任何气体在任何表面上都可以发生化学吸附，例如H2可以在 Ni 的表面上发生化学吸附而在 Al 上则不能。 常见气体对大多数金属而言，其吸附强度大致可以按下列顺序排列：,物理吸附与化学吸附的特点：,（2）物理吸附仅要很小的活化能就可以发生，因而在很低的温度下就可以进行，但由于其吸附力很弱，且易于脱附，因此在表面改质中的直接贡献未必很大；但是，作为化学吸附的前奏，还是很重要的。在许多情况下，环境不能提供足够的解离能，没有物理吸附，化学吸附是很难发生的。（3）物理吸附与化学吸附在许多情况下是有害的。对于金属的表面改质，往往需要纯净

24、、活化的表面，但是预处理的表面很快会吸附了大气中的 O2等使表面钝化甚至形成氧化膜，给处理质量带来了不同程度的损害。,2.6.2 表面吸附力1.物理吸附力 物理吸附力是在所有的吸附剂和吸附质之间都存在地，这种力相当于液体内部分子间的内聚力。（1）色散力色散力是因为该力的性质和光色散的原因之间有着紧密的联系。它来源于电子在轨道中运动而产生的电矩的涨落，此涨落对相邻原子或离子诱导一个相应的电矩，反过来又影响原来原子的电矩，色散力就是在这样的反复作用下产生的。,（2）诱导力一个分子的电荷分布要受到其它分子电场的影响，产生诱导电偶极矩，对表面将有一诱导作用，此作用应力称为诱导力。此力的贡献比色散力的贡

25、献低的多。（3）取向力具有偶极而无附加极化作用的两个不同分子的电偶极矩间有静电相互作用，此作用应力称之为取向力。其性质与大小与电偶极矩的相对取向有关。,2.化学吸附力 化学吸附与物理吸附的根本区别是吸附质和吸附剂之间发生了电子的转移或共有，形成了化学键。 这种化学键不同于一般化学反应中单个原子之间的化学反应与键合，称作“吸附键”。 吸附键的重要特点是：吸附质粒子仅与一个或少数几个吸附剂表面原子相键合。 吸附键的强度依赖于表面的结构，但在一定程度上与底物整体电子性质也有关系。,2.6.3 表面吸附力的影响因素（1）吸附键性质会随温度的变化而变化 物理吸附只是发生在接近或低于被吸附物所在压力下的沸

26、点温度； 化学吸附发生的温度远高于沸点，同时，随着温度的增加，被吸附分子中的键会陆续断裂以不同形式吸附在表面上。,( 2 ）吸附键断裂与压力变化的关系 由于被吸附物压力的变化，即使固体表面加热到相同的温度，脱附物并不相同。 ( 3 ）表面不均匀性对表面键合力的影响 如果表面有阶梯和折皱等不均匀性存在，对表面化学键有明显的影响。表现最为强烈的是 Zn 和 Pt 。在这些金属上当有表面不均匀性存在时，一些分子就分解，而在光滑低密勒指数表面上，分子则保持不变。乙烯在 200K 的 Ni ( 1 11 ）面上为分子吸附，而在带有阶梯的 Ni 表面上，温度即使低到 150K 也可完全脱掉氢形成C2。有些

27、研究还指出，表面阶梯的出现会大大增加吸附概率。,( 4 ）其它吸附物对吸附质键合的影响 当气体被吸附在固体表面上，如果此表面上已有其它被吸附物存在或其它被吸附物被同时吸附时，对被吸附气体化学键合有时会产生强烈的影响，这种影响可能是由于这些吸附质的相互作用而引起的。例如在镍表面上铜的存在使氧的吸附速度减慢，硫可以阻止 CO 的化学吸附。,2.6.4 表面化学物 当吸附物与固体表面的负电性相差较大，化学亲和力很强时，化学吸附会在表面上导致新相的生成，即称为表面化学物。表面化合物的特点：（1）表面化学物是一种二维化合物，该化合物不同于一般的化学吸附态，因为它有一定的化合比列，且随键合性质的不同，表现

28、的性能不同；它又不同于体相的化合物，不仅化合比不同，化合物的性质也不同，而且通常的相图中也不存在。（2）表面化合物的形成引起表面原子重组。（3）表面化合物在底物表面上的二维点阵一般比较复杂。,2.7 液体和固体表面对溶液的吸附2.7.1液体表面的吸附现象 溶液表面也同样存在吸附现象，但这种吸附不同于固体，它不仅可以吸附外部的气体，还可以吸附来自于自身内部的溶剂或溶质，在大部分情况下，我们关心的是后一种吸附。例如 合金在冶炼时，表面的吸附有可能造成合金表面成分的偏析，从而影响表面层的性能。特别是在表面合金化改质中，有时需要把薄的合金化层重熔，表面吸附同样会产生成分的起伏，因而了解溶液界面的吸附规

29、律是重要的。 由于表面的吸附作用使得溶液表面层的浓度和溶液内部产生差异的现象叫做溶液表面的吸附。 在戊醇水溶液中，戊醇在表面层的浓度比内部要大得多，称正吸附。 在 NaCI 溶液中， NaCI 在表面层的浓度比在内部的要稍小一些，称负吸附。,按照物质作为溶质时在溶液表面吸附作用的不同，物质可以分为以下三类。 A 类： NaCI , Na2SO4 ， KOH , NH4Cl , KNO2 等无机盐以及蔗糖、甘露醇等羟基有机物，可使水的表面张力增加； B 类：醇、醛、酸、酯等绝大部分有机物可使水的表面张力稍降低； C 类：肥皂及各种洗涤剂，如长链烷基磺酸盐、烯烃磺酸盐等，可使水的表面张力显著降低。

30、,为什么溶液的表面层会发生吸附作用呢？以戊醇水溶液为例进行说明。 从分子间的作用力来说，戊醇分子的极性较水分子极性小，在戊醇水溶液中，水分子间的吸引力强，而水对戊醇分子的吸引力弱，因而表面水分子易被拉入水中，而戊醇分子则较难被拉入水中，所以戊醇分子在表面层的浓度较内部大，发生正吸附作用。 热力学方面，由于戊醇水，而表面张力（或比表面自由能）减小的过程能够自动进行，所以戊醇会自动聚集到表面层使溶液的表面张力减小。不过由于扩散作用，戊醇也不会都聚集到表面层中。两个相反过程进行的结果，最后可以达到平衡。这时戊醇在溶液表面层的浓度大于内部的浓度，发生正吸附作用。 NaCI 溶于水中的情况则相反，因为

31、Na 和 Cl 受水的吸引力强，易被拖入水中，所以发生负吸附。,2.7.2 表面活性物质与表面非活性物质 凡是能够显著降低溶液表面张力的物质表面活性物质或表面活性剂。 只能使液体表面张力升高或降低很小的物质叫表面非活性物质或表面非活性剂。实验证明:（1）当铁液中溶有 O , S , C , P , Si , B 等非金属元素时，可使铁液表面张力大大降低，它们是铁液的表面活性物质，它们在铁液表面发生正吸附；（2）金属 Co , Ni 等使铁液表面张力略有升高，在铁液表面发生负吸附，它们是铁液的表面非活性物质。（3）P2O5，SiO2, TiO2 是炼钢炉渣的表面活性物质，它们能显著降低炉渣的表面

32、张力。,2.7.3 固体对液体的吸附 固体表面对液体分子同样有吸附作用，这种吸附包括对电解质的吸附和非电解质的吸附。 电解质的吸附将使固体表面带电或者双电层中的组分发生变化，也可能是溶液中的某些离子被吸附到固体表面，而固体表面的离子则进入溶液之中，产生离子交换作用。 对非电解质溶液的吸附，一般表现为单分子层吸附，吸附层以外就是本体相溶液。 一般来说固体对液体的吸附要比液体对液体的吸附复杂得多。 通常极性物质倾向于吸附极性物质，非极性物质倾向于吸附非极性物质。例如活性炭吸附非电解质的能力比吸附电解质的能力为大，而一般的无机固体类吸附剂吸附电解质离子比吸附非电解质为大。,固体在溶液中吸附的规律性：

33、 能使固体表面自由能降低得多的物质较易被吸附。 与固体极性相近的物质较易被吸附。 与固体有相同性质或与固体晶格大小适当的离子较易被吸附。 溶解度小或吸附后生成配合物的物质较易被吸附。 固体表面带电时，较易吸附反电离子或易被极化的离子。,2.7.4固体表面之间的吸附 固体和固体表面之间同样有吸附作用，但是两个表面必须接近到表面力作用的范围内（即原子间距范围内）。 如将两根新拉制的玻璃丝相互接触，它们就会相互粘附，粘附功表示了粘附程度的大小，定义为,影响因素：（1）表面的污染会使粘附力大大减小。 例如铁片若在水银中断裂，两裂开面可以再粘合起来；而在普通空气中就不行，因为铁迅速与氧气反应，形成一个化

34、学吸附层。表面净化一般会提高粘结强度。,（2）固体的粘附作用只有当固体断面很小并且很清洁时才能表现出来。 这是因为粘附力的作用范围仅限于分子间距，而任何固体表面从分子的尺度上看总是粗糙的，因而它们在相互接触时仅为几点的接触，虽然单位面积上的粘附力很大，但作用于两固体间的总力却很小。如果固体断面相当细，接合点就会多一些，两固体的粘附作用就会明显。或者使其中一固体很薄（薄膜），它和另一固体容易吻合，也可表现出较大的吸附力。 因此，玻璃间的粘附只有新拉制的玻璃丝才能显示出来，用新拉制的玻璃棒就不行，因为后者接触面积太小，又是刚性的，不可能粘住。（3）材料的变形能力大小，即弹性模量的大小，会影响两个固

35、体表面的吸附力。,习题二（1）为什么会造成表面原子的重组？（2）设两个原子之间的键能为Ua，如果分别沿（100）和（110）晶面断开成为表面，表面能各为多少？哪个晶面较致密？（3）影响液体表面自由能的因素是什么？（4）为什么固体表面自由能和表面应力一般不相等？影响固体表面自由能的因素是什么？（5）在两个玻璃之间放少许水叠在一起为什么很难分开？（6）部分浸入液体的两竖直平行板互相靠近，在下述情况下它们之间的力是斥力还是引力？ （1）两板都润湿；（2）两板都未润湿；（3）一板润湿另一板不润湿。,（7）氧化铝瓷件上要涂覆银，当烧至1000时，液态银能否润湿氧化铝瓷表面？已知在（8）表面重熔后的晶粒比原晶粒是粗还是细，为什么？（9）物理吸附与化学吸附的区别是什么？（10）影响表面吸附力的因素是什么？（11）固体对溶液吸附的主要规律性。（12）固体表面对固体表面有无吸附性？为什么？,