界面现象是指发生在相界面上的各种物理、化学过程而引起的现象。它既涉及界面区内物质的化学组成、物理结构和电子状态,又与界面两边的主体相物质的性质有关。那么,什么是界面呢?正如前言所说,界面并不是一个简单的几何平面,它实际上是介于两相之间的一个区域,如图1-1所示。图中的α相和β相为主体相,中间区域为界面相。据量子力学估算,界面相的尺度约为几个分子的厚度。很显然,在界面相中,α相的分子和β相的分子不但共存,而且会融为一体,所以人们通常又将界面相简称为界面。当我们单独考察界面时,会发现处于界面相内的分子所受到的作用明显不同于两个主体相中的分子,而这正是一切界面现象发生的最原始的动因。例如当β相为液相,α相为与之呈平衡的气相时,组分i的浓度ci在垂直方向上的变化如图1-1(b)所示,图中的虚线表示界面相的边界线,分别与图1-1(a)中的A-A′和B-B′平面对应。
图1-1 界面相及其浓度变化曲线
人们最初认识到界面现象是从液体表面和固体表面开始的,如毛细现象就是由液体表面性质引起的,而吸附现象则与固体表面有关,按气、液、固三相进行排列组合一共有如下五种界面:气-液、液-液、气-固、液-固和固-固。其中气-液和气-固界面又分别称为液体表面和固体表面。人类所处的自然界中,气、液、固三态构成了物质世界的大部分,在人们的日常生活和农业生产中,随处可见界面的存在,界面现象也随处可见。例如,大自然中,早晚所见到的曙光和晚霞、雨后的彩虹和光环等;日常生活中,我们所用的肥皂和洗衣粉的去污过程就是一种典型的界面现象,有时我们还会碰到水温低于冰点而不结冰的过冷现象、高于沸点而不沸腾的过热现象;而在工业生产中,也常碰到废气的吸收,结晶制糖、制盐,纺织印染等许多过程,就是借助界面所具有的独特性质而得以进行的。由于这些现象均与界面性质有关,一般又总称为界面现象。表1-1列出了与上述界面有关的一些典型界面现象。(www.daowen.com)
表1-1 常见界面及相关界面现象
本书的目的就是通过分析界面现象的成因及规律,并探讨这些规律在工业实践中的应用。下面以弯曲液面的附加压力为例说明界面现象与界面性质之间的内在联系。
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