4.4.4　表面现象

在体系中相与相之间的分界面称为界面。习惯上把固相或液相与气相之间的界面称为表面，发生在相界面上的一切物理、化学现象称为表面现象。

1）表面张力与表面能

物质表面层的分子和内部分子由于所处的环境不同，受力情况不同，因而它们的能量也不相同。以气-液表面为例。处于液体内部的A 分子，周围分子对它的作用力相等，彼此互相抵消，所受的合力为零，所以A 分子在液体内部移动时不需做功。而表面层的B 分子则不同，液体内部分子对它的吸引力大于上方稀疏的气体分子对它的吸引力，所受合力不等于零，合力的方向指向液体内部并与液面垂直，表面层的其余分子也都受到同样力的作用，这种合力力图把表面层的分子拉回液体内部。因此液体表面有自动缩小的趋势，或者说液体表面有一种抵抗扩张的力，这种力称为表面张力，用符号σ 表示，单位为N/m，即以垂直作用于单位长度表面上的力表示。保持温度、压力不变，若增大液体的表面积，将液体内部的分子移到表面上，就要克服这种内部分子的拉力而对其做功，所做的功以位能的形式储存于表面分子上。表面层分子要比内部分子多出一部分能量，这部分能量称为表面能。表面能（E）等于表面张力（σ）和表面积（A）的乘积。即

2）表面吸附

固体或液体表面吸引其他物质的分子、原子或离子聚集在其表面的过程称为吸附。例如，在充满红棕色溴蒸气的玻璃瓶中放入少量活性炭，可以看到瓶中的红棕色逐渐变淡或消失，大量溴被活性炭表面吸附。具有吸附作用的物质（如活性炭）称为吸附剂。被吸附的物质（如溴）称为吸附质。吸附作用可发生在固体或液体表面上。吸附作用是一个可逆过程。因为被吸附在吸附剂上的分子通过分子热运动，可挣脱吸附剂表面而逸出，这种与吸附作用相反的过程，称为解吸。当吸附与解吸的速度相等时，即达到吸附平衡。

（1）固体表面的吸附。一些疏松多孔或细粉末状的固体物质，如活性炭、硅胶、活性氧化铝等，具有很大的表面积，由于它们都有固定的形状，表面积无法自动缩小，因而常通过吸附作用把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己的表面上，以降低表面能。固体表面上的吸附根据作用力性质的不同，分为物理吸附和化学吸附两类。物理吸附的作用力是范德华力（分子间引力），由固体表面的分子与吸附质分子之间的静电作用产生。这类吸附没有选择性，吸附速度快，吸附与解吸易达平衡，但因分子间引力大小不同，吸附的难易程度也不相同。低温时易发生物理吸附。化学吸附的作用力是化学键力，由于固体表面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，这些原子与吸附质的分子或原子作用形成了化学键。这类吸附具有选择性，但吸附与解吸都较慢，升高温度可增强化学吸附。物理吸附是普遍现象，化学吸附通常在特定的吸附剂和吸附质之间产生。

固体表面的吸附应用广泛。例如，活性炭能吸附有害气体和某些有色物质，常用作防毒面具的去毒剂或作为色素水溶液的脱色剂；硅胶和活性氧化铝常用于色谱分离的吸附剂；在实验室中，常用无水硅胶作干燥剂，防止仪器和试剂受潮。

（2）液体表面上的吸附。纯液体的表面张力在一定温度下为一定值。在纯溶剂中加入某种溶质时，溶质分子会占据液体表面，所得溶液的表面张力将随之改变。表面张力的改变大致有两种情况：第一种情况是在一定范围内表面张力随溶质浓度的增加而降低，如肥皂、烷基苯磺酸盐（合成洗涤剂）等物质，称为表面活性物质。它们的表面张力比纯液体的小，故溶质分子自动集中在表面以降低表面张力，结果溶液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）。第二种情况是表面张力随溶质浓度的增加而升高，如NaCl、KNO3 等无机盐以及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物，称为表面非活性物质。它们的表面张力比纯液体的大，为了使体系的表面张力趋于最低，溶质分子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。

一、单选题

1.下列溶液中与血浆等渗的溶液是（ ）。

A.90 g/L NaCl B.100 g/L 葡萄糖 C.9 g/L NaCl D.50 g/L NaHCO3

2.某患者需补5.0×10-2mol Na+，应补生理盐水的体积为（ ）。

A.300 mL B.500 mL C.233 mL D.325 mL

3.生理盐水的物质的量浓度为（ ）。

A.0.015 4 mol/L B.308 mol/L C.0.154 mol/L D.15.4 mol/L

4.下列温度相同、质量浓度相同的四种溶液中，渗透压最大的是（ ）。

A.葡萄糖溶液 B.氯化钠溶液 C.氯化钙溶液 D.蔗糖溶液

5.影响渗透压的因素有（ ）。

A.压力、温度 B.压力、密度 C.浓度、温度 D.浓度、黏度

6.下列能使红细胞发生皱缩的溶液是（ ）。

A.12.5 g/L NaHCO3 B.1.0 g/L NaCl

C.9.0 g/L NaCl D.100 g/L 葡萄糖

7.医学上已知相对分子质量的物质在人体内的组成标度，原则上用（ ）表示其浓度。

A.物质的量浓度 B.质量浓度 C.质量摩尔浓度 D.质量分数

8.在37 ℃条件下，NaCl 溶液和葡萄糖溶液的渗透压均等于770 kPa，则两溶液的物质的量浓度关系为（ ）。

A.c（NaCl）=c（葡萄糖） B.c（NaCl）=2c（葡萄糖）

C.2c（NaCl）=c（葡萄糖） D.c（NaCl）=2.5c（葡萄糖）

9.欲使被半透膜隔开的两种溶液间不发生渗透现象，其条件是（ ）。

A.两溶液酸度相同 B.两溶液体积相同

C.两溶液的物质的量浓度相同 D.两溶液的渗透浓度相同

10.使溶胶稳定最主要的原因是（ ）。

A.高分子溶液的保护作用 B.胶粒表面存在水化膜

C.分散相的布朗运动 D.胶粒带电

二、简答题

1.胶体溶液稳定的原因有哪些？ 使胶体溶液聚沉的方法有哪些？2.举几个例子说明盐析及其在日常生活中的应用。三、计算题1.将10.0 g NaCl 溶于90 g 水中，测得此溶液的密度为1.07 g/mL，求此溶液的质量分数、物质的量浓度和质量浓度。

2.科学家从人尿中提取出了一种中性含氮化合物，现将90 mg 纯品溶解在12 g 蒸馏水中，所得溶液的凝固点比纯水降低了0.233 K，试计算此化合物的相对分子质量。

3.用实验方法测得某肾上腺皮质机能不全患者的血浆的冰点为-0.48 ℃，则此患者的血浆为等渗溶液、低渗溶液还是高渗溶液？ 计算此血浆在37 ℃时的渗透压力。

4.试计算10 mL 的100 g/L 的KCl 注射液中，K+和Cl-各含多少毫摩尔。

5.将5.0 g 某高分子化合物，溶于1 000 mL 水中配成溶液，在27 ℃时测得该溶液的渗透压为0.37 kPa，求该高分子化合物的相对分子质量。

6.将1.00 g 血红素溶于适量纯水中，配成100 mL 溶液，20 ℃时测得其渗透压为0.366 kPa，求血红素的相对分子质量。