一、紧密联系工农业生产与科学研究的实际，说明研究物质表面现象或界面现象、研究物质的表面性质或界面性质的重要性。

物质表面现象或界面现象、物质的表面性质或界面性质主要有以下几种： （1）表面张力和表面吉布斯自由能函数； （2）弯曲界面的附加压力和拉普拉斯公式； （3）弯曲液面的饱和蒸汽压和开尔文方程；

（4）铺展和铺展系数，润式、接触角和杨氏方程，毛细管现象； （5）亚稳状态及新相生成；

（6）溶液界面上的吸附现象，正吸附和负吸附，吉布斯模型； （7）物理吸附和化学吸附的含义和区别； （8）表面活性剂； （9）吉布斯吸附等温式；

（10）兰缪尔单分子层吸附模型和吸附等温式； （11）B.E.T.多分子层吸附定温式。

物质表面现象或界面现象、物质的表面性质或界面性质在工农业生产与科学研究种有很大的应用，本文就润湿现象、毛细管现象和表面张力进行简单说明：

在自然界、工程技术和日常生活中，液体对固体的润湿或不润湿的现象，都有重要的意义和作用。彩色感光材料和录音、录像磁带在生产过程中，都要将配制好的感光材料涂液或磁浆，又快又均匀地涂布到固体薄片基上，然后再干燥、裁切、整理包装成产品。能不能又快又均匀地涂上去，就与所涂液体能否在固体薄片基（现通常是采用涤纶薄膜片基）上润湿，并能迅速铺展开来密切相关。现在比较讲究的印刷纸张表面要加上一层薄薄的涂料，其涂布过程，也要考虑涂液对纸基需要有好的润湿性能，在印刷过程中，要又快又好地印出多彩的图案来，各种油墨对纸张也要有好的润湿性能。即使在日常生活中，墙壁的刷浆、家具的刷漆，均都有类似的需要润湿性能好的问题。

生活中有时也希望应用不润湿的现象。几乎所有的防水用品，都希望水对其不润湿。例如风雨衣、雨伞的面布，就希望雨水打到上面后不润湿，形成水珠落下。

据报道，法国有人看到郁金香花瓣的表面粗糙不平，上面有许多仿佛人汗毛形状的物质，当水滴到郁金香花瓣上，因不润湿而保持圆珠状，并自己滑走；从而试图把这—原理嫁接到汽车的挡风玻璃上，将玻璃表面处理成郁金香花瓣表面那样，使水不润湿。当雨水落在这种经过改造的挡风玻璃上，会保持圆珠状，当汽车在行驶时，由于风吹和重力的原因，雨滴会自动滑走。如果这一技术成功，汽车的雨刷将成为摆设。

在自然界中，植物茎内的导管就是植物体内的极细的毛细管，它能把土壤里

的水分吸上来。在生活中毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象，在这些物体中有许多细小的孔道，起着毛细管的作用。

有科学家的实验表明可以利用毛细作用来进行微观成型。这是毛细现象首次被利用来弯曲平板来形成三维形状，此前，毛细作用大都用来在二维平面上装配物体。科学家们制造很薄的硅树脂，并把它们切割成花朵、三角、方形等不同的形状，然后把一滴水加在上面，水趋向于减小与空气的接触面积，因此水滴立刻开始用薄片包裹自己，水在室温下蒸发后，弯曲好的形状会逐渐变硬，直到成型。因为整个过程是自发形成的，因此在把水滴放在薄片上后无需作任何的操作。

液体液面跟气体接触时，由于液体表面层里分子的分布要比内部稀疏些，也就是分子间的距离比液体内部大些，分子间的作用力就表现为吸引力。液体表面各部分之间这种相互吸引的力叫做液体表面张力。在表面张力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势。

肺泡表面活性物质是由肺泡Ⅱ型细胞分泌的一种脂蛋白，主要成分是二软脂酰卵磷脂。因它以单分子形式分布于肺泡液体分子层的表面，即在液——气界面之间，从而使肺泡表面张力降低到原来的1/7～1/14。而肺泡表面活性物质分子在小肺泡内较密集，而大肺泡内较稀疏，这样降低表面张力的作用不同，使大小肺泡的回缩压力相对平衡，从而都能维持在一定的充气状态。因此表面活性物质能影响肺回缩力，起到维持大小肺泡内压和容积相对稳定作用。

如果肺泡表面活性物质缺乏，则肺泡表面张力增大，肺回缩力增强，不但可引起肺不张，并可使肺组织间隙的静脉水压下降，从而促使毛细血管中液体进入肺组织间质及肺泡中，导致肺水肿。

二、从理论上分析解释固、液体物质表面张力产生的原因；阐述各种因素对固、液体表面张力的影响；详细阐述由于液体表面存在表面张力，弯曲液面会产生哪些特殊的物理化学性质。

图1 液体表面分子与内部分子受力情况示意图

如图1所示，液体内部的任一分子，都处于同类分子的包围之中，平均看来，该分子与其周围分子的吸引力是球形对称的，各个相反方向的吸引力是球形对称的，各个相反方向的力彼此相互抵消，其合力为零。然而表面层中的分子，则处于力场不对称的环境中，液体内部分子对表面层中分子的吸引，远远大于液面上蒸气分子对它的吸引力，使表面层中的分子恒受到指向液体内部的拉力，因而液体表面力图缩小表面积，引起液体表面收缩的单位长度上的力就做液体表面张力。固体表面张力也是由于分子内外受力不均匀引起的。

影响液、固表面张力的因素主要有： （1）物质本身的性质

对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间作用力的大小，分子间作用力越大，表面张力越大。

1）极性物质的γ>非极性物质； 2）结构相似时，分子量越大，γ越高； 3）芳环或共轭双键一般>饱和碳氢化合物； 4）一般有机液体的γ在20-50 mN/m。 （2）温度的影响

同一种物质的表面张力因温度不同而异，当温度升高时物质的体积膨胀，分子间距离增加，分子之间的相互作用减弱，所以表面张力一般随温度升高而减小。

（3）压力对表面张力的影响

表面张力一般随压力的增加而下降。一般每增加10atm，表面张力约降1mN/m，因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转；另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。

弯曲液面会产生附加压力，弯曲液面的附加压力可产生毛细现象。能润湿玻璃或土壤的液体在玻璃或土壤的毛细管内形成凹液面（θ＜90°），由于附加压力指向大气，而使凹液面下的液体所受的压力小于管外水平液面下的压力，在这种情况下，液体将被压入管中，使得毛细管中水面上升。不能润湿玻璃的液体，正好相反形成凸面（θ＞90°） ，管中液面低于管外。

毛细管凝结。多孔性物质内有很多毛细孔隙，和该固体相润湿的液体可以在这些孔隙内形成凹液面。在一定温度下，液体的蒸气分压虽然低于其正常的饱和蒸气压，但对于这些凹液面已经是过饱和了，蒸气分子就会自发地在这些毛细孔内凝结成液体。这就是硅胶作为干燥剂的工作原理。

过热液体。当液体加热时，新形成的气泡受到的压力远远大于气泡内的蒸气压，因此气泡不可能存在。必须升高温度使气泡内的蒸气压等于气泡所受到的压力时，水才开始沸腾。形成过热液体。过热液体所引起的暴沸是十分危险的。

过饱和蒸气。当气体十分纯净时，往往其分压大于饱和蒸气压仍不能凝聚，形成过饱和蒸气。

过冷液体。低于凝固点而不析出晶体的液体就是过冷液体。过冷液体的产生同样是由于新生相微粒具有较高蒸气压所致。

过饱和溶液。根据开尔文公式可以知道，较小的晶体有较大的溶解度，已达到饱和浓度的溶液对于微小晶体来说并没有饱和，也就不可能有晶体析出，这就形成了过饱和溶液。

三、详细阐述表面活性剂的化学结构特点、物理化学特性，举例说明表面活性剂在科学研究与工农业生产实际中的应用及应用原理。

无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。只有分子中疏水基足够大的两亲分子才显示SAa特性，一般来说碳链长度要≥8C。如过疏水基过长，则溶解度过小，变为不溶于水的物质，亦非SAa，一般直链SAa在8-10碳原子左右。

表面活性剂的物理化学特性有四方面：表面性质、溶液特性、溶解度特性和溶油性。

（1）表面活性剂具有很好的降低水表面张力的能力和效率；

（2）表面活性剂溶液相得性质和结构很有特色，其稀溶液的性质与正常的强电解质相似，当浓度增大到一定值后，它们的性质显著的不同；

（3）表面活性剂的溶解度，一般规律：温度一定，水中溶解度随亲油基相对增大而降低，亲水性越强，其在水中的CMC越大，溶解度越大；

（4）在cmc以上表现出可以溶油的特性（加溶作用）。

表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。

（1）增溶

要求：C>CMC （ HLB13~18）

临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。

增溶体系为热力学平衡体系； CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）