表面、膠體與界面
表面化學
把水倒在乾淨的玻璃板上,它會鋪成一層薄膜;倒在打過蠟的車蓋上,它卻會聚成水珠滾落。水本身什麼都沒變——變的只是它與固體相接觸的那層薄薄的皮。表面化學研究的就是這層皮:發生在兩種材料交界處的那種特殊化學,它的表現可能與兩側的本體大不相同。
更確切地說,表面化學研究的是材料最外層原子或分子的結構、反應和性質,以及當另一相(氣體、液體或固體)觸及它時會發生什麼。表面上的原子很特別,因為它們只有一側有鄰居,留下了未飽和的鍵和多餘的能量。正是這種想要結合的「飢渴」,讓表面能抓住路過的分子、加速反應、把東西黏在一起。
這遠不只關乎實驗室。汽車裡的催化轉化器、藥物如何與細胞結合、電池電極如何工作、洗滌劑為何能去油污,全都是表面化學。一個誠實的提醒是:表面很難研究,它薄得幾乎不存在,一枚指紋或一縷空氣就能輕易污染它,而且常常藏在本體材料之下,所以這門學科很大一部分功夫,是先得到一個乾淨、明確的表面。
汽車的催化轉化器是一塊塗有鉑和鈀的蜂窩結構。廢氣短暫地黏附在金屬表面上,在那裡反應成無害的產物,然後脫離——這正是表面化學在做淨化工作。
最外層的原子能做出本體材料做不到的化學反應。
不要把表面和界面混為一談。粗略地說,「表面」通常指與氣體或真空相鄰的邊界(如金屬在空氣中的表面),而「界面」指任意兩相之間的邊界,比如油與水相接的地方。表面化學其實就是界面化學,只是換了一個更通俗的名字。
又稱
另見