6.1 固體表面的基本特征(1)

   
     6.1.1固體表面的不均一性

    通常把一個相和它本身蒸汽(或真空)接觸的界面稱為表面。固體的表面與液體有相似處，即固體表面上的原子(離子)與液體表面上一樣，是受力不對稱的。但固體表面原子(離子)又不象液體中那樣能夠自由流動，由此使研究固體表面比液體更為困難，特別是定量的描述。關(guān)于固體表面的不均一性主要表現(xiàn)在如下幾方面：
    ① 絕大多數(shù)晶體是各向異性的，這一性質(zhì)也體現(xiàn)在不同方位的表面上。
    ② 同種固體的表面性質(zhì)會發(fā)生與制備或加工過程密切相關(guān)的變化。
③ 晶體中晶格缺陷如空位或位錯等也會在表面存在并引起表面性質(zhì)的變化。
    ④ 固體暴露在空氣中，其表面被外來物質(zhì)所污染，被吸附的外來原子可占據(jù)不同的表面位置，形成有序或無序排列。
   ⑤ 從原子尺度上，實(shí)際固體表面并非光滑，是凹凸不平的。

6.1.2 固體表面力場

    晶體中每個質(zhì)點(diǎn)周圍都存在一個力場。在晶體內(nèi)部這個力場可認(rèn)為是有心的、對稱的。但在固體表面，質(zhì)點(diǎn)排列的周期性被中斷，使處于表面上的質(zhì)點(diǎn)力場對稱性破壞，產(chǎn)生有指向的剩余力場，這種剩余力場表現(xiàn)出固體表面對其他物質(zhì)有吸引作用（如吸附、潤濕等），這種作用力稱為固體表面力。表面力主要可分為化學(xué)力和分子引力：
    （1）化學(xué)力
化學(xué)力本質(zhì)是靜電力。主要來自表面質(zhì)點(diǎn)的不飽和鍵，當(dāng)固體表面質(zhì)點(diǎn)和被吸附物間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移時，就產(chǎn)生化學(xué)力。它可用表面能的數(shù)值來估計(jì)，表面能是與晶格能呈正比而與吸附物體積呈反比的。
    （2）范德華力
    范氏力又稱分子引力，主要來源于三種力：
    ①定向作用力(靜電力)：主要發(fā)生在極性物質(zhì)之間，相鄰兩個極化電矩因極性不同而發(fā)生作用的力。
   ②誘導(dǎo)作用力：發(fā)生在極性物質(zhì)與非極性物質(zhì)之間，誘導(dǎo)是指在極性物質(zhì)作用下，非極性物質(zhì)被極化誘導(dǎo)出暫態(tài)的極化電矩，隨后與極性物質(zhì)產(chǎn)生定向作用。
    ③分散作用力(色散力)：主要發(fā)生在非極性物質(zhì)之間，非極性物質(zhì)是指其核外電子云呈球形對稱而不顯示永久的偶極矩。但就電子在繞核運(yùn)動的某一瞬間，在空間各個位置上，電子分布并非嚴(yán)格對稱，這樣就將呈現(xiàn)出瞬間的極化電矩。許多瞬間極化電矩之間以及它對相鄰物質(zhì)的誘導(dǎo)作用都會引起相互作用效應(yīng)，這稱為色散力。
    在固體表面上，化學(xué)力和范德華力可以同時存在，但兩者在表面力中所占比重，將隨具體情況而定。