第七章表面現(xiàn)象

1、2022-5-14第七章 表面現(xiàn)象溫州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院溫州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院化化 學(xué)學(xué) 教教 研研 室室版權(quán)所有：溫州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院化學(xué)教研室 Copyright 22010 Chemistry Department of School of Pharmacy, WZMC All rights reserved.2上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 物理化學(xué)物理化學(xué)第七章第七章3上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14第七章 表面現(xiàn)象7.1 表面積與表面吉布斯能7.2 彎曲液面的性質(zhì)7.3 鋪展與潤(rùn)濕7.4 溶液的表面吸附7.5 不溶性表面膜7.6 表面活性劑7.

2、7 氣體在固體表面上的吸附7.8 固體自溶液中的吸附4上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 7.1 表面積與表面吉布斯能一一. . 比表面比表面二二. . 表面吉布斯能和表面張力表面吉布斯能和表面張力三三. . 表面的熱力學(xué)關(guān)系式表面的熱力學(xué)關(guān)系式四四. . 影響表面吉布斯能的因素影響表面吉布斯能的因素 5上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14基本概念 界面是指兩相接觸的約幾個(gè)分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。 常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。 嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間的

3、界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。6上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14氣氣- -液界面液界面空氣空氣4CuSO溶液氣氣- -液液界面界面7上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14氣氣- -固界面固界面氣-固界面8上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14液液- -液界面液界面2H OHg液-液界面9上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14液液- -固界面固界面玻璃板玻璃板Hg2H O液液- -固界面固界面10上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14固固- -固界面固界面鐵管鐵

4、管CrCr鍍層鍍層固固- -固界面固界面11上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14表面現(xiàn)象的本質(zhì) 表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同，受力不等。 體相內(nèi)部分子所受四周鄰近相同分子的作用力是對(duì)稱的，各個(gè)方向的力彼此抵消；如紅色球所示12上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14如蘭色球所示 處在界面層的分子，由于兩相密度不等，其作用力未必能相互抵消 這種作用力使表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì):如表面張力表面吸附毛細(xì)現(xiàn)象 潤(rùn)濕與鋪展等等。13上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 比表面：比表面通常用來(lái)表示物

5、質(zhì)分散的程度即分散度，有兩種常用的表示方法：smaAm 式中，m和V分別為物質(zhì)的質(zhì)量和體積，As為其總表面積。1.一種是單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積一種是單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積2.另一種是單位體積物質(zhì)所具有的表面積另一種是單位體積物質(zhì)所具有的表面積單位是21mgssaAV單位是23mm一、 比表面14上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14分散度與比表面 把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。 例如，把邊長(zhǎng)為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比表面增長(zhǎng)情況列于下表：邊長(zhǎng)l/m 立方體數(shù) 比表面Av/（m2

6、/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 15上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 從表上可以看出，當(dāng)將邊長(zhǎng)為10-2m的立方體分割成10-9m的小立方體時(shí)，比表面增長(zhǎng)了一千萬(wàn)倍。邊長(zhǎng)l/m 立方體數(shù) 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 可見達(dá)到nm級(jí)的超細(xì)微粒具有巨大的比表面積，因而具有許多獨(dú)特的表

7、面效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。16上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14二. 表面吉布斯能和表面張力dWA式中 為比例系數(shù) 在溫度、壓力和組成恒定時(shí)，可逆使表面積增加dA所需要對(duì)系統(tǒng)做的功，稱為表面功。用公式表示為： 在數(shù)值上等于在等T，等p及組成恒定的條件下，增加單位表面積時(shí)所必須對(duì)系統(tǒng)做的可逆非膨脹功。 由于表面層分子的受力情況與本體中不同，因此如果要把分子從內(nèi)部移到界面，或可逆的增加表面積，就必須克服體系內(nèi)部分子之間的作用力，對(duì)體系做功。表面功17上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 1、表面吉布斯能BrT,p,n(dG)WrdWA

8、 在等溫、等壓和組成不變的條件下，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做的可逆表面功就等于系統(tǒng)吉布斯自由能的增加值B, ,T p nGA 保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位表面積時(shí)，Gibbs自由能的增加值稱為表面Gibbs自由能，或簡(jiǎn)稱表面吉布斯能或表面能。則表面自由能為單位為2J m18上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 1、表面吉布斯能 在等溫、等壓和組成不變的條件下，系統(tǒng)總的表面自由能有自發(fā)向減小的方向變化趨勢(shì) 所以液體表面有自動(dòng)收縮的趨勢(shì)。 為什么小液滴、小氣泡都呈球形？ 相同體積的物質(zhì)，構(gòu)成球形時(shí)表面積最小，具有的總表面自由能最低。19上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回202

9、2-5-14 2、表面張力 將一含有一個(gè)活動(dòng)邊框的金屬線框架放在肥皂液中，然后取出懸掛，活動(dòng)邊在下面。 去掉活動(dòng)邊插銷，由于金屬框上的肥皂膜的表面張力作用，可滑動(dòng)的邊會(huì)被向上拉，直至頂部。2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l20上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 2、表面張力這時(shí)： 12()Fmm g l 是滑動(dòng)邊的長(zhǎng)度，因膜有兩個(gè)面，所以邊界總長(zhǎng)度為2l2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2m1m 如果在活動(dòng)邊框上掛一重物使

10、重物質(zhì)量m2與邊框質(zhì)量m1所產(chǎn)生的重力F與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動(dòng)。2Fl 就是作用于單位邊界上的力，稱為表面張力。21上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 2、表面張力 在表面上，表面張力無(wú)處不在，只是在液體表面中間，任意邊界兩邊的表面張力對(duì)消，看不出來(lái)罷了。表面張力的單位是： 表面張力：在一定溫度和壓力下，在兩相(特別是氣-液)界面上，處處存在著一種張力，這種力垂直垂直于單位長(zhǎng)度的邊界，指向液體方向并與表面相切。于單位長(zhǎng)度的邊界，指向液體方向并與表面相切。1N mdAdxlWdAW222上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14

11、2、表面張力 若刺破線圈中央的液膜，線圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張力立即將線圈繃成一個(gè)圓形，如圖，清楚的顯示出表面張力的存在。 由于以線圈為邊界的兩邊表面張力大小相等方向相反，故線圈成任意形狀可在液膜上移動(dòng)。23上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、影響表面張力的因素1. 分子間作用力的影響l對(duì)純液體或純固體，表面張力決定于分子間形成的化學(xué)鍵能的大小，一般化學(xué)鍵越強(qiáng)，表面張力越大。 (金屬鍵) (離子鍵) (極性共價(jià)鍵 (非極性共價(jià)鍵) 固體物質(zhì)一般比液體物質(zhì)具有更高的表面張力.在液-液界面上,兩種液體間的界面張力，介于兩種液體表面張力之間。24上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回

12、主目錄返回返回2022-5-14 2. 溫度的影響 溫度升高時(shí)物質(zhì)的體積膨脹, 分子間相互作用減弱, 大多數(shù)物質(zhì)的表面張力減小。 3. 壓力的影響 表面張力一般隨壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾?，氣相密度增加，表面分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)。另外，若是氣相中有別的物質(zhì)，則壓力增加，促使表面吸附增加，氣體溶解度增加，也使表面張力下降。25上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、影響表面張力的因素某些液體、固體的表面張力和液 / 液界面張力T/K物質(zhì)物質(zhì) /(10 3 Nm 1)T/K物質(zhì)物質(zhì) /(10 3 Nm 1)293水水(液液)72.752000W(固固)2900293乙

13、醇乙醇(液液)22.751673Fe(固固)2150293苯苯(液液)28.881808Fe(固固)1880293丙酮丙酮(液液)23.7293Hg(液液)485293正辛醇正辛醇(液液)/水水8.5298NaCl(固固)227293正辛酮正辛酮(液液)27.5298KCl(固固)110293正己烷正己烷(液液)/水水51.1298MgO(固固)1200293正己烷正己烷(液液)18.478CaF2(固固)450293正辛烷正辛烷(液液)/水水50.82.5He(液液)0.308293正辛烷正辛烷(液液)21.8163Xe(液液)18.626上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5

14、-14第二節(jié) 彎曲液面的性質(zhì)一、1.彎曲液面附加壓力的產(chǎn)生 附加壓力附加壓力D DP : : 表面張力的作用使彎曲液面內(nèi)外產(chǎn)生的壓力差。 pl彎曲液面的附加壓力彎曲液面的附加壓力 pgD Dp pgD Dp pl附加壓力總是指向液面的曲率中心, 使凹面一側(cè)的壓力p內(nèi)比凸面一側(cè)的p外高。 定義D Dp = p內(nèi)內(nèi)- p外外, 總是大于零。27上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-142、Yong-Laplace Equation楊楊- -拉普拉斯方程拉普拉斯方程: :1211PPP()rrD 外內(nèi) 所以， P與 成正比、與r 成反比。r 減小，P增大； 增大，P增大。28上頁(yè)上頁(yè)

15、下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14122,rrrprD 若是球面：12,0rrp D若是平面：4prD 空氣中的氣泡：rpplg2對(duì)液體中的氣泡：1211PPP()rrD 外內(nèi)29上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-143、毛細(xì)現(xiàn)象彎曲液面的附加壓力可引起毛細(xì)現(xiàn)象。 將毛細(xì)管插入液體后, 若液體能潤(rùn)濕毛細(xì)管壁,兩者的接觸角q 90, 形成凹液面, 導(dǎo)致管內(nèi)液面上升; 反之液面下降。q qr1rhq q 毛細(xì)管上升毛細(xì)管上升以圖示凹液面為例, 液面上升至平衡時(shí), 有式中液面曲率半徑 r1 與毛細(xì)管半徑 r 及接觸角 q 間的關(guān)系為：1/cosrr q q : :

16、液體表面張力; ：液體密度; g :重力加速度12/prghD grhqcos230上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14二、曲面的蒸氣壓 純液體的飽和蒸氣壓與溫度和液體壓力溫度和液體壓力有關(guān)。微小液滴的蒸氣壓因附加壓力的作用而比普通體積時(shí)高。 用用p*和和pr*分別表示平面液體和微小液滴的蒸氣壓分別表示平面液體和微小液滴的蒸氣壓, 結(jié)合拉普拉斯方程結(jié)合拉普拉斯方程, 得得開爾文公式:r2lnpMpRTr31上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-141.開爾文公式開爾文公式: 對(duì)凹液面 (氣泡內(nèi)，毛細(xì)管中水的液面),r 0, pr*0 , pr*p*。 可見

17、pr*(凸面) p*(平面) pr*(凹面)且曲率半徑越小, 偏離程度越大.0.1 1 10 100 1000r / nm123Pr / p 曲率半徑對(duì)水的蒸曲率半徑對(duì)水的蒸氣壓的影響氣壓的影響(25)小液滴小液滴小氣泡小氣泡平面液體平面液體r2lnpMpRTr32上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-142、開爾文公式應(yīng)用(1) 毛細(xì)管凝結(jié) 多孔性物質(zhì)內(nèi)有很多毛細(xì)孔隙，和該固體相潤(rùn)濕的液體可以在這些孔隙內(nèi)形成凹液面。在一定溫度下，液體的蒸汽壓低于其正常的飽和蒸汽壓，但對(duì)于這些凹液面已經(jīng)過飽和了，蒸汽分子就會(huì)自發(fā)地在這些毛細(xì)孔內(nèi)凝結(jié)成液體。這就是硅膠作為干燥劑的工作原理。（2）

18、熔點(diǎn)下降 晶粒分割得越小，越易熔化，熔點(diǎn)越低33上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-142、開爾文公式應(yīng)用溶質(zhì)遵守亨利定律，所以 00,xpxprr（3）高分散度對(duì)溶解度的影響rRTMxxr2ln0代入開爾文公式得：r減小，pr增大，xr增大，即溶解度增大。34上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14三、亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài): 熱力學(xué)不完全穩(wěn)定的狀態(tài)。按照相平衡條件應(yīng)當(dāng)相變的物質(zhì), 由于初始新相體積極小,具有很大的比表面積和表面吉布斯函數(shù)而難以形成,系統(tǒng)仍以原相存在, 處于亞穩(wěn)狀態(tài)。35上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 按相平衡條件應(yīng)當(dāng)

19、凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸氣。原因是蒸氣不能變成化學(xué)勢(shì)更高的微小液滴。 過飽和蒸氣的壓力超過了相應(yīng)溫度下通常體積液體的飽和蒸氣壓, 但仍小于該液體微小液滴的飽和蒸氣壓(見圖示).p 過飽和蒸氣的產(chǎn)生過飽和蒸氣的產(chǎn)生gT引入凝結(jié)中心可使液滴核心易于生成, 減輕過飽和程度(如人工增雨).1.過飽和蒸氣36上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-142. 過熱液體 在表面光潔的容器中加熱純凈的液體，當(dāng)溫度升至液體的沸點(diǎn)時(shí)，由于液體內(nèi)生成的微小氣泡曲率半徑很小，在凹液面上的附加壓力使氣泡難以生成，只有繼續(xù)加熱液體，使其蒸汽壓大到和外界壓力相等時(shí)，液體才會(huì)沸騰。這種溫度高于沸點(diǎn)但仍不沸騰的液體稱作過

20、熱液體。 過熱水的產(chǎn)生過熱水的產(chǎn)生373.15Kp(大氣大氣)h=0.02m在液體中加入少量素?zé)善蛎?xì)管等物質(zhì)可大大降低過熱的程度.37上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14pT 過冷液體的產(chǎn)生過冷液體的產(chǎn)生氣相區(qū)氣相區(qū)TfT f按相平衡條件應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體.原因是新生相微粒具有高表面吉布斯能(高的飽和蒸氣壓)而不能在正常凝固溫度下生成。 在過冷液體中投入小晶體作為新相的種子, 劇烈攪拌或用玻棒摩擦器壁可以破壞過冷狀態(tài)，使液體迅速凝固。3. 過冷液體38上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14與微小液滴一樣, 微小晶體的飽和蒸氣壓大于普通晶體。蒸

21、氣壓與溶解度有密切的關(guān)系,微小晶粒具有比普通晶體更大的溶解度。晶體的顆粒愈小, 溶解度愈大。(見圖)pT 分散度對(duì)溶解度的影響c3c2c10T可知, 當(dāng)溶液濃度達(dá)到普通晶體的飽和濃度時(shí), 相對(duì)于微小晶粒還未飽和, 微小晶粒就不能從中析出.4. 過飽和溶液: 在一定溫度下, 濃度超過飽和濃度, 而仍未析出晶體的溶液. 原因是微小晶粒具有高表面吉布斯函數(shù)(高的飽和蒸氣壓)而不能在正常飽和濃度下析出。39上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14第三節(jié) 鋪展與潤(rùn)濕鋪展鋪展系數(shù)系數(shù) DG液,氣固,液固,氣 S = 固,氣液,氣固,液自發(fā)鋪展的條件是 DG 0, S0。固體的潤(rùn)濕 等溫、

22、等壓條件下等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單位面積的氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面，這過程表面自由能變化值的負(fù)值稱為鋪展系數(shù)，用S表示。 若S0，說(shuō)明液體可以在固體表面自動(dòng)鋪展。40上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣ab液體在固體表面上的鋪展S = -DG=-(l-g+s-l -s-g)41上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14固體的潤(rùn)濕下圖是一液滴位于固體上達(dá)平衡時(shí)的兩種形態(tài)下圖是一液滴位于固體上達(dá)平衡時(shí)的兩種形態(tài).q q氣氣液液固固q q氣

23、氣液液固固q q 90 接觸角接觸角q q 與各個(gè)界面張力與各個(gè)界面張力接觸角接觸角q q : 在氣、液、固三相交界處在氣、液、固三相交界處, s-l 與與g-l之間的夾角之間的夾角.平衡時(shí)平衡時(shí), s-g= s-l + g-l cosq q楊氏楊氏(T. Young)方程方程: cos lglsgsq42上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14固體的潤(rùn)濕若s-g-s-l =g-l，cosq=1，q = 0 完全潤(rùn)濕；若 s-g-s-l g-l ，0 cosq 1， 0 q 90 潤(rùn)濕；若s-gs-l ， cosq 0， 90 q 180 不潤(rùn)濕鋪展?jié)櫇?、浸濕、沾?3上頁(yè)上

24、頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 在討論潤(rùn)濕性時(shí)，一般把90。的接觸角作為是否潤(rùn)濕的標(biāo)準(zhǔn)： q 90。不潤(rùn)濕， q 90。潤(rùn)濕 防雨設(shè)備, 農(nóng)藥配制, 機(jī)械潤(rùn)滑, 礦物浮選, 注水采油, 金屬焊接, 印染及洗滌等方面都與潤(rùn)濕有關(guān)。 藥物制劑中很多方面要用到潤(rùn)濕，如外用的散劑，片劑中的崩解劑，注射瓶中的針劑。44上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14第四節(jié) 溶液的表面吸附一、溶液的表面吸附現(xiàn)象一、溶液的表面吸附現(xiàn)象溶液的表面吸附溶液的表面吸附: 溶質(zhì)在溶液表面層溶質(zhì)在溶液表面層(表面相表面相)中的濃度與在中的濃度與在溶液本體溶液本體(體相體相)中濃度不同的

25、現(xiàn)象。中濃度不同的現(xiàn)象。 溶液的表面張力與溶質(zhì)的濃度有關(guān)溶液的表面張力與溶質(zhì)的濃度有關(guān) (見圖示見圖示 3 種情況種情況)。 水溶液表面張力與溶質(zhì)濃度的關(guān)系水溶液表面張力與溶質(zhì)濃度的關(guān)系cI 無(wú)機(jī)酸無(wú)機(jī)酸, 堿堿, 鹽等鹽等. 有機(jī)酸有機(jī)酸, 醇醇, 酯酯, 醚醚, 酮等酮等. 肥皂肥皂, 合成合成洗滌劑等洗滌劑等.0 溶液表面吸附產(chǎn)生的原因溶液表面吸附產(chǎn)生的原因是體系為盡可能降低表面吉布是體系為盡可能降低表面吉布斯函數(shù)而自動(dòng)調(diào)整溶質(zhì)在表面斯函數(shù)而自動(dòng)調(diào)整溶質(zhì)在表面相和體相中的分布相和體相中的分布.包括兩種情包括兩種情況：況：正吸附和負(fù)吸附正吸附和負(fù)吸附45上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回

26、返回2022-5-14正吸附正吸附: : 若溶質(zhì)的加入使溶液表面張力降低若溶質(zhì)的加入使溶液表面張力降低, , 則溶質(zhì)自則溶質(zhì)自動(dòng)地從體相富集至表面動(dòng)地從體相富集至表面, , 增大其表面濃度。增大其表面濃度。負(fù)吸附負(fù)吸附: : 若溶質(zhì)的加入使溶液表面張力升高若溶質(zhì)的加入使溶液表面張力升高, , 則溶質(zhì)表則溶質(zhì)表面濃度自動(dòng)低于體相濃度。面濃度自動(dòng)低于體相濃度。46上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14溶液表面的吸附表面吸附產(chǎn)生的濃度差又導(dǎo)致溶質(zhì)在反方向上的表面吸附產(chǎn)生的濃度差又導(dǎo)致溶質(zhì)在反方向上的擴(kuò)散擴(kuò)散, 當(dāng)這兩種相反的趨勢(shì)達(dá)到平衡時(shí)當(dāng)這兩種相反的趨勢(shì)達(dá)到平衡時(shí), 即達(dá)到溶液

27、表即達(dá)到溶液表面吸附平衡。面吸附平衡。 表面惰性物質(zhì)表面惰性物質(zhì): 能使溶液表面張力增大的物質(zhì)。能使溶液表面張力增大的物質(zhì)。 表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)(表面活性劑表面活性劑): 能使溶液表面張力降低的物質(zhì)。能使溶液表面張力降低的物質(zhì)。習(xí)慣上指溶入少量就能顯著降低溶液表面張力的物質(zhì)。習(xí)慣上指溶入少量就能顯著降低溶液表面張力的物質(zhì)。47上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14 表面活性劑顯著降低水的表面表面活性劑顯著降低水的表面張力。張力。 (左左) 將硫?qū)⒘?密度密度2.1g/cm3)小心地放到水面上小心地放到水面上, 水硫界面水硫界面張力大而難以增大其界面積張力大而難以增大其

28、界面積, 使使硫不能浸濕。硫不能浸濕。(右右) 向水中滴入向水中滴入幾滴清潔劑幾滴清潔劑, 水硫界面張力減水硫界面張力減小小, 硫沉入水底。硫沉入水底。48上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14三、表面活性物質(zhì)在溶液表面的定向排列表面活性劑分子是兩親分子,具有親水和親油基團(tuán)親水和親油基團(tuán)親水基團(tuán)進(jìn)入水中親水基團(tuán)進(jìn)入水中, ,親油基團(tuán)朝向空氣親油基團(tuán)朝向空氣表面活性劑分子在溶液表面定向排列定向排列溶液表面溶液表面碳?xì)滏溙細(xì)滏?9上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14第六節(jié) 表面活性劑一. 表面活性劑的分類三. 膠束和臨界膠束濃度二. 親水親油平衡四. 表面

29、活性劑的作用50上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14第六節(jié) 表面活性劑 溶解少量就能顯著減小溶解少量就能顯著減小溶液表面張力的物質(zhì)稱為表溶液表面張力的物質(zhì)稱為表面活性劑。也就是說(shuō)，表面面活性劑。也就是說(shuō)，表面活性劑的活性劑的基本性質(zhì)基本性質(zhì): 溶入少量溶入少量就可使溶液的表面張力急劇就可使溶液的表面張力急劇降低降低; 當(dāng)濃度達(dá)到一定值后當(dāng)濃度達(dá)到一定值后, 濃度幾乎不影響表面張力濃度幾乎不影響表面張力. 表面張力與濃度關(guān)系表面張力與濃度關(guān)系 c 051上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14表面活性劑一、表面活性劑分類一、表面活性劑分類一般表面活性劑分子

30、都是由親水性的極性基團(tuán)和憎水一般表面活性劑分子都是由親水性的極性基團(tuán)和憎水(親油親油) 性的非極性基團(tuán)兩部分所構(gòu)成性的非極性基團(tuán)兩部分所構(gòu)成 (見圖示見圖示)。 油酸分子模型圖油酸分子模型圖COOCH3(CH2)7=CH(CH2)7H+52上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14一、表面活性劑的分類表面活性表面活性物質(zhì)物質(zhì)分類分類離子型表離子型表面活性劑面活性劑兩性表面活性劑兩性表面活性劑陽(yáng)離子表面活性劑陽(yáng)離子表面活性劑陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑如肥皂如肥皂 RCOONa如胺鹽如胺鹽 C18H37NH3+Cl如氨基酸型如氨基酸型R-NH-H2COOH非離子型非離子型 表

31、面活性劑表面活性劑如聚乙二醇類如聚乙二醇類 HOCOH2CH2OCH2nCH2OH陰離子型和陽(yáng)離子型表面活性劑不可混用陰離子型和陽(yáng)離子型表面活性劑不可混用.53上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14三、膠束 表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達(dá)一定濃度時(shí)，其非極性部分會(huì)自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外。 隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。 這種多分子聚集體稱為膠束。這種多分子聚集體稱為膠束。54上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14臨界膠束濃度(critical micelle concentration)

32、 臨界膠束濃度簡(jiǎn)稱 CMC 表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層定向排列的緊密單分子層 多余的分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束。這種開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度 這時(shí)溶液性質(zhì)與理想性質(zhì)發(fā)生偏離，繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而膠束不斷增多、增大。55上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14膠束和臨界膠束濃度活性劑濃度低于CMC小型膠束活性劑濃度等于CMC層狀膠束 活性劑濃度大于CMC56上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14膠束和臨界

33、膠束濃度各種形狀的膠束57上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14膠束和臨界膠束濃度58上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14膠束和臨界膠束濃度59上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用 表面活性劑的用途極廣，主要有五個(gè)方面：1.潤(rùn)濕作用 表面活性劑可以降低液體表面張力，改變接觸角的大小，從而達(dá)到所需的目的。 例如，要農(nóng)藥潤(rùn)濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑； 如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90。60上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾

34、種作用泡泡水礦物浮游選礦的原理圖 選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。 當(dāng)?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時(shí)，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會(huì)附在氣泡上一起升到液面，便于收集。有用礦物廢礦石憎水表面61上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用2.起泡作用 “泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。 也有時(shí)要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度，消除氣泡，防止事故。62上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目

35、錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用63上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用3.增溶作用 非極性有機(jī)物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。 增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。 經(jīng)X射線衍射證實(shí)，增溶后各種膠束都有不同程度的增大，而整個(gè)溶液的依數(shù)性變化不大。64上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用3.增溶作用 被增溶的碳?xì)浠衔锉砻婊钚詣┓肿?5上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目

36、錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用4.乳化作用 一種或幾種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散系統(tǒng)稱為乳狀液。 要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的水包油乳狀液(O/W) 有時(shí)為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開?；蛞杂蜑檫B續(xù)相的油包水乳狀液(W/O)66上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用4.乳化作用乳化劑也是兩親分子乳化劑在分散相周圍定向排列油滴水滴活性劑分子油水水包油

37、油包水67上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用5.洗滌作用 洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對(duì)被清洗物體的潤(rùn)濕作用，又要有起泡、增白、占領(lǐng)清潔表面不被再次污染等功能。 洗滌過程是包括潤(rùn)濕、增溶、乳化、起泡和保護(hù)清潔表面等一連串復(fù)雜過程 肥皂硬酯酸鈉 肥皂粉長(zhǎng)直鏈烷基苯磺酸鈉污垢一般由油脂和灰塵組成，不易被水潤(rùn)濕68上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14四、表面活性劑的幾種作用加表面活性劑后的去污過程示意圖上. 水不易潤(rùn)濕油污中. 表面活性劑的憎水基團(tuán)朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。下. 污垢懸在水中或隨泡沫浮

38、到水面后被去除，潔凈表面被活性劑分子占領(lǐng)。69上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14第七節(jié) 氣體在固體表面的吸附1. 吸附劑與吸附質(zhì)2. 物理吸附與化學(xué)吸附3. 吸附等溫線4. 吸附等溫式70上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14吸附劑與吸附質(zhì)固體表面的特性 固體表面上的原子或分子與液體一樣，受力也是不均勻的，而且不像液體表面分子可以移動(dòng)，通常它們是定位的。 固體表面是不均勻的，即使從宏觀上看似乎很光滑，但從原子水平上看是凹凸不平的。 同種晶體由于制備、加工不同，會(huì)具有不同的表面性質(zhì)，而且實(shí)際晶體的晶面是不完整的，會(huì)有晶格缺陷、空位和位錯(cuò)等。71上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)回主目錄回主目錄返回返回2022-5-14吸附劑與吸附