定溫下,本體溶液濃度c、表面張力和吸附量間的定量關(guān)系式討論課件

12.6.2吉布斯吸附公式●公式的形式

定溫下，本體溶液濃度c、表面張力間的定量關(guān)系式●討論——?m-2。定義為：單位面積表面層含溶質(zhì)物質(zhì)的量與同量溶劑在溶液本體含溶質(zhì)物質(zhì)的量的差值，稱溶質(zhì)的表面吸附量或表面過剩(surfaceexcess)——定溫，d/dc0，0，正吸附；d/dc0時，0，負(fù)吸附；d/dc=0，=0，無吸附作用4/18/20231——d/dc的求取定溫下，測出不同c的，以對c作圖，求出c曲線上各指定濃度c的斜率，即為該c時的d/dc數(shù)值4/18/2023212.6.3表面活性劑/[]∞/[]1.表面活性劑在吸附層的定向排列

c/[c]●概況定溫，平衡，吸附量和濃度c關(guān)系=∞Kc/(1+Kc)K為經(jīng)驗常數(shù)，與溶質(zhì)表面活性大小有關(guān)●討論——意義

c很小，與c直線；c足夠大，呈極限值∞，=∞?！薹Q飽和吸附量，是單位表面單分子層吸附時溶質(zhì)的物質(zhì)的量。測出∞值，即可算出每個被吸SAA分子的橫截面積As＝20.510-20m2As=1/（∞L）4/18/202332．表面活性劑的分類SAA可從用途、物理性質(zhì)或化學(xué)結(jié)構(gòu)等方式分類，最常用的是按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，可分為離子和非離子型兩大類：溶于水能生成離子的稱離子型SAA；不能電離的，稱非離子型SAA。離子型SAA按其在水溶液中具有表面活性作用的離子的電性，還可再分類此種分類便于正確選用SAA。如某SAA是陰離子型，一般不能和陽離子型的物質(zhì)混合使用，否則可能產(chǎn)生沉淀等不良后果表面活性劑離子型SAA陰離子SAA，如肥皂RCOONa，十二烷基苯磺酸鈉C12H25C6H4SO3Na陽離子SAA，如胺鹽C18H37NH3+Cl-兩性SAA，如氨基酸，R-NH-CH2COOH非離子型SAA，如聚乙二醇類HOCH2[CH2OCH2]nCH2OH，司盤(Span)：失水山梨醇和脂肪酸的酯：吐溫(Tween)4/18/202353.表面活性劑的基本性質(zhì)●SAA都具有類似圖12.8曲線III所示的特征：濃度極稀時，稍增其量就可使溶液σ急劇降低，濃度超過某數(shù)值后，σ?guī)缀醪浑S濃度的增加而變化●原因分析SAA加入純水，主要排列于表面層，稍增濃度，大部分分子仍自動地聚集于表面，使水和空氣接觸面減小，σ急劇降低。濃度足夠大時，液面剛排滿一層定向排列的SAA的分子，形成單分子膜。在溶液本體則開始形成具有一定形狀的膠束(micelle)●臨界膠束濃度CMC

——定義形成一定形狀的膠束所需SAA的最低濃度，稱為臨界膠束濃度，以CMC(criticalmicelleconcentration)表示。實驗表明，CMC不是一個確定的數(shù)值，而是一個窄的濃度范圍。如離子型SAA的CMC一般約在10-2mo1?dm-310-3mo1?dm-3之間4/18/20236——關(guān)于膠束膠束是若干SAA分子排列成憎水基向內(nèi)，親水基向外的多分子聚集體。結(jié)果是SAA分子親水基團(tuán)與水接觸，非極性基被包在膠束中，幾乎完全脫離了與水分子的接觸。因此，膠束在水溶液中可以穩(wěn)定存在，形狀可以是球狀，棒狀、層狀或偏橢圓狀——膠束的類型

●球形——濃度不大時形成

●棒狀——十倍于CMC或更高時形成

●層狀——濃度更高時形成4/18/20237——CMC的意義系統(tǒng)達(dá)CMC（一個范圍，而去污能力非一個點）前后，很多性質(zhì)發(fā)生增溶作用突變，如電阻率（電導(dǎo)率）、滲摩爾電導(dǎo)透壓、冰點下降、粘度、密度、表面張力增溶性、去污力、表面張力、洗CMCc滌性、光散射、顏色、折光率等。故CMC是一個極重要的物理量。如使用洗滌劑時，其濃度應(yīng)大于CMC——一般，CMC越低，表面活性越強(qiáng)。故CMC是SAA的表面活性的度量4/18/20238——CMC的實驗測定

●原理原則上，每種在達(dá)CMC前后發(fā)生變化的性質(zhì)皆可用來測定CMC。但不同方法，靈敏度不同，結(jié)果也可能有差異

●電導(dǎo)法特點：只適用于離子型SAA，準(zhǔn)確性很高，誤差小于2％，但過量無機(jī)鹽的存在會大大降低靈敏度

●表面張力法特點：方便，有普適性，誤差約2％一3％

●折光指數(shù)法原理：SAA分子的締合必然引起溶液折光指數(shù)的變化，轉(zhuǎn)折點即為CMC。該法誤差小于1％

●染料增溶變色法原理：許多染料在水溶液中和在有機(jī)溶液中的顏色不同。在水中加一些染料，再滴加濃的SAA溶液，顏色變化時的濃度即為CMC。膠束形成后，染料可能從水相轉(zhuǎn)移到膠束親油性“內(nèi)核”中，顏色發(fā)生變化4/18/202310補(bǔ)充材料之二SAA的HIB值●引入

SAA分子中同時存在親水基和親油基，二者親水性和親油性的相對大小就決定了整個分子的親水親油性。1949年，Griffin提出用HLB值表征SAA的親水親油性，HLB(hydrophileandlipophilebalance)值即為親水親油平衡值●規(guī)定HLB值是一個相對值。規(guī)定：親油性最強(qiáng)的石蠟的HLB值為0，油酸鉀的HLB值為20，親水性強(qiáng)的十二烷基硫酸鈉的HLB值為40。以此為標(biāo)準(zhǔn)，其他的SAA可相對地定出HLB值●意義——HLB值越小，活性劑親油性越強(qiáng)，HLB值越大，活性劑的親水性越強(qiáng)。下表列出了常見SAA的HLB值4/18/202311│聚氧乙烯辛基苯酚醚—10│TritonX—100(TX—10)│13.5││聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯│Tween60│14.9││聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯│Tween80│15.0││十二烷基三甲基氯化銨│DTC│15.0││聚氧乙烯十二胺—15││15.3││聚氧乙烯失水山梨醇棕櫚酸單酯│Tween40│15.6││聚氧乙烯硬脂酸酯—30│SE30│16.0││聚氧乙烯硬脂酸酪—40│SE40│16.7││聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸單酯│Tween20│16.7││聚氧乙烯辛基苯酚醚—30│TX—30│17.0││油酸鈉│鈉皂│18.0││油酸鉀│鉀皂│20.0││十六烷基乙基嗎琳基乙基硫酸鹽│阿特拉斯263│2530││十二烷基硫酸鈉│AS│40│└───────────────┴─────────┴────┘注：表中化學(xué)名稱后的阿拉伯?dāng)?shù)字代表聚氧乙烯基數(shù)。4/18/202313

SAA的HLB值范圍及其用途┌─────┬───────────┬─│HLB││HLB││││主要用途││主要用途││值范圍││值范圍││├─────┼─────────────┤│13│消泡劑│1215│潤濕劑││36│油包水型(W／O型)乳化劑│1315│洗滌劑││818│水包油型(O／W型)乳化劑│1518│增溶劑│└─────┴───────────┴4/18/202314●光纜的結(jié)構(gòu)——束管式