界面化學基本理論-界面與表面特性

《表面活性劑、膠體與界面化學基礎》

考試考核平時成績：考勤+課堂表現(xiàn)

線上考核、互動、評價：50%期末考試：50%基本理論界面和分散體系膠體體系概述膠體的基本性質界面和表面特性表面活性劑結構和定義

表面活性劑在界面的吸附表面活性劑溶液性質——膠束和臨界膠束濃度CMC乳狀液的HLB值、PIT理論

學習目標：理解界面和表面特性（了解界面現(xiàn)象、理解其成因）學習目標：理解表面張力水滴為什么是圓形而不是方形它們?yōu)槭裁纯梢云谒嫔纤诿毠苤袨槭裁磿仙?水ps大氣毛細玻璃管為什么自然界中液滴、氣泡總是圓形的？為什么氣泡比液滴更容易破裂？毛細現(xiàn)象為什么會產生？天空為什么會下雨？人工降雨依據(jù)什么原理？水在玻璃上能鋪展，水銀在玻璃上卻形成液滴？為什么？活性碳為什么可以做防毒面具？冰箱除臭劑？什么是表面活性劑？選擇性的加入一些表面活性劑，為什么起到凈化水質的作用？界面是指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū)，如果其中一相為氣體時，我們習慣上將這種界面稱之為表面。常見的界面主要包括：氣-液、氣-固、液-液、固-固、固-液界面表面嚴格講表面應是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面，但習慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。按物質聚集狀態(tài)，界面可分為五類：固－氣（S-g）、固－液（S-l）、固－固（S-S）、液－氣（l-g）、液－液（l-l）學習目標：理解表面張力界面現(xiàn)象的起因表面層分子與內部分子所處的環(huán)境差別很大；體系內部本體分子四周都是相同分子，受到來自周圍的力大小相等，方向相反，相互抵消；界面層分子處于兩相交界，不僅受到本體內部相同分子的作用，而且還會受到另一相中性質不同分子的作用，這兩種力通常難以抵消，引起一些特殊的界面性質，如表面張力、表面吸附等界面現(xiàn)象的起因表面層分子與內部分子所處的環(huán)境差別很大體系內部本體分子四周都是相同分子，受到來自周圍的力大小相等，方向相反，相互抵消界面層分子處于兩相交界，不僅受到本體內部相同分子的作用，而且還會受到另一相中性質不同分子的作用，這兩種力通常難以抵消，引起一些特殊的界面性質，如表面張力、表面吸附等液體空氣10液體空氣表面張力導致液體表面自動收縮荷葉效應毛細現(xiàn)象

表面層分子與內部分子相比，所處的環(huán)境不同。

體相內部分子所受四周鄰近相同分子的作用力是對稱的，各個方向的力彼此抵銷；但是處在界面層的分子，一方面受到體相內相同物質分子的作用，另一方面受到性質不同的另一相中物質分子的作用，其作用力往往不能相互抵銷，因此，界面層會顯示出一些獨特的性質。對于單組分體系，這種特性主要來自于同一物質在不同相中的密度不同；對于多組分體系，則特性來自于界面層的組成與任一相的組成均不相同。

最簡單的例子是液體及其蒸氣組成的表面。液體內部分子所受的力可以彼此抵銷，但表面分子受到體相分子的拉力大，受到氣相分子的拉力?。ㄒ驗闅庀嗝芏鹊停员砻娣肿邮艿奖焕塍w相的作用力。這種作用力使表面有自動收縮到最小的趨勢，并使表面層顯示出一些獨特性質，如表面張力、表面吸附、毛細現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。

表面張力是分子力的一種表現(xiàn).它發(fā)生在液體和氣體接觸時的邊界部分.是由于表面層的液體分子處于特殊情況決定的.液體內部的分子和分子間幾乎是緊挨著的,分子間經(jīng)常保持平衡距離,稍遠一些就相吸,稍近一些就相斥,這就決定了液體分子不像氣體分子那樣可以無限擴散,而只能在平衡位置附近振動和旋轉。

在液體表面附近的分子由于只顯著受到液體內側分子的作用,受力不均,使速度較大的分子很容易沖出液面,成為蒸汽,結果在液體表面層(跟氣體接觸的液體薄層)的分子分布比內部分子分布來得稀疏.相對于液體內部分子的分布來說,它們處在特殊的情況中.表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小,在這個特殊層中分子間的引力作用占優(yōu)勢.這種表面層中任何兩部分聞的相互牽引力,促使了液體表面層具有收縮的趨勢,由于表面張力的作用,液體表面總是趨向于盡可能縮小,因此空氣中的小液滴往往呈圓球形狀。液體空氣表面張力詳解力的三要素：大小、方向、作用點表面張力：作用點在表面/彎曲面的切面，表面收縮體現(xiàn)方向，單位長度上的力是大小。與力的本質區(qū)別：作用在單位長度上的力，是二維空間的壓力概念。與力、壓強、能量不同，但有聯(lián)系平面彎曲液面mg預習：什么是表面活性？能使溶劑的表面張力降低的性質即為表面活性什么是表面活性劑?以極低的添加量就能夠顯著地降低溶劑的表面張力的物質就被稱為表面活性劑，它能改變體系界面狀態(tài)，并具備一些重要的特性：潤濕、乳化、增溶、消泡、起泡、去污、平滑、抗靜電、潤滑、防銹、殺菌和絮凝等油酸加氫加成得到硬脂酸[硬脂酸CH3(CH2)16COOH又稱十八（烷）酸

;硬質酸鈉：肥皂（肥皂是脂肪酸金屬鹽的總稱）油酸化學式C18H34O2油酸鈉化學式C18H37O2NaNaOH親油親水NaNa界面吸附與定向排列不飽和吸附親油基親水基水面飽和吸附親油基親水基表面活性劑分子緊密且有規(guī)則地定向排列單分子膜飽和吸附：表面活性劑毫無間隙地密集于液面上，形成了單分子吸附膜?？諝馀c水處于完全隔離狀態(tài)，表面吸附達飽和。此時，溶液的表面張力達到最低點！一般來說，水的表面張力比油的表面張力大表面活性劑溶液《表面活性劑、膠體與界面化學基礎》

考試考核平時成績：考勤+課堂表現(xiàn)

線上考核、互動、評價：50%期末考試：50%基本理論界面和分散體系膠體體系概述膠體的基本性質表面活性劑結構和定義

表面張力和表面特性（影響表面張力的因素）表面活性劑在界面的吸附表面活性劑溶液性質乳狀液HLB值、PIT理論

學習目標：理解界面和表面特性（影響表面張力的因素）(1)分子間力的影響

液體或固體中的分子間的相互作用力或化學鍵力越大，表面張力越大。一般σ(金屬鍵)>σ(離子鍵)>σ(極性共價鍵)>σ(非極性共價鍵)

同一種物質與不同性質的其它物質接觸時，表面層中分子所處力場則不同，導致表面(界面)張力出現(xiàn)明顯差異。如下表：某些液體、固體的表面張力和液／液界面張力(2)溫度的影響MB，

B——液體的摩爾質量及體積質量；Tc——臨界溫度；k’——經(jīng)驗常數(shù)。非極性非締合的有機液體

與T有如下線性經(jīng)驗關系式：(1-11)一般T,液體的

—這是由于物質的[

B(l)-

B(g)]，使表面層分子受指向液體內部的拉力減小。實驗數(shù)據(jù)表明：純液體表面張力在溫度升高時會隨之下降表面張力與溫度呈線性下降的關系只是在一定溫度范圍內的近似關系。表面張力隨著溫度升高而下降這是符合實際情況的，但不一定在全部討論溫度范圍內都是一種線性降低的關系，這是應該說明的。

p

，

B(g);

p

，氣體分子易被液面吸附;

p

，氣體在液體中的溶解度增加。一般p,液體的

，因為(3)壓力的影響等溫等壓條件下，增加液體的表面積，體積幾乎不變，即(

V/

A)T,p,n

0,因此不考慮氣相受壓力影響時，有(/T)A,p,n0。但因為壓力增加，氣相密度增加，表面分子受力不均勻性略有好轉。另外，若是氣相中有別的物質，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。綜上表面張力一般隨壓力的增加而下降，但影響不大。小結（2）溫度的影響多數(shù)液體隨溫度升高，表面張力下降。（3）壓力的影響

表面張力一般隨壓力的增加而下降。因為壓力增加，氣相密度增加，表面分子受力不均勻性略有好轉。另外，若是氣相中有別的物質，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。對純液體或純固體，表面張力決定于分子間形成的化學鍵能的大小，一般化學鍵越強，表面張力越大。(金屬鍵)>(離子鍵)>(極性共價鍵)>(非極性共價鍵)兩種液體間的界面張力，界于兩種液體表面張力之間。（1）分子間相互作用力的影響彎曲表面下的附加壓力1.在平面上2.在凸面上3.在凹面上彎曲液面的飽和蒸氣壓液體對固體的潤濕作用毛細管現(xiàn)象彎曲表面下的附加壓力1.在平面上剖面圖液面正面圖研究以AB為直徑的一個環(huán)作為邊界，由于環(huán)上每點的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力。設向下的大氣壓力為Po，向上的反作用力也為Po，附加壓力PS

等于零。

Ps=Po-

Po=0彎曲表面下的附加壓力2.在凸面上：研究以AB為弦長的一個球面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點兩邊的表面張力都與液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會產生一個向下的合力。所有的點產生的總壓力為Ps，稱為附加壓力。凸面上受的總壓力為：Po+

PsPo為大氣壓力，Ps為附加壓力。剖面圖附加壓力示意圖彎曲表面下的附加壓力（3）在凹面上：剖面圖附加壓力示意圖研究以AB為弦長的一個球形凹面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點兩邊的表面張力都與凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以會產生一個向上的合力。所有的點產生的總壓力為Ps，稱為附加壓力。凹面上向下的總壓力為：Po-Ps，所以凹面上所受的壓力比平面上小。彎曲表面下的附加壓力1805年Young-Laplace導出了附加壓力與曲率半徑之間的關系式：楊-拉普拉斯公式特殊式（對球面）：根據(jù)數(shù)學上規(guī)定，凸面的曲率半徑取正值，凹面的曲率半徑取負值。所以，凸面的附加壓力指向液體，凹面的附加壓力指向氣體，即附加壓力總是指向球面的球心。一般式：

對于象空氣中的肥皂泡那樣的球形液膜有內、外兩個表面，均產生向球心的附加壓力，因此附加壓力為：彎曲表面上的飽和蒸汽壓——開爾文公式這就是Kelvin公式，式中r為密度，M為摩爾質量。為了表示附加壓力的方向，規(guī)定：+適用于凸液面，-適用于凹液面-------開爾方程結論：凸液面：其半徑越小，蒸氣壓越大；凹液面：其半徑越小，蒸氣壓越低。表面化學生命科學（生物膜及膜模擬化學）能源科學（三次采油、煤的液化、化學電源）材料科學（超細材料、材料的表面改型）信息科學（LB膜，微電子器件）界面化學的發(fā)展和現(xiàn)狀1805T.Young提出界面張力概念1806P.S.Laplase表面張力與曲率半徑關系1878Gibbs