《物理化學(xué)：第七章 表面現(xiàn)象》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理化學(xué)：第七章 表面現(xiàn)象（75頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第七章第七章表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象(Chapter7SurfacePhenomena)*物理化學(xué)上的相界面是一個(gè)物理化學(xué)上的相界面是一個(gè)有幾個(gè)分子直徑厚度的薄層，有幾個(gè)分子直徑厚度的薄層，是兩相之間的是兩相之間的過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)。*不同相共存時(shí)，各相之間會(huì)不同相共存時(shí)，各相之間會(huì)有有界面界面。*界面的類型取決于物質(zhì)的聚集狀態(tài)界面的類型取決于物質(zhì)的聚集狀態(tài)(液液-氣、液氣、液-液、液液、液-固、固、固固-氣、固氣、固-固固)。若其中一相為氣相。若其中一相為氣相(固固-氣、液氣、液-氣氣)，這種界，這種界面稱為表面。面稱為表面。*在表面上發(fā)生的一切物理化學(xué)現(xiàn)象稱為在表面上發(fā)生的一切物理化學(xué)現(xiàn)象稱為表面現(xiàn)象表

2、面現(xiàn)象。表面的性質(zhì)與表面積有關(guān)。表面積大小由比表面表面的性質(zhì)與表面積有關(guān)。表面積大小由比表面(specificsurfacearea)或分散度或分散度(degreeofdispersion)衡量。衡量。比表面：比表面：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)所具有的表面積。單位質(zhì)量物質(zhì)所具有的表面積。分散度：分散度：?jiǎn)挝惑w積物質(zhì)所具有的表面積。單位體積物質(zhì)所具有的表面積。1m，單位：VAaV12kgm，單位：mAas一、表面積一、表面積對(duì)于一定量的物質(zhì)，顆粒越小，總表面積就越大，物對(duì)于一定量的物質(zhì)，顆粒越小，總表面積就越大，物質(zhì)的分散度就越高。只有高分散度的系統(tǒng)，表面現(xiàn)象才質(zhì)的分散度就越高。只有高分散度的系統(tǒng)，表面現(xiàn)象才

3、能達(dá)到可以覺察的程度。能達(dá)到可以覺察的程度。藥劑學(xué)上利用增加藥物分散度來(lái)改善藥物的性質(zhì)：藥劑學(xué)上利用增加藥物分散度來(lái)改善藥物的性質(zhì)：難難溶藥物微粉化溶藥物微粉化，提高溶解度，增加藥物吸收。，提高溶解度，增加藥物吸收。二、表面吉布斯能和表面張力二、表面吉布斯能和表面張力 1.表面吉布斯能表面吉布斯能以以l-g表面為例，液體表面分子與內(nèi)部分子受力情況不同。表面為例，液體表面分子與內(nèi)部分子受力情況不同。內(nèi)部：內(nèi)部：分子作用力合力分子作用力合力=0，移動(dòng)時(shí)能量沒有變化，移動(dòng)時(shí)能量沒有變化 表面：表面：分子作用力合力指向液體內(nèi)部，分子作用力合力指向液體內(nèi)部，環(huán)境作功環(huán)境作功轉(zhuǎn)化為表面能轉(zhuǎn)化為表面能表面積

4、增加表面積增加當(dāng)把體相分子拉向表面時(shí)當(dāng)把體相分子拉向表面時(shí)（T, p, n不變）不變）根據(jù)熱力學(xué)第二定律根據(jù)熱力學(xué)第二定律r,dBWGnpT定義定義表面吉布斯能表面吉布斯能B,npTAG單位為單位為J m 2表面功的大小和表面功的大小和dA成正比：成正比： W = dA式中式中 為比例系數(shù)為比例系數(shù)表面分子具有更高的能量，體系分散度越高，越不穩(wěn)定表面分子具有更高的能量，體系分散度越高，越不穩(wěn)定(易發(fā)生易發(fā)生dGT,P =dA 0的自發(fā)過(guò)程的自發(fā)過(guò)程)：減?。罕砻嫖健p?。罕砻嫖健A減?。好娣?、奶粉長(zhǎng)時(shí)間放置結(jié)塊，水滴呈球形。減小：面粉、奶粉長(zhǎng)時(shí)間放置結(jié)塊，水滴呈球形。 用肥皂液在一個(gè)系有

5、線圈的金用肥皂液在一個(gè)系有線圈的金屬環(huán)上形成一個(gè)液膜，由于線圈屬環(huán)上形成一個(gè)液膜，由于線圈周圍都是相同的液體，受力均衡，周圍都是相同的液體，受力均衡，線圈可以在液膜上自由移動(dòng)位置。線圈可以在液膜上自由移動(dòng)位置。2.表面張力表面張力若將線圈內(nèi)液膜刺破，線圈若將線圈內(nèi)液膜刺破，線圈兩邊受力不再平衡，立即繃緊兩邊受力不再平衡，立即繃緊成圓形。成圓形。這些現(xiàn)象這些現(xiàn)象表明，在液體表面存在一種使液面收縮的力，表明，在液體表面存在一種使液面收縮的力，稱稱表面張力表面張力（surfacetension）或）或界面張力界面張力（interfacialtension）。 表面張力表面張力的方向和表面相切，是垂直

6、作用在表面上單位的方向和表面相切，是垂直作用在表面上單位長(zhǎng)度線段上的表面收縮力。長(zhǎng)度線段上的表面收縮力。 在溫度、壓力恒定的條件下，在在溫度、壓力恒定的條件下，在AB邊施加向右的力邊施加向右的力F，使，使AB在可逆的情況下向右移動(dòng)在可逆的情況下向右移動(dòng)dx。F和液膜表面邊緣的長(zhǎng)度和液膜表面邊緣的長(zhǎng)度l成成正比，因?yàn)橐耗び姓磧蓚€(gè)表面，設(shè)正比，因?yàn)橐耗び姓磧蓚€(gè)表面，設(shè)AB=l，則，則F = l = 2l2lFlF 式中式中 為比例常數(shù)，是作用于液面上單位長(zhǎng)度線段上的力，為比例常數(shù)，是作用于液面上單位長(zhǎng)度線段上的力，即即表面張力表面張力，單位是，單位是N m-1。表面吉布斯能和表面張力是分別用熱

7、力學(xué)和力學(xué)方法討表面吉布斯能和表面張力是分別用熱力學(xué)和力學(xué)方法討論表面現(xiàn)象是所用的物理量，二者是完全等價(jià)，具有等價(jià)論表面現(xiàn)象是所用的物理量，二者是完全等價(jià)，具有等價(jià)的量綱和相同的數(shù)值。的量綱和相同的數(shù)值。Jm-2=N m m-2=N m-1表面張力測(cè)定：毛細(xì)管上升法、最大泡壓法、滴重表面張力測(cè)定：毛細(xì)管上升法、最大泡壓法、滴重法、吊環(huán)法等。法、吊環(huán)法等。三、表面的熱力學(xué)關(guān)系式三、表面的熱力學(xué)關(guān)系式 系統(tǒng)做非體積功系統(tǒng)做非體積功表面功時(shí)，多組分系統(tǒng)熱力學(xué)函數(shù)基本關(guān)表面功時(shí)，多組分系統(tǒng)熱力學(xué)函數(shù)基本關(guān)系式：系式：BBBdd dddnAVpSTUBBBdd dddnApVSTHBBBdd dddnA

8、pVTSGBBBdd dddnAVpTSF指定變量和組成不變的條件下指定變量和組成不變的條件下BBBB, npTnVTnpSnVSAGAFAHAU根據(jù)根據(jù)Maxwell關(guān)系式：關(guān)系式：BB,npAnpTTAS對(duì)于組成不變的恒容系統(tǒng)對(duì)于組成不變的恒容系統(tǒng)對(duì)于組成不變的恒壓系統(tǒng)對(duì)于組成不變的恒壓系統(tǒng)BB,nVAnVTTTAUBB,npAnpTTTAH四、影響表面吉布斯能的因素四、影響表面吉布斯能的因素物質(zhì)的性質(zhì)：不同種類物質(zhì)，分子間力大小不同，物質(zhì)的性質(zhì)：不同種類物質(zhì)，分子間力大小不同，不同。不同。H2O分子間有氫鍵，分子間有氫鍵，較大較大金屬鍵離子鍵極性鍵非極性鍵金屬鍵離子鍵極性鍵非極性鍵極性相

9、似：分子量大，極性相似：分子量大，大。大。相同溫度、壓力下，與形成相界面的另一相有關(guān)。相同溫度、壓力下，與形成相界面的另一相有關(guān)。與溫度有關(guān)：與溫度有關(guān)：溫度升高溫度升高，分子動(dòng)能增加，分子間作，分子動(dòng)能增加，分子間作用力減弱，用力減弱，表面張力減小表面張力減小。 濃度對(duì)表面吉布斯能的影響，與溶液的性質(zhì)有關(guān)。濃度對(duì)表面吉布斯能的影響，與溶液的性質(zhì)有關(guān)。一、曲面的附加壓力一、曲面的附加壓力(一一)彎曲液面的附加壓力彎曲液面的附加壓力第二節(jié)第二節(jié)彎曲表面的性質(zhì)彎曲表面的性質(zhì)pgplpgplp)()(二二)楊楊-拉普拉斯公式拉普拉斯公式(Young-Laplaceequation)附加壓力附加壓力p

10、的大小與液體的表面張力及液面的曲率的大小與液體的表面張力及液面的曲率半徑有關(guān)。半徑有關(guān)。楊楊-拉普拉斯公式：拉普拉斯公式：球形表面，球形表面，r1=r2：圓柱形曲面，圓柱形曲面，r1=： 平液面，平液面，r1=r2 =：p=0)11(21rrprp2rp1、凸液面、凸液面r 0，p 0凸液面下液體受到的壓力比水平液面下液體受到的壓力大。凸液面下液體受到的壓力比水平液面下液體受到的壓力大。2、凹液面、凹液面r 0，p 0，液滴的蒸氣壓大于平面液體的蒸氣壓。，液滴的蒸氣壓大于平面液體的蒸氣壓。r越小，其飽和蒸氣壓越大。越小，其飽和蒸氣壓越大。凹液面凹液面(氣泡氣泡)，r0：油能在水上面鋪展：油能在

11、水上面鋪展 S G表表, ,i G表表, ,a鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇竦臉?biāo)準(zhǔn)是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)。 (二二)接觸角接觸角氣液界面與固液界面的夾角稱氣液界面與固液界面的夾角稱接觸角接觸角(contactangel)。設(shè)液滴在固體表面處于平衡狀態(tài)，設(shè)液滴在固體表面處于平衡狀態(tài)，接觸角接觸角 與氣液界面張力、與氣液界面張力、固氣界面張力及固液界面張力之間的關(guān)系為固氣界面張力及固液界面張力之間的關(guān)系為 s,g s,l= l,gcos 該公式稱該公式稱楊氏公式楊氏公式(Youngequation)，也稱，也稱潤(rùn)濕公式潤(rùn)濕公式。通過(guò)潤(rùn)濕公式可以得到通過(guò)潤(rùn)濕公式可以得到 G表表, ,a= s,l

12、 l,g s,g= l,g(1+cos ) G表表, ,i= s,l s,g= l,gcos G表表, ,s = s,l + l,g s,g= l,g(cos 1) 只要測(cè)出液體的界面張力和接觸角，就可以對(duì)各種潤(rùn)濕條件只要測(cè)出液體的界面張力和接觸角，就可以對(duì)各種潤(rùn)濕條件做出判斷。做出判斷。沾濕沾濕 180180 浸濕浸濕 9090 鋪展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇?= 0= 0 在討論液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性時(shí)，一般是把在討論液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性時(shí)，一般是把90 的接觸角做的接觸角做為是否潤(rùn)濕的標(biāo)準(zhǔn)：為是否潤(rùn)濕的標(biāo)準(zhǔn)： 90 不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕 90 潤(rùn)濕潤(rùn)濕1、液體表面張力的方向是（、液體表面張力的方向是（）A、與液體垂

13、直，指向液體的內(nèi)部、與液體垂直，指向液體的內(nèi)部B、指向液面的邊界、指向液面的邊界C、在與液面相切的力向上、在與液面相切的力向上D、指向四面八方、指向四面八方2、一個(gè)玻璃毛細(xì)管分別插入、一個(gè)玻璃毛細(xì)管分別插入298K和和348K的水中，則毛細(xì)管的水中，則毛細(xì)管中的水在兩不同溫度的水中上升的高度（中的水在兩不同溫度的水中上升的高度（）A、相同、相同B、無(wú)法確定、無(wú)法確定C、298K水中高于水中高于348K的水中的水中D、298K水中低于水中低于348K的水中的水中C課堂練習(xí)課堂練習(xí)C3、一定溫度下，分散在氣體中小液滴的半徑愈小，此液體的蒸、一定溫度下，分散在氣體中小液滴的半徑愈小，此液體的蒸氣壓氣

14、壓（）A、越大、越大B、越小、越小C、越趨近于、越趨近于100kPaD、越是變化無(wú)常、越是變化無(wú)常4、若某液體能浸濕某固體，浸濕時(shí)其接觸角為、若某液體能浸濕某固體，浸濕時(shí)其接觸角為，則（，則（）A、tg =0B、tg 0C、tg 0D、tg =CA一、溶液表面張力和濃度之間關(guān)系一、溶液表面張力和濃度之間關(guān)系單組分單組分(純液體純液體)：T、p確定，確定，確定。確定。多組分多組分(溶液溶液)：T、p確定，確定，隨隨c的變化而變化。的變化而變化。恒溫下，用溶液的恒溫下，用溶液的對(duì)對(duì)c作圖，所得曲線稱溶液作圖，所得曲線稱溶液表面張力表面張力等溫線等溫線(surfacetensionisothermc

15、urve)。第四節(jié)第四節(jié)溶液的表面吸附溶液的表面吸附.無(wú)機(jī)鹽類強(qiáng)電解質(zhì)和蔗糖、無(wú)機(jī)鹽類強(qiáng)電解質(zhì)和蔗糖、甘油等多羥基化合物，溶質(zhì)分甘油等多羥基化合物，溶質(zhì)分子和水之間有很強(qiáng)的溶劑化作子和水之間有很強(qiáng)的溶劑化作用，它們的存在增大了水溶液用，它們的存在增大了水溶液的表面張力。的表面張力。.一些極性較強(qiáng)的小分一些極性較強(qiáng)的小分子有機(jī)物如醇、醛、酸、子有機(jī)物如醇、醛、酸、酯等，和溶劑間的相互酯等，和溶劑間的相互作用力較弱。作用力較弱。.表面活性劑溶液在低濃度時(shí)，溶液的表面張力隨濃度的增表面活性劑溶液在低濃度時(shí)，溶液的表面張力隨濃度的增加而急劇下降，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，表面張力值趨于穩(wěn)定，不加而急劇下降，當(dāng)

16、達(dá)到一定濃度后，表面張力值趨于穩(wěn)定，不再隨濃度的增加而改變。再隨濃度的增加而改變。表面活性劑是一些分子量較大，同時(shí)具有較強(qiáng)極性和非極性表面活性劑是一些分子量較大，同時(shí)具有較強(qiáng)極性和非極性基團(tuán)結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)，如烷基磺酸鹽、羧酸鹽?；鶊F(tuán)結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)，如烷基磺酸鹽、羧酸鹽。表面張力和濃度之間的關(guān)系表面張力和濃度之間的關(guān)系希什科夫斯基希什科夫斯基(Szyszkowski)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)公式accbO001ln 0和和 分別表示溶劑和濃度為分別表示溶劑和濃度為c的溶液的表面張力。的溶液的表面張力。a、b 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，同系物中為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，同系物中b值相同，值相同，a 值的大小和碳鏈的長(zhǎng)度有值的大小和碳鏈的長(zhǎng)度有關(guān)

17、。關(guān)。 該式適用于低濃度的表面活性物質(zhì)溶液。該式適用于低濃度的表面活性物質(zhì)溶液。二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等溫式二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等溫式(一一)溶液的表面吸附現(xiàn)象溶液的表面吸附現(xiàn)象溫度為溫度為T ，壓力為，壓力為p 時(shí)，表面吉布斯能時(shí)，表面吉布斯能G表面表面= A，自發(fā)過(guò)程的方向：自發(fā)過(guò)程的方向：dGT,p0時(shí)，時(shí)， 0，溶質(zhì)在表面層的濃度小于體溶質(zhì)在表面層的濃度小于體相濃度，相濃度，溶液發(fā)生負(fù)吸附。溶液發(fā)生負(fù)吸附。 Tcc O 當(dāng)當(dāng)0，溶質(zhì)在表面層的濃度大于體相溶質(zhì)在表面層的濃度大于體相濃度，濃度，溶液發(fā)生正吸附。溶液發(fā)生正吸附。 Tcc O (四四)吉布斯公式的應(yīng)用吉布斯公

18、式的應(yīng)用計(jì)算溶質(zhì)在溶液表面的吸附量，繪制表面吸附等溫線。計(jì)算溶質(zhì)在溶液表面的吸附量，繪制表面吸附等溫線。1.數(shù)學(xué)解析法數(shù)學(xué)解析法 利用溶液表面張力利用溶液表面張力 和濃度和濃度c之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，將公之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，將公式對(duì)濃度微分，求得式對(duì)濃度微分，求得d /dc。 acclnbO001 TRbK0濃度很小時(shí)，濃度很小時(shí)， ， 和和c之間呈線性關(guān)系之間呈線性關(guān)系OccK OOccaccK當(dāng)濃度較大時(shí)，當(dāng)濃度較大時(shí)， ，m為溶液的飽和吸附量為溶液的飽和吸附量 m0 KTRb2實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法 測(cè)定溶液不同濃度測(cè)定溶液不同濃度c 時(shí)的時(shí)的表面張力表面張力 ，用，用c 對(duì)對(duì) 作圖。作圖。 用圖解

19、法求出表面張力等用圖解法求出表面張力等溫線各指定濃度點(diǎn)切線的斜溫線各指定濃度點(diǎn)切線的斜率，根據(jù)吉布斯公式求出各率，根據(jù)吉布斯公式求出各濃度下溶液的表面吸附量。濃度下溶液的表面吸附量。 用所得結(jié)果繪制用所得結(jié)果繪制-c曲線。曲線。 表面活性物質(zhì)的兩親性結(jié)構(gòu)，使其極易被吸附在溶液表面。表面活性物質(zhì)的兩親性結(jié)構(gòu)，使其極易被吸附在溶液表面。隨著溶液濃度的增加，表面吸附量逐漸加大，直至達(dá)到一個(gè)隨著溶液濃度的增加，表面吸附量逐漸加大，直至達(dá)到一個(gè)極限值極限值m。三、表面活性物質(zhì)在溶液表面的定向排列三、表面活性物質(zhì)在溶液表面的定向排列吸附在溶液表面的分子隨著吸附在溶液表面的分子隨著 的增大而逐漸站立起來(lái)，直

20、的增大而逐漸站立起來(lái)，直至形成極性端在溶液中，非極性端伸向空氣，定向排列緊密的至形成極性端在溶液中，非極性端伸向空氣，定向排列緊密的表面層。表面層。溶液在達(dá)到飽和吸附時(shí)，吸附為單分子層。因而可以根據(jù)溶液在達(dá)到飽和吸附時(shí)，吸附為單分子層。因而可以根據(jù)m計(jì)算被吸附分子的橫截面積計(jì)算被吸附分子的橫截面積A。LAm1一、不溶性表面膜及其性質(zhì)一、不溶性表面膜及其性質(zhì)很多水不溶性物質(zhì)能在水面上鋪展成膜很多水不溶性物質(zhì)能在水面上鋪展成膜(適當(dāng)條件下適當(dāng)條件下可形成一個(gè)分子厚度的穩(wěn)定的膜可形成一個(gè)分子厚度的穩(wěn)定的膜)，分子的極性基在水，分子的極性基在水中，非極性基向外。這種膜稱作單分子層表面膜。中，非極性基向

21、外。這種膜稱作單分子層表面膜。表面壓及其測(cè)定：表面壓及其測(cè)定：表面壓：膜對(duì)單位長(zhǎng)度浮物所施的力，以表面壓：膜對(duì)單位長(zhǎng)度浮物所施的力，以表示。表示。表面壓數(shù)值等于純液體的表面張力與鋪上膜后的表面表面壓數(shù)值等于純液體的表面張力與鋪上膜后的表面張力之差：張力之差：=0測(cè)定表面壓的儀器：膜天平測(cè)定表面壓的儀器：膜天平第五節(jié)第五節(jié)不溶性表面膜不溶性表面膜K為盛滿水的淺盤，為盛滿水的淺盤，AA是是云母片，懸掛在一根與扭力云母片，懸掛在一根與扭力天平刻度盤相連的鋼絲上，天平刻度盤相連的鋼絲上，AA的兩端用極薄的鉑箔與的兩端用極薄的鉑箔與淺盤相連。淺盤相連。XX是可移動(dòng)的邊，用來(lái)清掃水面，或圍住表面膜，使它具

22、是可移動(dòng)的邊，用來(lái)清掃水面，或圍住表面膜，使它具有一定的表面積。在有一定的表面積。在XXAA面積內(nèi)滴加油滴，油鋪展時(shí)，用扭面積內(nèi)滴加油滴，油鋪展時(shí)，用扭力天平測(cè)出它施加在力天平測(cè)出它施加在AA邊上的壓力。這種膜天平的準(zhǔn)確度可邊上的壓力。這種膜天平的準(zhǔn)確度可達(dá)達(dá)110-5N/m。二、不溶性表面膜的應(yīng)用二、不溶性表面膜的應(yīng)用(一一)分子結(jié)構(gòu)的推定分子結(jié)構(gòu)的推定(二二)摩爾質(zhì)量的測(cè)定摩爾質(zhì)量的測(cè)定(三三)抑制液體蒸發(fā)抑制液體蒸發(fā)(四四)膜的化學(xué)反應(yīng)膜的化學(xué)反應(yīng)三、其它表面膜三、其它表面膜(一一)高分子膜高分子膜(二二)多分子膜多分子膜(三三)雙分子膜：雙層脂質(zhì)膜、脂質(zhì)體雙分子膜：雙層脂質(zhì)膜、脂質(zhì)體能

23、使溶液表面張力顯著降低的物質(zhì)稱為表面活性劑能使溶液表面張力顯著降低的物質(zhì)稱為表面活性劑(Surfactant)。表面活性劑分子在結(jié)構(gòu)上都是不對(duì)稱的，均由親水的極性基與憎表面活性劑分子在結(jié)構(gòu)上都是不對(duì)稱的，均由親水的極性基與憎水水(親油親油)的非極性基兩部分組成。的非極性基兩部分組成。第六節(jié)第六節(jié)表面活性劑表面活性劑油酸表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征油酸表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征COO- -CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+親水基團(tuán)親油基團(tuán)一、表面活性劑的分類一、表面活性劑的分類表面活性劑表面活性劑離子型表面活性劑離子型表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

24、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-CH2COOH非離子型表面活性非離子型表面活性 如聚乙二醇類如聚乙二醇類 HOCOH2CH2OCH2nCH2OH二、表面活性劑的親水親油平衡值二、表面活性劑的親水親油平衡值(hydrophileandlipophilebalancevaluesHLB)如何選擇合適的表面活性劑？如何選擇合適的表面活性劑？1949年格里芬年格里芬(Griffin)提出用提出用HLB值衡量非離子值衡量非離子表面活性劑分子親水、親油性的相對(duì)強(qiáng)弱。表面活性劑分子親水、親油性的相對(duì)強(qiáng)弱。完全疏水的石臘：完全

25、疏水的石臘：HLB=0完全親水的聚乙二醇：完全親水的聚乙二醇：HLB=20物質(zhì)的物質(zhì)的HLB值值越大，親水性越強(qiáng)；反之，親油性越大，親水性越強(qiáng)；反之，親油性越強(qiáng)。越強(qiáng)。HLB值在值在10附近，親水、親油能力均衡。附近，親水、親油能力均衡。名 稱 化 學(xué) 組 成 HLB 值 應(yīng)用范圍 石蠟 碳?xì)浠衔?0 HLB 油酸 直鏈脂肪酸 1 13 Span 85 失水山梨醇三油酸酯 1.8 消沫劑 Span 65 失水山梨醇三硬脂酸酯 2.1 HLB Span 80 失水山梨醇單油酸酯 4.3 38 Span 60 失水山梨醇單硬脂酸酯 4.7 W/O 乳化劑 Span 40 失水山梨醇單棕櫚酸酯 6

26、.7 阿拉伯膠 阿拉伯膠 8.0 HLB Span 20 失水山梨醇單月桂酸酯 8.6 711 明膠 明膠 9.8 親 油 潤(rùn)濕劑 甲基纖維素 甲基纖維素 10.5 鋪展劑 PEG 400mono oleate 聚乙醇 400 單油酸酯 11.4 西黃蓍膠 西黃蓍膠 13.2 HLB Tween 60 聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯 14.9 8-16 Tween 80 聚氧乙烯失水山梨醇油酸單酯 15.0 o/w 乳化劑 Tween 40 聚氧乙烯失水山梨醇棕櫚酸單酯 15.6 HLB Tween 20 聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸單酯 16.7 1215 Op 30 辛基苯酚聚氧乙烯 30 醚

27、17 去污劑 油酸鈉 油酸鈉 18 聚乙二醇 聚乙二醇 20 HLB 油酸鉀 油酸鉀 20 16 以上 十二烷基硫酸鈉 十二烷基硫酸鈉 40 親 水 增溶劑 三、膠束三、膠束當(dāng)濃度增加到一定程度時(shí)，表面活性劑分子在溶液中形成當(dāng)濃度增加到一定程度時(shí)，表面活性劑分子在溶液中形成疏水基向內(nèi)，親水基向外的多分子聚集體，稱作膠束疏水基向內(nèi)，親水基向外的多分子聚集體，稱作膠束(micelle)或膠團(tuán)?；蚰z團(tuán)。形成膠束的最低濃度被稱作臨界膠束濃度形成膠束的最低濃度被稱作臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CMC。表面活性劑分子開始形成膠束的最低濃度稱作臨界膠表面活

28、性劑分子開始形成膠束的最低濃度稱作臨界膠束濃度束濃度(criticalmicelleconcentrationCMC)。在在CMC附近，由于膠束形附近，由于膠束形成，溶液的表面張力、滲透成，溶液的表面張力、滲透壓、密度、蒸氣壓、光學(xué)性壓、密度、蒸氣壓、光學(xué)性質(zhì)、去污能力等理化性質(zhì)會(huì)質(zhì)、去污能力等理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生突躍。發(fā)生突躍。較低濃度時(shí)膠束較低濃度時(shí)膠束是球形的，隨著濃是球形的，隨著濃度的增加，膠束的度的增加，膠束的形狀變得復(fù)雜，成形狀變得復(fù)雜，成為腸狀、板層狀等。為腸狀、板層狀等。 膠束的結(jié)構(gòu)膠束的結(jié)構(gòu) 達(dá)到臨界膠束濃度以后的表面活性劑溶液能使不溶或微達(dá)到臨界膠束濃度以后的表面活性劑溶液能使不

29、溶或微溶于水的有機(jī)化合物的溶解度顯著增加，這種現(xiàn)象稱作溶于水的有機(jī)化合物的溶解度顯著增加，這種現(xiàn)象稱作增增溶作用溶作用(solubilization)。表面活性劑的增溶作用既不同于溶解作用又不同于乳化表面活性劑的增溶作用既不同于溶解作用又不同于乳化作用。作用。增溶后的溶液是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。增溶使被增溶物的化增溶后的溶液是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。增溶使被增溶物的化學(xué)勢(shì)降低，也就使整個(gè)系統(tǒng)的吉布斯能下降，增溶過(guò)程是學(xué)勢(shì)降低，也就使整個(gè)系統(tǒng)的吉布斯能下降，增溶過(guò)程是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。一個(gè)自發(fā)過(guò)程。增溶增溶 a.內(nèi)部溶解型內(nèi)部溶解型b.外殼溶解型外殼溶解型c.插入型插入型d.吸附型吸附型四種增溶類型四種增溶類型四

30、、表面活性劑的幾種重要作用四、表面活性劑的幾種重要作用 ( (一一) ) 潤(rùn)濕作用潤(rùn)濕作用 憎水表面：憎水表面：表面活性劑分子的非極性端吸附在固液界面上，極性端表面活性劑分子的非極性端吸附在固液界面上，極性端向外，降低固液界面張力，使接觸角減小，改善潤(rùn)濕程度。向外，降低固液界面張力，使接觸角減小，改善潤(rùn)濕程度。 親水表面：親水表面：表面活性劑分子的極性端吸附在固液界面上，非極性端表面活性劑分子的極性端吸附在固液界面上，非極性端向外，增加固液界面張力，使接觸角增大，固體表面變?yōu)橄蛲?，增加固液界面張力，使接觸角增大，固體表面變?yōu)榕c水不潤(rùn)濕的表面與水不潤(rùn)濕的表面 。(二二)乳化作用乳化作用一種或幾種

31、液體以液珠形式分散在另一種不互溶的液體一種或幾種液體以液珠形式分散在另一種不互溶的液體之 中 ， 形 成 高 度 分 散 系 統(tǒng) 的 過(guò) 程 稱 為 乳 化 作 用之 中 ， 形 成 高 度 分 散 系 統(tǒng) 的 過(guò) 程 稱 為 乳 化 作 用(emulsification)，得到的分散系稱為乳狀液，得到的分散系稱為乳狀液(emulsion)。乳狀液一般都不穩(wěn)定，乳狀液一般都不穩(wěn)定，分散的小液珠有自動(dòng)聚結(jié)分散的小液珠有自動(dòng)聚結(jié)而使系統(tǒng)分層的趨勢(shì)。表而使系統(tǒng)分層的趨勢(shì)。表面 活 性 劑 作 為 乳 化 劑面 活 性 劑 作 為 乳 化 劑(emulsifyingagent)能制得能制得較穩(wěn)定的乳狀

32、液。較穩(wěn)定的乳狀液。(三三)起泡作用起泡作用泡沫（泡沫（foam）是氣相高度分散在液相中的系統(tǒng)，是熱力學(xué)）是氣相高度分散在液相中的系統(tǒng)，是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。不穩(wěn)定系統(tǒng)。表面活性劑能降低氣表面活性劑能降低氣-液界面張力，使泡沫系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，液界面張力，使泡沫系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)在包圍氣體的液膜上形成雙層吸附，其中親水基在液膜同時(shí)在包圍氣體的液膜上形成雙層吸附，其中親水基在液膜內(nèi)形成水化層，使液相粘度增高，使液膜穩(wěn)定并具有一定的內(nèi)形成水化層，使液相粘度增高，使液膜穩(wěn)定并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度。(四四)增溶作用增溶作用表面活性劑有增溶作用，增溶作用是通過(guò)膠束實(shí)現(xiàn)的。表面活性劑有增溶作用，增溶作用

33、是通過(guò)膠束實(shí)現(xiàn)的。非離子表面活性劑的增溶能力一般比較強(qiáng)。非離子表面活性劑的增溶能力一般比較強(qiáng)。由于不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)被增溶時(shí)進(jìn)入膠束的不同位置，由于不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)被增溶時(shí)進(jìn)入膠束的不同位置，因此選擇增溶劑時(shí)要考慮被增溶物的結(jié)構(gòu)。因此選擇增溶劑時(shí)要考慮被增溶物的結(jié)構(gòu)。(五五)去污作用去污作用(洗滌作用洗滌作用) 表面活性劑的洗滌作用是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，它與潤(rùn)濕、表面活性劑的洗滌作用是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，它與潤(rùn)濕、起泡、增溶和乳化作用都有關(guān)系。起泡、增溶和乳化作用都有關(guān)系。任何體系都有自動(dòng)降低吉布斯能的趨勢(shì)。固體表面的分子可任何體系都有自動(dòng)降低吉布斯能的趨勢(shì)。固體表面的分子可以捕獲其它物質(zhì)的分子

34、，使其力場(chǎng)達(dá)到飽和，從而降低表面吉以捕獲其它物質(zhì)的分子，使其力場(chǎng)達(dá)到飽和，從而降低表面吉布斯函數(shù)。因此，固體有吸附氣體分子和從溶液中吸附溶質(zhì)分布斯函數(shù)。因此，固體有吸附氣體分子和從溶液中吸附溶質(zhì)分子的特性。子的特性。具有吸附能力的固體稱為具有吸附能力的固體稱為吸附劑，吸附劑，被吸附的氣體稱為被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)吸附質(zhì)。第七節(jié)第七節(jié)氣體在固體表面上的吸附氣體在固體表面上的吸附 吸附示意圖吸附示意圖一、物理吸附和化學(xué)吸附一、物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附吸附力吸附力范德華力范德華力化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力吸附熱吸附熱較小、近于液化熱較小、近于液化熱較大、近于化學(xué)反應(yīng)熱較大、近于化學(xué)反

35、應(yīng)熱選擇性選擇性無(wú)選擇性無(wú)選擇性有選擇性有選擇性吸附穩(wěn)定性吸附穩(wěn)定性不穩(wěn)定、易解吸不穩(wěn)定、易解吸比較穩(wěn)定、不易解吸比較穩(wěn)定、不易解吸分子層分子層單分子層或多分子層單分子層或多分子層單分子層單分子層吸附速率吸附速率較快、速率少受溫度影響較快、速率少受溫度影響較慢、升溫速率加快較慢、升溫速率加快二、吸附等溫線二、吸附等溫線恒溫下，吸附達(dá)平衡時(shí)，吸附量恒溫下，吸附達(dá)平衡時(shí)，吸附量與壓力與壓力p的關(guān)系的關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。曲線稱為吸附等溫線。三、弗侖因德立希吸附等溫式三、弗侖因德立希吸附等溫式 =x/m =kp1/n x：被吸附氣體量，：被吸附氣體量，m：吸附劑質(zhì)量，：吸附劑質(zhì)量，p：吸附平衡時(shí)氣

36、體：吸附平衡時(shí)氣體的壓力，的壓力，k和和n是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。lg(x/m)=lgk+(1/n)lgplg(x/m)對(duì)對(duì)lgp作圖得直線，由截距和斜率求得作圖得直線，由截距和斜率求得k和和n。弗侖因德立希吸附等溫式為一經(jīng)驗(yàn)公式，適用于中壓范圍。弗侖因德立希吸附等溫式為一經(jīng)驗(yàn)公式，適用于中壓范圍。但但k和和n沒有明確的物理意義，不能說(shuō)明吸附作用的機(jī)理。沒有明確的物理意義，不能說(shuō)明吸附作用的機(jī)理。四、單分子層吸附理論四、單分子層吸附理論蘭格繆爾吸附等溫式蘭格繆爾吸附等溫式基本假設(shè)：基本假設(shè)：(1)固體表面對(duì)氣體分子的吸附是單分子層的。固體表面吸固體表面對(duì)氣體分子的吸附是單分子層的。固體表面吸附

37、一層分子后，氣體分子只有碰撞到尚未吸附氣體分子的空白附一層分子后，氣體分子只有碰撞到尚未吸附氣體分子的空白表面上才能被吸附。表面上才能被吸附。(2)固體表面是均勻的，各處的吸附能力相同，吸附熱是常固體表面是均勻的，各處的吸附能力相同，吸附熱是常數(shù)，不隨覆蓋程度而改變。數(shù)，不隨覆蓋程度而改變。(3)被吸附分子間無(wú)相互作用力。被吸附分子間無(wú)相互作用力。(4)吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。固固體體的的總總表表面面積積表表面面積積已已被被吸吸附附質(zhì)質(zhì)覆覆蓋蓋的的固固體體bpbp1若以若以m代表單分子層飽和吸附時(shí)的吸附量，代表單分子層飽和吸附時(shí)的吸附量，代代表壓力為表壓力為p時(shí)的實(shí)際吸附量，則

38、時(shí)的實(shí)際吸附量，則 = /m壓力很低時(shí)，壓力很低時(shí)，bp 1，=m不隨壓力變化，吸附達(dá)到飽和。不隨壓力變化，吸附達(dá)到飽和。壓力中等或適中，壓力中等或適中，=mbpn與與p呈曲線關(guān)系。呈曲線關(guān)系。由飽和吸附量可以計(jì)算固體的比表面積。若每個(gè)分子的橫由飽和吸附量可以計(jì)算固體的比表面積。若每個(gè)分子的橫截面積為截面積為A，則比表面，則比表面s(m2/g)=mNAA/Wbpbpm1pab五、多分子層吸附理論五、多分子層吸附理論BET公式公式基本假設(shè)：基本假設(shè)：(1)固體表面是均勻的。固體表面是均勻的。(2)吸附靠分子間力，吸附可以是多分子層的。吸附靠分子間力，吸附可以是多分子層的。(3)被吸附的氣體分子間

39、無(wú)相互作用力。被吸附的氣體分子間無(wú)相互作用力。(4)吸附與脫附建立起動(dòng)態(tài)平衡。吸附與脫附建立起動(dòng)態(tài)平衡。多分子層吸附示意圖多分子層吸附示意圖一、吸附特點(diǎn)一、吸附特點(diǎn)由于吸附質(zhì)分子在溶液中的擴(kuò)散速度慢，溶液中的吸附速由于吸附質(zhì)分子在溶液中的擴(kuò)散速度慢，溶液中的吸附速度一般比氣體吸附速度慢得多。多孔性固體往往需要較長(zhǎng)的度一般比氣體吸附速度慢得多。多孔性固體往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能使溶液達(dá)到吸附平衡。時(shí)間才能使溶液達(dá)到吸附平衡。二、吸附量的測(cè)定二、吸附量的測(cè)定將定量的吸附劑與一定量已知濃度的溶液相混合，在一定將定量的吸附劑與一定量已知濃度的溶液相混合，在一定溫度下振搖達(dá)到平衡。澄清后，測(cè)定溶液的濃度，

40、從濃度的溫度下振搖達(dá)到平衡。澄清后，測(cè)定溶液的濃度，從濃度的變化可計(jì)算每克吸附劑所吸附溶質(zhì)的量。變化可計(jì)算每克吸附劑所吸附溶質(zhì)的量。第八節(jié)第八節(jié)固體自溶液中的吸附固體自溶液中的吸附mVccmx)(0表觀1、一定溫度和壓力下，將表面活性物質(zhì)加入溶劑中后，所產(chǎn)生、一定溫度和壓力下，將表面活性物質(zhì)加入溶劑中后，所產(chǎn)生的結(jié)果必然是（的結(jié)果必然是（）A、，正吸附，正吸附B、，負(fù)吸附，負(fù)吸附C、，正吸附，正吸附D、，負(fù)吸附，負(fù)吸附2、通常被稱為表面活性物質(zhì)的是指當(dāng)物質(zhì)加入溶劑中后（、通常被稱為表面活性物質(zhì)的是指當(dāng)物質(zhì)加入溶劑中后（）A、能降低溶液的表面張力、能降低溶液的表面張力B、能增大溶液的表面張力、能

41、增大溶液的表面張力C、不影響溶液的表面張力、不影響溶液的表面張力D、能顯著降低溶液的表面張力、能顯著降低溶液的表面張力0)(Tc0)(Tc0)(Tc0)(TcAD課堂練習(xí)課堂練習(xí)3、表面活性劑具有增溶作用的原因是（、表面活性劑具有增溶作用的原因是（）A、能降低溶液的表面張力、能降低溶液的表面張力B、具有乳化作用、具有乳化作用C、在溶液中形成膠束、在溶液中形成膠束D、具有潤(rùn)濕作用、具有潤(rùn)濕作用4、什么是表面活性劑？為什么表面活性劑具有增溶作用？什么是表面活性劑？為什么表面活性劑具有增溶作用？5、單分子層吸附理論有哪些基本假設(shè)、單分子層吸附理論有哪些基本假設(shè)？C第七章第七章重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容1、表面張力、表面吉布斯能、彎曲液面的附加壓、表面張力、表面吉布斯能、彎曲液面的附加壓力、毛細(xì)現(xiàn)象、開爾文公式。力、毛細(xì)現(xiàn)象、開爾文公式。2、表面張力和濃度的關(guān)系，溶液的表面吸附現(xiàn)象。、表面張力和濃度的關(guān)系，溶液的表面吸附現(xiàn)象。3、表面活性劑的概念及其增溶作用。、表面活性劑的概念及其增溶作用。4、單分子層吸附理論的基本假設(shè)。、單分子層吸附理論的基本假設(shè)。