表面化學(xué)復(fù)習(xí)

1、表面化學(xué)復(fù)習(xí) 若密切接觸的兩相中有一相是氣體則稱為若密切接觸的兩相中有一相是氣體則稱為 表面。自然界的物質(zhì)從在三種相態(tài)，彼此相互表面。自然界的物質(zhì)從在三種相態(tài)，彼此相互 接觸可以產(chǎn)生五種界面。接觸可以產(chǎn)生五種界面。 氣氣 液液 固固 氣氣液界面液界面 氣氣固界面固界面 液液液界面液界面 液液固界面固界面 固固固界面固界面 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1.1.3 表面張力表面張力 C D A B 將金屬絲將金屬絲AB向右移動(dòng)向右移動(dòng)dx，使肥皂膜表面積增大，使肥皂膜表面積增大 dAs = 2ldx （肥皂膜有兩個(gè)面）（肥皂膜有兩個(gè)面） 則需施加一外力則需施加一外力F對(duì)體系做功對(duì)體系做功W，即

2、，即 W=Fdx =dAS =2ldx =F / 2l 即表面張力：引起液體表面收縮的單位長度上的力，其單即表面張力：引起液體表面收縮的單位長度上的力，其單 位位 為為Nm 1。 。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1.1.4 表面功表面功 表面功：在一定的溫度和壓力下，對(duì)一定的液體來說，表面功：在一定的溫度和壓力下，對(duì)一定的液體來說， 擴(kuò)大表面所需要消耗的功。擴(kuò)大表面所需要消耗的功。 Wr=dAS 當(dāng)表面積增加時(shí)，當(dāng)表面積增加時(shí)，dAS0，W0，即環(huán)境做正功；，即環(huán)境做正功； 當(dāng)表面積減小時(shí)，當(dāng)表面積減小時(shí)，dAS0，W0，即體系做正功。，即體系做正功。 表示為使液體增加單位表面時(shí)環(huán)境所需作的可逆功，單表示為

3、使液體增加單位表面時(shí)環(huán)境所需作的可逆功，單 位為位為Jm 2 。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1.1.5 比表面自由能比表面自由能 恒溫恒壓下，可逆非體積功等于系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)變，即恒溫恒壓下，可逆非體積功等于系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)變，即 比表面自由能比表面自由能 （也稱表面吉布斯函數(shù)）：（也稱表面吉布斯函數(shù)）： 系統(tǒng)增加單位面積時(shí)所增加的吉布斯函數(shù)，單位為系統(tǒng)增加單位面積時(shí)所增加的吉布斯函數(shù)，單位為Jm 2。 。 的物理意義：的物理意義： 等溫等壓下增加單位表面積所引起的體系吉布斯自由能的等溫等壓下增加單位表面積所引起的體系吉布斯自由能的 變化，即單位表面的分子比相同數(shù)量的內(nèi)部分子多余的自由能。變化，即單位表面

4、的分子比相同數(shù)量的內(nèi)部分子多余的自由能。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 單位面積的表面功單位面積的表面功 ，單位為，單位為Jm 2。 。 =F / 2l 單位面積的表面吉布斯函數(shù)也稱比表面自由能，單位單位面積的表面吉布斯函數(shù)也稱比表面自由能，單位 為為Jm 2。 。 單位長度上的力也稱表面張力，單位為單位長度上的力也稱表面張力，單位為Nm 1。 。 表面張力，表面功和比表面自由能雖為不同的物理量，表面張力，表面功和比表面自由能雖為不同的物理量， 但數(shù)值和量綱相同，是同一事物從不同角度提出的物理量。但數(shù)值和量綱相同，是同一事物從不同角度提出的物理量。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 彎曲表面下的附加壓力 1.在平面上在平面上 剖

5、面圖 液面正面圖 研究以AB為直徑的一個(gè)環(huán)作 為邊界，由于環(huán)上每點(diǎn)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(shè)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 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 2.在凸面上在凸面上 剖 面 圖 附加壓力示意圖 研究以AB為弦長的一個(gè)球面 上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn) 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(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下的合力。 所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為 Ps ，稱為附加壓力。凸面上受 的總壓力為： Po+ Ps Po為大氣壓力， Ps為附加壓力。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 3.在凹面上在凹

6、面上 剖 面 圖 附加壓力示意圖 研究以AB為弦長的一個(gè)球 形凹面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán) 上每點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)向 上的合力。 所有的點(diǎn)產(chǎn)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。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 楊-拉普拉斯公式 1805年Young-Laplace導(dǎo)出了附加壓力與曲率半 徑之間的關(guān)系式： 特殊式（對(duì)球面）： s 2 R P 根據(jù)數(shù)學(xué)上規(guī)定，凸面的曲率半徑取正值，凹 面的曲率半徑取負(fù)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

7、的球心。 一般式： ) 11 ( 2 1 s RR P 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1.4.1 開爾文方程開爾文方程 設(shè)在某溫度設(shè)在某溫度T時(shí)，時(shí)， 平面液體所受壓力為平面液體所受壓力為 P0 其蒸氣壓為其蒸氣壓為 P0 球形液滴所受蒸氣壓力球形液滴所受蒸氣壓力 P= Pr = P0 P （ （P為附加壓力）為附加壓力） 外壓對(duì)蒸氣壓的影響，可以得到外壓對(duì)蒸氣壓的影響，可以得到 ： P0+P PP0 = P = 2/r Vl=Vm=M/（M為液體的摩爾質(zhì)量，為液體的摩爾質(zhì)量，為液體密度）為液體密度） r V r M P P RT m 22 0 ln 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1. 內(nèi)聚功內(nèi)聚功(work of cohe

8、sion) 等溫、等壓條件下，兩個(gè)單位液面可逆聚合等溫、等壓條件下，兩個(gè)單位液面可逆聚合 為液柱所作的最大功稱為內(nèi)聚功，是液體本身結(jié)為液柱所作的最大功稱為內(nèi)聚功，是液體本身結(jié) 合牢固程度的一種量度。合牢固程度的一種量度。 內(nèi)聚時(shí)兩個(gè)單位液面消失，所以，內(nèi)聚功在內(nèi)聚時(shí)兩個(gè)單位液面消失，所以，內(nèi)聚功在 數(shù)值上等于該變化過程表面自由能變化值的負(fù)值。數(shù)值上等于該變化過程表面自由能變化值的負(fù)值。 cg-l (02)WG 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 液體的鋪展液體的鋪展(spreading) 一種液體能否在另一種不互溶的液體上鋪展，一種液體能否在另一種不互溶的液體上鋪展， 取決于兩種液體本身的表面張力和兩

9、種液體之間取決于兩種液體本身的表面張力和兩種液體之間 的界面張力。的界面張力。 一般說，鋪展后，表面自由能下降，則這種一般說，鋪展后，表面自由能下降，則這種 鋪展是自發(fā)的。鋪展是自發(fā)的。 大多數(shù)表面自由能較低的有機(jī)物可以在表面大多數(shù)表面自由能較低的有機(jī)物可以在表面 自由能較高的水面上鋪展。自由能較高的水面上鋪展。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1 2 1,g 1,2 2,g 在三相接界點(diǎn)處，在三相接界點(diǎn)處， 和和 的作用的作用 力企圖維持液體力企圖維持液體1不鋪展；不鋪展； 1,g1,2 設(shè)液體設(shè)液體1和和2的表面張力和界面張的表面張力和界面張 力分別為力分別為 ， 和和1,22,g1,g 而而 的作用是使液

10、體鋪展，如果的作用是使液體鋪展，如果 ，則液體，則液體1 1 能在液體能在液體2 2上鋪展。上鋪展。 2,g 1,g+2,g 1,2 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1. 潤濕的三種類型：潤濕的三種類型： ( (有關(guān)界面均取單位面積有關(guān)界面均取單位面積) ) （1 1）沾濕：氣）沾濕：氣- -固界面和氣固界面和氣- -液界面被液液界面被液- -固界面所取代的過程。固界面所取代的過程。 沾濕過程的吉布斯函數(shù)變?yōu)椋赫礉襁^程的吉布斯函數(shù)變?yōu)椋?沾濕功沾濕功Wa：將單位面積已沾濕的液固界面再拉開所需要的最：將單位面積已沾濕的液固界面再拉開所需要的最 小功。小功。 當(dāng)當(dāng)Ga0，沾濕為自發(fā)過程。，沾濕為自發(fā)過程。 表面化學(xué)

11、復(fù)習(xí) （2）浸濕：固體浸入液體時(shí)氣）浸濕：固體浸入液體時(shí)氣-固界面完全被液固界面完全被液-固界面所固界面所 取代的過程。取代的過程。 浸濕功浸濕功Wi：將單位面積已浸濕的液：將單位面積已浸濕的液-固界面再分開形成氣固界面再分開形成氣-固固 界面，所需的最小功。界面，所需的最小功。 當(dāng)當(dāng)Gi0時(shí)，浸濕為自發(fā)過程。時(shí)，浸濕為自發(fā)過程。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) （3）鋪展：少量液體在光滑固（或液）表面展開成薄膜）鋪展：少量液體在光滑固（或液）表面展開成薄膜 的過程。的過程。 鋪展系數(shù)鋪展系數(shù) 自發(fā)鋪展的條件是自發(fā)鋪展的條件是: 表面化學(xué)復(fù)習(xí) P (l/g) O (s/g) M (s/l) N O 接觸角（潤濕

12、角）接觸角（潤濕角） 由接觸點(diǎn)由接觸點(diǎn)O沿液沿液-氣界面作的切線氣界面作的切線OP與固與固-液界面液界面ON間的夾間的夾 角角 稱為接觸角或叫潤濕角。稱為接觸角或叫潤濕角。 當(dāng)液體對(duì)固體潤濕達(dá)平衡時(shí)，則在當(dāng)液體對(duì)固體潤濕達(dá)平衡時(shí)，則在O點(diǎn)處必有：點(diǎn)處必有： 此式稱為楊氏此式稱為楊氏(Young)方程。方程。 (s/g)(s/l)(l/g)co -1)s(4 2. Young方程和接觸角方程和接觸角 表面化學(xué)復(fù)習(xí) Young方程方程 （1）完全潤濕：）完全潤濕： 時(shí)，時(shí)，Young方程不成立，但液體仍然可方程不成立，但液體仍然可 以在固體表面完全鋪展開來；以在固體表面完全鋪展開來； cos1,0

13、 s gs ll g 時(shí)，。 s gs ll g （2）潤濕：潤濕： 固體能為液體所潤濕；固體能為液體所潤濕； 0 1cos0,90 s gs ll g 時(shí)， cos (4-2) s gs l l g 表面化學(xué)復(fù)習(xí) Young方程方程 （3）不潤濕：）不潤濕： 固體不能為液體所潤濕；固體不能為液體所潤濕； cos0,90180 s gs l 時(shí)，。 cos (4-2) s gs l l g 表面化學(xué)復(fù)習(xí) -g界面界面 -g界面界面 界面界面 4. 黏附功和內(nèi)聚能黏附功和內(nèi)聚能 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 如果液柱的上端為液體如果液柱的上端為液體，下端為不相溶的液體，下端為不相溶的液體 (或固體或固體)，則拉

14、開后原來的界面，則拉開后原來的界面不再存在，而出現(xiàn)了兩不再存在，而出現(xiàn)了兩 個(gè)新的表面?zhèn)€新的表面和和 。這時(shí)所消耗的功叫黏附功。其表達(dá)式為。這時(shí)所消耗的功叫黏附功。其表達(dá)式為 W黏附 黏附是將結(jié)合在一起的兩相分離成獨(dú)立的兩相外界所做的功， 是將結(jié)合在一起的兩相分離成獨(dú)立的兩相外界所做的功， 稱作黏附功。稱作黏附功。 W 黏附 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 若將均相物質(zhì)分離成兩部分，產(chǎn)生兩個(gè)新界面，則前面若將均相物質(zhì)分離成兩部分，產(chǎn)生兩個(gè)新界面，則前面 式中，式中，=，=0。則：。則： 這里這里W內(nèi)聚 內(nèi)聚稱作內(nèi)聚功或內(nèi)聚能，物體的內(nèi)聚能越大， 稱作內(nèi)聚功或內(nèi)聚能，物體的內(nèi)聚能越大， 將其分離產(chǎn)生新表面所需的功

15、也越大。將其分離產(chǎn)生新表面所需的功也越大。 2 W 內(nèi)聚 表面化學(xué)復(fù)習(xí) W黏附 黏附，表征不同液體或液體與固體間的吸引強(qiáng)度。 ，表征不同液體或液體與固體間的吸引強(qiáng)度。 W 黏附 2 W 內(nèi)聚 W內(nèi)聚功 內(nèi)聚功，表征相同液體間的吸引強(qiáng)度。 ，表征相同液體間的吸引強(qiáng)度。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 5. Young-Dupre公式公式 Young方程：方程： SG = SL + LG cos (1) (1) 若將潤濕現(xiàn)象與黏附功結(jié)合起來考慮。對(duì)固若將潤濕現(xiàn)象與黏附功結(jié)合起來考慮。對(duì)固-液界面，有：液界面，有： WSL = S + LG SL (2) 式式(1)中中 SG和式和式(2)中中 S是有區(qū)別的。嚴(yán)格地講

16、，是有區(qū)別的。嚴(yán)格地講， S是固體處在真空中是固體處在真空中 的表面張力，的表面張力， SG則是固體表面為液體蒸汽飽和時(shí)的表面張力。則是固體表面為液體蒸汽飽和時(shí)的表面張力。 一般有一般有 S SG = （3） 稱為擴(kuò)展壓稱為擴(kuò)展壓(spreading pressure)。 在氣在氣-液液-固三相系統(tǒng)中，固固三相系統(tǒng)中，固-氣，液氣，液-氣均達(dá)到平衡，即固、液表面都吸氣均達(dá)到平衡，即固、液表面都吸 附了氣體，因此式附了氣體，因此式(2)寫成：寫成： WSL = SG + LG SL (4) 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 與與Young方程（方程（1）結(jié)合可得：）結(jié)合可得： WSL = LG (1+cos ) (

17、5) 上式稱為上式稱為Young-Dupre方程，它將固方程，它將固-液之間的黏附功與接觸角聯(lián)系起來。液之間的黏附功與接觸角聯(lián)系起來。 在式在式(5)中，如果中，如果 =0 ，則，則 WSL = 2 LG 即黏附功等于液體的內(nèi)聚功，固即黏附功等于液體的內(nèi)聚功，固-液分子間的吸引力等于液體分子與液體液分子間的吸引力等于液體分子與液體 分子的吸引力，因此固體被液體完全潤濕。分子的吸引力，因此固體被液體完全潤濕。 當(dāng)當(dāng) =180 ， WSL = 0 即液即液-固分子之間沒有吸引力，分開固固分子之間沒有吸引力，分開固-液界面不需作功。此時(shí)固體完全不液界面不需作功。此時(shí)固體完全不 為液體潤濕。為液體潤濕

18、。 實(shí)際上，固實(shí)際上，固-液之間多少總存在吸引力，接觸角液之間多少總存在吸引力，接觸角 在在0 -180 之間。之間。 接觸角越小，黏附功越大，潤濕性越好。接觸角越小，黏附功越大，潤濕性越好。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 類型類型1：溶液表面張力隨溶液濃度增加而線性：溶液表面張力隨溶液濃度增加而線性 增大。多數(shù)無機(jī)鹽。（如增大。多數(shù)無機(jī)鹽。（如 NaCl，NH4Cl）、）、 酸、堿及蔗糖、甘露醇等多羥基有機(jī)物的水酸、堿及蔗糖、甘露醇等多羥基有機(jī)物的水 溶液屬于這一類型。這類物質(zhì)常稱為溶液屬于這一類型。這類物質(zhì)常稱為“非表非表 面活性物質(zhì)面活性物質(zhì)”。 類型類型2：溶液表面張力隨溶液濃度增加而逐漸：溶液表面張

19、力隨溶液濃度增加而逐漸 降低。這種類型的例子包括大多數(shù)低分子量降低。這種類型的例子包括大多數(shù)低分子量 的極性有機(jī)物。如醇、醛、酸、酯、胺及其的極性有機(jī)物。如醇、醛、酸、酯、胺及其 衍生物。由于水溶性有機(jī)化含物一般含有一衍生物。由于水溶性有機(jī)化含物一般含有一 個(gè)極性基（如個(gè)極性基（如 OH 基或基或 COOH 基）和一個(gè)基）和一個(gè) 非極性碳?xì)浠鶊F(tuán)。這類分子傾向于聚集在表非極性碳?xì)浠鶊F(tuán)。這類分子傾向于聚集在表 面層，它們的取向是把極性部分指向體相溶面層，它們的取向是把極性部分指向體相溶 液中的極性水分子，非極性部分朝向氣相。液中的極性水分子，非極性部分朝向氣相。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 類型類型3：這種類型

20、的特點(diǎn)是：這種類型的特點(diǎn)是： 當(dāng)濃度增加時(shí)，當(dāng)濃度增加時(shí)，迅速下降迅速下降 并很快達(dá)最低點(diǎn)，此后溶液并很快達(dá)最低點(diǎn)，此后溶液 表面張力隨濃度變化很小。表面張力隨濃度變化很小。 達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)的濃度一般在達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)的濃度一般在 1%以下。在水中加入高直以下。在水中加入高直 碳鏈的有機(jī)酸以及烷基磺酸碳鏈的有機(jī)酸以及烷基磺酸 鹽（鹽（RCOO-Na+和和R-SO3-Na+） 等屬這種類型。等屬這種類型。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 溶質(zhì)使溶劑表面張力降低的性質(zhì)溶質(zhì)使溶劑表面張力降低的性質(zhì) 稱為表面活性，具有表面活性的溶質(zhì)稱為表面活性，具有表面活性的溶質(zhì) 稱為表面活性物質(zhì)（如類型稱為表面活性物質(zhì)（如類型2和類型和類

21、型 3）。由于類型）。由于類型3表面活性物質(zhì)具有在表面活性物質(zhì)具有在 低濃度范圍內(nèi)顯著降低表面張力的特低濃度范圍內(nèi)顯著降低表面張力的特 點(diǎn)，這類物質(zhì)也稱為表面活性劑。點(diǎn)，這類物質(zhì)也稱為表面活性劑。 例如在例如在25時(shí)，在時(shí)，在 0.008moldm-3 的十二烷基硫酸鈉水溶液中，水的的十二烷基硫酸鈉水溶液中，水的 表面張力從表面張力從 0.072Nm-1 降到降到0.039Nm-1。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1 表面活性劑的基本性質(zhì)表面活性劑的基本性質(zhì) 表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有不對(duì)稱表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有不對(duì)稱 性，即由一親水基和另一憎水基（或稱親油基）性，即由一親水基和另一憎水基（或稱親

22、油基） 組成。例如棕櫚酸鈉（組成。例如棕櫚酸鈉（C15H31COONa）的結(jié)）的結(jié) 構(gòu)可分為如圖所示的親水基和憎水基部分：構(gòu)可分為如圖所示的親水基和憎水基部分： 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 2.1表面活性劑分類表面活性劑分類 表面活性劑的種類繁多，但其性質(zhì)之差異主要取決于表面活性劑的種類繁多，但其性質(zhì)之差異主要取決于 親水和親油基團(tuán)的性質(zhì)特別是親水基團(tuán)的性質(zhì)。因此通常親水和親油基團(tuán)的性質(zhì)特別是親水基團(tuán)的性質(zhì)。因此通常 采用按化學(xué)結(jié)構(gòu)的分類方法將其分為離子型和非離子型兩采用按化學(xué)結(jié)構(gòu)的分類方法將其分為離子型和非離子型兩 大類，離子型中又可分為陽離子型、陰離子型和兩性型表大類，離子型中又可分為陽離子型、陰離子型

23、和兩性型表 面活性劑。顯然陽離子型和陰離子型的表面活性劑不能混面活性劑。顯然陽離子型和陰離子型的表面活性劑不能混 用，否則可能會(huì)發(fā)生沉淀而失去活性作用。用，否則可能會(huì)發(fā)生沉淀而失去活性作用。 1.離子型 2.非離子型 陽離子型 陰離子型 兩性型 表面活性劑 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 常用表面活性劑類型常用表面活性劑類型 陰離子表面活性劑 RCOONa羧酸鹽 R-OSO3Na 硫酸酯鹽 R-SO3Na磺酸鹽 R-OPO3Na2磷酸酯鹽 l如肥皂一般是含碳如肥皂一般是含碳14141818個(gè)的個(gè)的羧酸鹽，這類表面活性劑一般羧酸鹽，這類表面活性劑一般 不適用于硬水、酸性溶液和海水。不適用于硬水、酸性溶液和海水。

24、l十二烷基硫酸鈉是硫酸酯鹽的典型代表。它具有良好的十二烷基硫酸鈉是硫酸酯鹽的典型代表。它具有良好的 乳化和起泡性能。乳化和起泡性能。 l磺酸鹽類表面活性劑主要有：烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸磺酸鹽類表面活性劑主要有：烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸 鹽、烷基萘磺酸鹽。鹽、烷基萘磺酸鹽。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 陽離子表面活性劑 R-NH2HCl伯胺鹽 CH3 | R-N-HCl仲胺鹽 | H CH3 | R-N-HCl叔胺鹽 | CH3 CH3 | R-N+-CH3Cl-季胺鹽 | CH3 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 兩性表面活性劑 R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸氨基酸 型型 CH3 | R-N+-CH2COO-甜菜堿型甜菜

25、堿型 | CH3 表面化學(xué)復(fù)習(xí) R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 非離子表面活性劑 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺聚氧乙烯烷基胺 R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺 R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型多元醇型 R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 2. 臨界膠束濃度臨界膠束濃度 臨界膠束濃度是表面活性劑的重要特性參數(shù)，臨界膠束濃度是表面活性劑的重要特性參數(shù)， 它可以作為表面活性劑性能的一種量度。它可以作為表面活性劑性能的一種量度。CMC越小，越小， 此種表面活性劑

26、形成膠團(tuán)所需濃度越低，為改變體此種表面活性劑形成膠團(tuán)所需濃度越低，為改變體 系表面（界面）性質(zhì)，起到潤濕、乳化、起泡、增系表面（界面）性質(zhì)，起到潤濕、乳化、起泡、增 溶等作用所需的濃度也越低。也就是說，臨界膠束溶等作用所需的濃度也越低。也就是說，臨界膠束 濃度越低，表面活性劑的應(yīng)用效率越高。濃度越低，表面活性劑的應(yīng)用效率越高。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 溶液的表面張力降至最低值，溶液中的表面活性溶液的表面張力降至最低值，溶液中的表面活性 劑會(huì)從單體（單個(gè)離子或分子）締合成為膠態(tài)聚集物，劑會(huì)從單體（單個(gè)離子或分子）締合成為膠態(tài)聚集物， 即形成膠團(tuán)。表面活性劑中開始大量形成膠團(tuán)的濃度即形成膠團(tuán)。表面活性劑中開

27、始大量形成膠團(tuán)的濃度 叫臨界膠束濃度（叫臨界膠束濃度（ CMC, critical micelle concentration）。）。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 4 膜分離膜分離 膜分離：以膜為分離介質(zhì)、借助膜兩側(cè)的能量差膜分離：以膜為分離介質(zhì)、借助膜兩側(cè)的能量差(如壓力差、如壓力差、 濃度差、電位差，溫度差等濃度差、電位差，溫度差等)為推動(dòng)力，將待分離組分從流體為推動(dòng)力，將待分離組分從流體 主體中分離出來的過程。主體中分離出來的過程。 物質(zhì)透過膜的主要三種方式：物質(zhì)透過膜的主要三種方式： 被動(dòng)傳遞被動(dòng)傳遞 促進(jìn)傳遞促進(jìn)傳遞 主動(dòng)傳遞主動(dòng)傳遞 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 被動(dòng)傳遞：物質(zhì)由高化學(xué)位相向低化學(xué)位相傳遞，這一

28、化被動(dòng)傳遞：物質(zhì)由高化學(xué)位相向低化學(xué)位相傳遞，這一化 學(xué)位的差就是膜分離過程的推動(dòng)力。學(xué)位的差就是膜分離過程的推動(dòng)力。 A A A A AA 被動(dòng)傳遞被動(dòng)傳遞 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 促進(jìn)傳遞：膜內(nèi)有載體，在高化學(xué)位一側(cè)，載體同被促進(jìn)傳遞：膜內(nèi)有載體，在高化學(xué)位一側(cè)，載體同被 傳遞的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而在低化學(xué)位一側(cè)又將被傳遞的傳遞的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而在低化學(xué)位一側(cè)又將被傳遞的 物質(zhì)釋放，這種傳遞過程有很高的選擇性。物質(zhì)釋放，這種傳遞過程有很高的選擇性。 AA A+BAB A AB A+B A A A 促進(jìn)傳遞促進(jìn)傳遞 B AB 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 主動(dòng)傳遞：膜中的載體同被傳遞物質(zhì)在低化學(xué)位側(cè)發(fā)生主動(dòng)傳遞：膜中的載

29、體同被傳遞物質(zhì)在低化學(xué)位側(cè)發(fā)生 反應(yīng)并釋放能量，使被傳遞物質(zhì)由低化學(xué)位一側(cè)被傳遞到反應(yīng)并釋放能量，使被傳遞物質(zhì)由低化學(xué)位一側(cè)被傳遞到 高化學(xué)位一側(cè)，物質(zhì)的傳遞方向?yàn)槟婊瘜W(xué)位梯度方向。高化學(xué)位一側(cè)，物質(zhì)的傳遞方向?yàn)槟婊瘜W(xué)位梯度方向。 AA A+BAB A AB A+B A A A 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 主動(dòng)傳遞主動(dòng)傳遞 B AB 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： v過程無相變過程無相變( (滲透蒸發(fā)膜除外滲透蒸發(fā)膜除外) )，節(jié)能；，節(jié)能； v可在室溫或低溫下操作，尤其適用于對(duì)高溫敏感的物質(zhì)可在室溫或低溫下操作，尤其適用于對(duì)高溫敏感的物質(zhì)( (如如 生化試劑生化試劑) )； v裝置簡單，操作容易，應(yīng)用范圍

30、廣裝置簡單，操作容易，應(yīng)用范圍廣( (無機(jī)、有機(jī)、生物制品無機(jī)、有機(jī)、生物制品) )。 5 膜分離的特點(diǎn)膜分離的特點(diǎn) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： v清洗：在操作中膜面會(huì)發(fā)生污染，使膜性能降低，故有必清洗：在操作中膜面會(huì)發(fā)生污染，使膜性能降低，故有必 要采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法；要采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法； v使用范圍受限：膜的耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限；使用范圍受限：膜的耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限； v分離效果有限：單獨(dú)采用膜分離技術(shù)效果有限。分離效果有限：單獨(dú)采用膜分離技術(shù)效果有限。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 微濾微濾 超濾超濾 納濾納濾 反滲透反滲透 懸浮懸浮 粒子粒子大分子大分子 小小 分分

31、子子 二二 價(jià)價(jià) 離離 子子 一一 價(jià)價(jià) 離離 子子 水水 微濾、超濾、納濾、反滲透對(duì)物質(zhì)的截留微濾、超濾、納濾、反滲透對(duì)物質(zhì)的截留 壓力驅(qū)動(dòng)膜對(duì)物質(zhì)的截留壓力驅(qū)動(dòng)膜對(duì)物質(zhì)的截留 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 電滲析的基本原理電滲析的基本原理 溶液中的離子在電位差的推動(dòng)下，通過荷電膜而同其他溶液中的離子在電位差的推動(dòng)下，通過荷電膜而同其他 不帶電的組分分開。不帶電的組分分開。 陽膜：帶負(fù)電的陽離子傳遞膜陽膜：帶負(fù)電的陽離子傳遞膜 陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜 + 固定離固定離 子子 Cl- Na+ - 正極正極 陰離子交換膜陰離子交換膜 負(fù)極負(fù)極 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 8 其他驅(qū)動(dòng)膜其他驅(qū)動(dòng)膜

32、 （1）透析膜）透析膜 v透析透析(Dialysis，DS)基于分子大小，分子構(gòu)象與電荷，以基于分子大小，分子構(gòu)象與電荷，以 濃度遞度為驅(qū)動(dòng)力，通過水和小分子物質(zhì)擴(kuò)散達(dá)到分離濃濃度遞度為驅(qū)動(dòng)力，通過水和小分子物質(zhì)擴(kuò)散達(dá)到分離濃 縮的目的。縮的目的。 v透析是采用半透膜作為濾膜，使試樣中的小分子經(jīng)擴(kuò)散透析是采用半透膜作為濾膜，使試樣中的小分子經(jīng)擴(kuò)散 作用不斷透出膜外，而大分子不能透過，被保留在膜內(nèi)，作用不斷透出膜外，而大分子不能透過，被保留在膜內(nèi)， 直到膜兩邊達(dá)到平衡。直到膜兩邊達(dá)到平衡。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) dialysis 表面化學(xué)復(fù)習(xí) v電暈放電處理電暈放電處理 v火焰處理與熱處理火焰處理與熱處

33、理 v高分子材料的表面金屬化高分子材料的表面金屬化 v離子注入表面改性技術(shù)離子注入表面改性技術(shù) v難黏高分子材料的化學(xué)改性難黏高分子材料的化學(xué)改性 v光化學(xué)改性光化學(xué)改性 v等離子體表面改性等離子體表面改性 v表面接枝共聚表面接枝共聚 材料表面改性的方法材料表面改性的方法 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 1 電暈放電處理電暈放電處理 電暈放電處理電暈放電處理(又稱電火花處理又稱電火花處理)是將是將2100千伏、千伏、2 10千赫的高頻高壓施加于放電電極上，以產(chǎn)生大量的等離子千赫的高頻高壓施加于放電電極上，以產(chǎn)生大量的等離子 氣體及臭氧，其與高分子材料表面分子直接或間接作用，使氣體及臭氧，其與高分子材料表面分子直

34、接或間接作用，使 高分子材料表面分子鏈上產(chǎn)生羰基和含氮基團(tuán)等極性基團(tuán)，高分子材料表面分子鏈上產(chǎn)生羰基和含氮基團(tuán)等極性基團(tuán)， 表面張力明顯提高，而強(qiáng)烈的離子沖擊會(huì)使高分子材料表面表面張力明顯提高，而強(qiáng)烈的離子沖擊會(huì)使高分子材料表面 粗化、去油污、水氣和塵垢等這些作用協(xié)同作用的結(jié)果導(dǎo)致粗化、去油污、水氣和塵垢等這些作用協(xié)同作用的結(jié)果導(dǎo)致 高分子材料表面的黏附性明顯改善，實(shí)現(xiàn)高分子材料表面預(yù)高分子材料表面的黏附性明顯改善，實(shí)現(xiàn)高分子材料表面預(yù) 處理的目的。處理的目的。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 2 火焰處理與熱處理火焰處理與熱處理 v所謂火焰處理就是采用一定配比的混合氣體，在特別的燈所謂火焰處理就是采用一定配比

35、的混合氣體，在特別的燈 頭上燒，使其火焰與高分子材料表面直接接觸的一種表面頭上燒，使其火焰與高分子材料表面直接接觸的一種表面 處理方法。處理方法。 v火焰中含有處于激發(fā)態(tài)的火焰中含有處于激發(fā)態(tài)的O、NO、OH和和NH等，這些基等，這些基 團(tuán)能從高分子材料表面把氫抽取出來，隨后按自由基機(jī)理團(tuán)能從高分子材料表面把氫抽取出來，隨后按自由基機(jī)理 進(jìn)行表面氧化，形成很薄的氧化層，使高分子材料表面產(chǎn)進(jìn)行表面氧化，形成很薄的氧化層，使高分子材料表面產(chǎn) 生羥基、羰基、羧基等含氧基團(tuán)和不飽和雙鍵，甚至發(fā)生生羥基、羰基、羧基等含氧基團(tuán)和不飽和雙鍵，甚至發(fā)生 斷鏈反應(yīng)，消除弱的邊界層，使材料的潤濕性和黏接性改斷鏈反

36、應(yīng)，消除弱的邊界層，使材料的潤濕性和黏接性改 善。善。 v一般情況下，火焰處理時(shí)，將高分子材料加熱到稍低于熱一般情況下，火焰處理時(shí)，將高分子材料加熱到稍低于熱 變形溫度，并保持一定時(shí)間即可（一般為變形溫度，并保持一定時(shí)間即可（一般為0.010.1s）。）。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 熱處理是將高分子材料暴露在約熱處理是將高分子材料暴露在約500熱空氣中。熱空氣中。 熱處理一般有三個(gè)方面的作用。熱處理一般有三個(gè)方面的作用。 v一是使材料表面吸附的物質(zhì)解吸附，提高材料表面能一是使材料表面吸附的物質(zhì)解吸附，提高材料表面能; v二是使材料表面氧化產(chǎn)生極性基團(tuán)二是使材料表面氧化產(chǎn)生極性基團(tuán); v三是誘導(dǎo)材料結(jié)晶使材

37、料表面粗糙化。聚乙烯經(jīng)熱空氣處三是誘導(dǎo)材料結(jié)晶使材料表面粗糙化。聚乙烯經(jīng)熱空氣處 理后，表面上被引進(jìn)羰基、羧基和某些胺基，也生成某些烴理后，表面上被引進(jìn)羰基、羧基和某些胺基，也生成某些烴 類的過氧化物，從而獲得可潤濕性和黏結(jié)性。類的過氧化物，從而獲得可潤濕性和黏結(jié)性。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 3 高分子材料的表面金屬化高分子材料的表面金屬化 v隨著高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，人們對(duì)高分子材料隨著高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，人們對(duì)高分子材料 的要求也越來越高。在家電、汽車等行業(yè)的應(yīng)用中人們對(duì)的要求也越來越高。在家電、汽車等行業(yè)的應(yīng)用中人們對(duì) 高分子材料的美觀性和功能性提出了更高的要求，滿足這高分子材料

38、的美觀性和功能性提出了更高的要求，滿足這 些要求的重要手段之一就是將高分子材料的表面加以金屬些要求的重要手段之一就是將高分子材料的表面加以金屬 化?；?。 v高分子材料的表面金屬化是利用物理或化學(xué)手段使高分子高分子材料的表面金屬化是利用物理或化學(xué)手段使高分子 材料表面性質(zhì)發(fā)生變化，以賦予高分子材料特殊的外觀或材料表面性質(zhì)發(fā)生變化，以賦予高分子材料特殊的外觀或 某些特性，如電磁、光學(xué)、光電子學(xué)及熱學(xué)等與表層相關(guān)某些特性，如電磁、光學(xué)、光電子學(xué)及熱學(xué)等與表層相關(guān) 的功能特性。的功能特性。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) 4 離子注入表面改性技術(shù)離子注入表面改性技術(shù) v離子注入離子注入(Ion implantation

39、)就是將工件放在離子注入機(jī)的就是將工件放在離子注入機(jī)的 真空靶室中，在幾十至幾百千伏的電壓下，把所需元素離真空靶室中，在幾十至幾百千伏的電壓下，把所需元素離 子注入到工件表面，形成一層在組織和結(jié)構(gòu)上都不同于底子注入到工件表面，形成一層在組織和結(jié)構(gòu)上都不同于底 材的注入層，從而改善材料性能。材的注入層，從而改善材料性能。 表面化學(xué)復(fù)習(xí) （一）含氟高分子材料（一）含氟高分子材料 v含氟高分子材料，如聚四氟乙烯（含氟高分子材料，如聚四氟乙烯（PTFF），氟化乙烯），氟化乙烯-丙丙 烯共聚物（烯共聚物（FEP）和聚三氟乙烯（）和聚三氟乙烯（PCTFE）等，具有優(yōu)良）等，具有優(yōu)良 的耐熱性，、電絕緣性的耐熱性，、電絕緣性 、極低的動(dòng)摩擦系數(shù)、極低的動(dòng)摩擦系數(shù) 、不易燃燒、不易燃燒、 耐化學(xué)腐蝕等性能、以及抗水氣的穿透性能，聚四氟乙烯