材料表面與界面課件：第六章 固液界面（第一章）

1、2022-3-13第六章 固液界面1第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面2潤濕（wetting）現(xiàn)象: 水在清潔玻璃表面上鋪展開潤濕 葉片上的水珠，玻璃上的水銀珠不潤濕固液界面的產(chǎn)生： 暴露在空氣中的固體會吸附氣體，此時再與液體接觸，若所吸附的氣 體被排開，則此時產(chǎn)生固液界面潤濕作用： 用液體取代空氣，將固氣表面接觸代之以固液界面接觸的過程。液體在什么條件下可潤濕固體？潤濕的判據(jù)？固體和液體間的潤濕性質(zhì)可以改變嗎？怎樣改變？第六章 固液界面6.1 潤濕過程的能量 潤濕過程可分為三類： 粘濕（粘附潤濕adhesion wetting） 浸濕 (immersion wetting)

2、鋪展 (spreading wetting)2022-3-13第六章 固液界面36.1.1 粘濕第六章 固液界面概念：變液氣界面及固氣界面為固液界面的過程 能量： G = sl sg lg， 令： Wa = - G Wa為粘附功 則： Wa = lg +sg sl ， 恒溫條件下，Wa0（或G0）是發(fā)生粘 濕的條件。 Wa越大，體系越穩(wěn)定，固液界面結(jié)合得越牢。 任何使sl減小的作用因素都可增大發(fā)生粘濕的傾向 并增加粘附的牢度。2022-3-13第六章 固液界面46.1.2 浸濕概念：固體浸入液體，固氣表面為固液界面 所代替的過程。 能量： Wi = -G = sg sl Wi：浸潤功。其大小可

3、以反映液體在固 體表面上取代氣體的能力。第六章 固液界面6.1.3 鋪展 能量： S = -G =sg-sl-lg S： 鋪展系數(shù) 恒溫恒壓條件下，S0時，液體可以在 固體表面上自動展開。 由于浸潤功 Wi=sg-sl 所 以 S = Wi-lg 要 S 0，則必須要浸潤功 Wi lg2022-3-13第六章 固液界面56.1.4 潤濕過程的比較 粘濕 Wa = sg-sl+lg0 浸濕 Wi = sg-sl 0 鋪展 S = sg-sl -lg0 對一個體系而言： Wa（粘附功） Wi（粘附張力或浸潤功） S(鋪展系數(shù)) 若S0,則Wi和Wa必大于0，即凡能鋪展的必定能浸潤與粘濕，但能浸濕

4、與粘濕的不一定能鋪展。通常用S作為系統(tǒng)潤濕程度的指標(biāo)。 上列三個過程都涉及粘附張力（浸潤功）Wi = A = sg-sl 顯然sg越大，sl越小，差值越大，越有利于潤濕 lg對三種潤濕貢獻(xiàn)不同： 對粘濕，lg大有利 對浸濕，lg不起作用 對鋪展，lg小有利第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面66.2 潤濕接觸角和Young方程6.2.1 潤濕接觸角和Young方程 將液體滴于固體表面上，液體或鋪展而覆蓋固體表面,或形成一液 滴停于其上。 當(dāng)液滴滴到固體表面上時，所形成的形狀用接觸角來描述。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面7接觸角： 在固液氣三相交界線上任意點O的

5、 液體的表面張力lg 與液固界面張 力sl間的夾角。 平衡時三相點處各界面張力sg lg sl一般服從 Young方程： 或 （1805） 其中l(wèi)g sl力圖使液滴收縮，sg力圖使液滴展開 Young Young方程或潤濕方程方程或潤濕方程，是研究是研究s-ls-l潤濕的基礎(chǔ)潤濕的基礎(chǔ) lgcosslsgcoslgslsg第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面86.2.2 潤濕性好壞的判據(jù) = 0 鋪展（完全濕潤）(cos=1；sg=lg+sl)， =180 完全不濕潤，液體在固體表面凝集成小球 0 90 潤濕，且越小，潤濕性越好 90 金屬 鹽類 塑料 荷葉 等 潤濕性 減小 表

6、面能 降低 固體的表面能越高，越容易發(fā)生潤濕作用。 西斯曼（zisman）把固體分為兩大類： 凡表面能高于100mN/m(mJ/m2)的固體叫高表面能固體，其表面也叫高 能表面。 凡表面能低于100mN/m(mJ/m2)的固體叫低表面能固體，其表面也叫 低能表面。 有機(jī)固體大都屬低表面能固體，表面能與一般液體相仿，甚至更低； 無機(jī)固體大都屬高表面能固體，常見的金屬及其氧化物，鹵化物及各 種無機(jī)鹽的表面能級在5005000的范圍。 第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面246.4.1 低能表面的潤濕性質(zhì) 同系列液體對同一低能表面的接觸角，隨液體表面張力降低而減小，即 cos隨減小而增

7、大。 第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面25 將直線外延到cos=1處，相應(yīng)的液體表面張力值指示此液體系列中表面張力大于此值者皆不能在此固體上自行鋪展，只有同系物中表面張力小于此值的液體方可在該固體上自動鋪展。 當(dāng)cos1時的lg即為該固體的臨界表面張力c。 臨界表面張力的物理意義： 表面張力小于某固體c的液體才能在該固體上鋪展。 第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面26第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面276.4.2 高能表面上的自憎現(xiàn)象 一些低表面張力液體，在金屬、氧化物等高能表面上不能自動鋪展，而 形成具有相當(dāng)大接觸角液滴的現(xiàn)象。 原因：兩親

8、分子以親水基固定于高能固體表面，形成疏水基向外的單分 子層吸附膜，高能表面變成了低能表面。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面286.4.3 表面活性劑對潤濕性的影響 潤濕劑：加入SAa提高液體的潤濕能力 固體表面改性劑：通過表面活性劑在固體上的吸附改變固體表面性質(zhì)A：高能變低能表面（吸附層） B：疏水變親水第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面296.5 潤濕的應(yīng)用第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面30第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面31第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面32第六章 固液界面2022-3-13第六章

9、固液界面33第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面34第六章 固液界面透濕防水織物介紹2022-3-13第六章 固液界面35第六章 固液界面6.6 6.6 固液界面的吸附作用固液界面的吸附作用 當(dāng)液體與固體表面接觸時，由于固體表面分子對液體的作用力大于液體分子間的作用 ，液體分子將向固液界面密集（變濃），同時降低了固液界面能。這種密集作用即發(fā)生了吸附。 若液體為兩種或兩種以上物質(zhì)構(gòu)成的溶液，其各組分被固體吸附不同，因而在液相中的濃度也將發(fā)生相應(yīng)的變化，即： 它們在固液界面上的吸附量不同。 溶液吸附的應(yīng)用可追溯到幾千年前的天然纖維著色，飲料的凈化、脫色等。 現(xiàn)今更滲透在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常

10、生活的各領(lǐng)域，但至今還處于 積累數(shù)據(jù)，探索機(jī) 的階段 。理2022-3-13第六章 固液界面36第六章 固液界面6.6.1 固液界面吸附的特點 1. 吸附情況復(fù)雜 由于溶液成分多，吸附劑可吸附溶質(zhì)，也可吸附溶劑，同時還涉及 溶質(zhì)、溶劑和吸附劑三者間的相互作用。 固氣表面吸附：空白表面被吸附分子 固液界面吸附：被吸附溶質(zhì)被吸附溶劑2. 表觀吸附量 溶液吸附的吸附量大多是根據(jù)溶液中某組分在吸附平衡前后濃度的變化確定。mccVmx)(21m: 吸附劑的質(zhì)量， x: 被吸附物質(zhì)的數(shù)量 （mol或g），V: 溶液體積，C1：溶液吸附前的濃度，C2：吸附平衡時溶液的濃度。2022-3-13第六章 固液界面

11、37第六章 固液界面3. 雜質(zhì)的影響 a: 溶劑雜質(zhì)可能與溶質(zhì)濃度數(shù)量相近 b: 吸附劑的可溶性雜質(zhì)會造成影響 硅膠自干燥苯和未經(jīng)干燥的苯中吸附硝基苯所得吸附等溫線形狀完全不同2022-3-13第六章 固液界面38第六章 固液界面4. 平衡時間長，并需要采取幫助擴(kuò)散的措施 與氣相在固體上的吸附不同，液相吸附時，液體分子量較大，且存在著各種分子間相互作用，影響它們的擴(kuò)散。對于孔性固體，特別是微孔固體，欲達(dá)到平衡需很長時間，并需采用攪拌、振蕩、超聲等方法在保證不改變各組分和吸附劑的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的前提下，促進(jìn)吸附進(jìn)行，幫助擴(kuò)散。5. 液相吸附可以是物理吸附，也可為 化學(xué)吸附，一般以物理吸附居多 溶液中

12、溶劑與溶質(zhì)在固體表面吸附的難易取決于它們表面作用力的強弱。一般來說，固體表面性質(zhì)相近的組分易被吸附。 6. 溫度恒定時測平衡前后濃度變化 酸堿滴定法、比色法、色譜法、干涉儀法、分光光度法、電導(dǎo)等2022-3-13第六章 固液界面396.6.2 固體自稀溶液中的吸附吸吸 附附 平平 衡衡：被吸附溶劑溶液中溶質(zhì) = 被吸附溶質(zhì)溶液中溶劑吸附等溫線吸附等溫線： 保持溫度不變，表示吸附量與平衡 濃度之間關(guān)系的曲線稱為吸附等溫 線。 Giles研究和總結(jié)了稀溶液吸附等溫線，將其分4 類18種(圖42)，分類的主要依據(jù)是等溫線 起始段的斜率和隨后的變化。 這四類等溫線分別稱為S、L、H形和C形等溫線。第六

13、章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面40S形等溫線：特點：等溫線起始段斜率小，凸向濃度軸，表明溶劑有強烈 的競爭吸附作用。隨平衡濃度增加，吸附量有較快上升的階 段，這是由于被吸附的分子與體相溶液中溶質(zhì)分子的作用或 因少量溶質(zhì)分子吸附引起固體表面性質(zhì)的變化。L形等溫線 特點：等溫線起始段斜率大，凸向縱軸，表明溶質(zhì)比溶劑更 易吸附，在中等平衡濃度吸附量常有一趨于定值的區(qū)域。H形等溫線 表示的是溶質(zhì)在吸附劑上有強烈親和作用的吸附，如化學(xué)吸 附、離子交換和大分子的吸附。C形等溫線 的起始段為直線，表明溶質(zhì)在吸附相和體相溶液間恒定分配。 這類等溫線少見。 隨著平衡濃度增加，各類型等溫線形狀變化

14、多樣，大多可用多層吸附的發(fā)生、溶質(zhì)活度的變化、吸附劑孔效應(yīng)等作定性解釋。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面411. Langmuir等溫式等溫式 設(shè)吸附層是由溶質(zhì)和溶劑分子組成的二維理想溶液，溶質(zhì)和溶劑分子 吸附在固體表面上所占面積大小一樣。 覆蓋率（溶質(zhì)）的表達(dá)式: :溶質(zhì)的吸附量，： 1 的吸附量，n2r：溶質(zhì) 被吸附的量，nr：溶質(zhì)與溶劑的吸附量之和（mol）， a2L: 溶質(zhì)在液相中的活度 b：吸附熱有關(guān)常數(shù)(均勻表面)llbabann2221 將上式變形：對稀溶液：a2l= C2(溶液的濃度) 以 對C2作圖，可求得和 b 當(dāng)用mol/g表示時，與吸附劑比表面積S的關(guān)

15、系 am：每個分子的截面積llaba221221cbcmaNS02c第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面422. Freundlich等溫式等溫式 對不均勻表面，b不是常數(shù)，在此情況下，所得等溫線為指數(shù)型等溫線 k.n均為經(jīng)驗常數(shù)，其值與溫度，吸附劑和溶質(zhì)的本性有關(guān)3. 多層吸附的多層吸附的BET二常數(shù)公式經(jīng)驗式二常數(shù)公式經(jīng)驗式 有限溶解物質(zhì)的吸附在平衡濃度接近其飽和溶液濃度時吸附量常急劇上 升，等溫線如氣體吸附的型等溫線，有多層吸附的特征。將BET 二常數(shù)公式中的p/p。換為cc0(c0為有限溶解物質(zhì)飽和溶液濃度) 常可描述這類等溫線。按此式處理得到的二常數(shù)都只有經(jīng)驗意義。nk

16、c122lg1lglgcnk 第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面436.6.3 影響自稀溶液吸附的因素 主要討論吸附劑、溶質(zhì)和溶劑的極性對吸附量的影響。 吸附劑：炭 表面極性小或非極性； 硅膠 表面極性較大 溶 劑：水 極性溶劑； 苯、甲苯 非極性溶劑 A：活性炭（active carbon） 比表面：5001500m2/g，特殊20003000m2/g 孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜（一般認(rèn)為大孔50nm，250nm中孔，丙酸乙酸甲酸 大量實驗結(jié)果證明，同系有機(jī)物在水溶液中被極性小的吸附劑吸附時，“吸附量隨著碳鏈增長而有規(guī)律地增加”。Traube規(guī)則即：非極性吸附劑總是易自極性溶劑中優(yōu)先吸 附極

17、性小的組分。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面47反反Traube規(guī)則規(guī)則: “極性吸附劑總是易自非極性溶劑中優(yōu)先吸附極性大的組分” 硅膠為極性吸附劑。硅膠自甲苯中吸附脂肪酸吸附量的順廳為：乙酸丙酸丁酸辛酸. 關(guān) 于 有 機(jī) 同 系 物 在 兩 種 典 型 吸 附 劑 活 性 炭 和 硅 膠 上 的 吸 附 行 為 ，A.W.Adamson等曾作了一系列的研究。他們指出，自溶液中吸附時，影響Traube規(guī)則的因素很多，已經(jīng)證明，同系物的吸附次序可因吸附劑性質(zhì)，吸附劑活化條件、溶液濃度或溶劑的不同而完全相反。因此根據(jù)體系的性質(zhì)預(yù)示吸附規(guī)律時，必須十分小心。第六章 固液界面2022

18、-3-13第六章 固液界面482. 影響因素 吸附劑的性質(zhì)： 表面狀態(tài)： 各種固體都有自身的表面特性，同類吸附劑由于制備條件 不同表面狀態(tài)也不同。 比表面積： 比表面積大，活性大（可供進(jìn)行吸附的位置多）。 孔 結(jié) 構(gòu)： 孔大，擴(kuò)散速度快，平衡吸附量小；孔小，擴(kuò)散速度慢， 平衡吸附量大。 溫度的影響： 原則上講，降低溫度對吸附有利，升高溫度對吸附不利.(吸附是放熱過程) 例 外：溶解度隨溫度上升而降低的物質(zhì)（非離子表面活性劑） 多孔吸附：吸附速度很慢時，升高溫度有利于擴(kuò)散。 pH值的影響 ： pH值不同將影響吸附劑表面帶電情況。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面49 溶解度和界面

19、張力的影響： 水中溶解度越大的物質(zhì)越易在硅膠上吸附。即：可以用物質(zhì)在水中 的溶度大小來衡量其在硅膠表面上吸附量的大小。 硅膠表面具有類似于水的性質(zhì)。因此可以設(shè)想，越易溶于水中的物質(zhì)，將越易為 硅膠所吸附。 與水的界面張力越低的物質(zhì)越易在硅膠表面上吸附。 溶解度與液液界面張力有密切關(guān)系。 第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面50第六章 固液界面6.6.4 混合（復(fù)合）吸附等溫線（composite adsorption isotherm） 若溶液是由組分1和組分2組成 吸附前： ，濃度以摩爾分?jǐn)?shù)表示: 吸附后: 和 分別表示1g固體表面上物質(zhì)1和物質(zhì)2的物質(zhì)的量。 和 表示溶液本體

20、相中1和2物質(zhì)的量， 則 ：吸附前后液相中2的濃度變化。 2022-3-13第六章 固液界面51第六章 固液界面由2022-3-13第六章 固液界面52第六章 固液界面 某一組分的負(fù)吸附僅僅意味著該組分在固體表面上的濃度小于溶液體相中的濃度，并非在固液界面不存在這種組分。2022-3-13第六章 固液界面53第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面54第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面556.6.5 對高分子的吸附對高分子的吸附 對可溶性高分子(主要是線性高分子，例如合成橡膠、纖維、聚乙烯)，吸附劑大多 用炭 (這與橡膠工業(yè)有關(guān))，溶劑大多是極性較大的有機(jī)溶劑。 吸附

21、大致特點如下： (1) 高分子的分子體積大，形狀可變，在良溶劑中可以舒展成帶狀，在不 良溶劑中卷曲成團(tuán)，吸附時常呈“多點吸附”，且脫附困難； (2) 由于高分子總是多分散性的(即分子量有大有小)，所以吸附時與多組 分體系中的吸附相似，即吸附時會發(fā)生分級效應(yīng)； (3) 由于分子量大，移動慢，向固體內(nèi)孔擴(kuò)散時受到阻礙，所以吸附平衡 極慢； (4) 吸附量常隨溫度升高而增加(也有相反的例子)。 第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面56高分子在固體表面上的吸附形態(tài)a 為高分子鏈的單點吸附，較易脫附， 不多見；b 為多點吸附，實為鏈段吸附；c 為平躺的多點吸附，最牢固；d 為無規(guī)線團(tuán)的吸附

22、，可認(rèn)為是高分子在溶液中的構(gòu)型，吸附層的 厚度接近于無規(guī)線團(tuán)的直徑；e 為不均勻的鏈段分布，距表面越遠(yuǎn)，鏈段密度越低； f 為多層吸附，亦不多見。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面57高分子的吸附等溫線等溫線的特點： 總體說，符合Langmuir公式，濃度低 時吸附量迅速上升，而后變得平緩并 很快達(dá)到飽和吸附。溫度對吸附量的影響：溫度升高，吸附量增加。 這表明此吸附過程是吸熱的。可以理解， 高分子吸附熵將降低，但被吸附的眾多 溶劑分子脫附時又使溶劑的熵增加，所以總熵還是增加的。這說明，在此情況下 高分子的吸附是由熵因素控制的，而不是焓（能量）因素控制的。第六章 固液界面2022

23、-3-13第六章 固液界面58高分子在非孔性固體上吸附時，飽和吸附量 與高分子的分子量M通 常有如下關(guān)系 式中K為常數(shù)，與溶劑性質(zhì)有關(guān)在不良溶劑中K值 增大； a 是與分子量和吸附狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)，常有下列幾種情況： （1） a=0, As =K，吸附與分子量無關(guān)，此時高分子的鏈段平躺在固體表面上如c。 （2） a=1，吸附量與分子量成正比，此時高分子鏈為單點吸附圖449(a)； （3） 0a nSiO32-2(n-x)Na+ 2x- xCa2+ + 2xNa+ + (m-x)Ca2+ 玻璃帶正電，而溶液一側(cè)界面帶負(fù)電第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面603. 離子吸附 固體物質(zhì)

24、在溶液中能選擇性地優(yōu)先吸附某種離子。 與組成成份性質(zhì)相似的離子，往往容易優(yōu)先吸附。4. 摩擦接觸 非導(dǎo)電固體物質(zhì)，在高速流動的流體中（包括非電離或不水解物質(zhì)的 溶液中），由于兩相接觸而產(chǎn)生電荷。介電常數(shù)較大的相荷正電。 例：苯在玻璃管中流動會使玻璃管壁帶正電而引起放電燃燒。帶電本質(zhì)：由于固體與介質(zhì)（液體）的接觸及相互作用，結(jié)果使得固體 表面電荷分布不均勻而在固液兩相間產(chǎn)生電勢差。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面616.7.2 雙電層模型雙電層模型 雙電層(double layer)：帶電的固體表面與帶反電荷的溶液所組成的物 理區(qū)域或形成電勢差的層間形式。 1. Helmhol

25、ts模型平板雙電層模型 固體表面為一個帶電層，離開固體表面一定距離的溶液是另一個帶相反 符號電荷的帶電層。 二個帶電層相互平行，整齊的排列，又叫平板雙電層模型。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面62 當(dāng)溶液的介電常數(shù)為，正負(fù)電荷間的距離為，固體表面電荷密度為（1cm2固體表面所帶電量）時，雙電層電勢差與固體表面電荷密度有 Helmholtz公式 0 為表面勢位（熱力學(xué)勢位） 若是吸附單價離子，形成一個單離子層，每個離子的面積為1032， 80， 00.1V時， 4.4 nm 這個距離以外是電中性的 4.81013e.s.u電量/ 2 4800e.s.u電量/cm2,400431

26、010108.4每個離子的面積每個離子的電量第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面632. Goug-Chapman模型要點：既考慮溶液中離子的熱運動，又考慮電引力而被拉近固體 表面，從而達(dá)到引力和熱擴(kuò)散的平衡。假定：（1）固體是平板表面，而且表面上電荷是均勻分布的 （2）把離子看成點電荷，在x方向的擴(kuò)散服從Boltzmann分布 （3）溶劑的介電常數(shù)在整個區(qū)域內(nèi)不變 （4）溶液中的電荷分布符合Poisson方程 一個帶正電的固體表面，表面電勢0，溶液中某一點的電勢為。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面643.Stern模型和電勢 1924年Stern綜合了上述兩種

27、模型中的合理部分提出如下假設(shè)： 雙電層的溶液一側(cè)由兩層組成: 第一層離子在固體表面附近，其分布情況與在溶液里不同，由于固 體表面上靜電吸引和范德華力對離子有一定的吸附作用，使被吸 附離子緊貼在固體表面，形成一個固定的吸附層，叫緊密層或 Stern層。 第二層為擴(kuò)散層，它從緊密層開始到溶液內(nèi)部。 緊密層與擴(kuò)散層間具有滑動面。緊密層與擴(kuò)散層間具有滑動面。 由于離子的溶劑化作用，當(dāng)固液兩相作相對運動時，緊密層會結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動，所以滑動面是在緊密層（Stern層）與擴(kuò)散層的界面上。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面65 帶有溶劑化層的滑動面與溶液內(nèi)部電勢為零的地方的電勢

28、差稱為 電勢。 只有在質(zhì)點移動時才能顯示出 電勢，所以又稱電動電勢。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面666.7.3 粘土微粒的雙電層與粘土微粒的雙電層與 電勢電勢粘土礦物（clay minerals） 是組成粘土巖和土壤的主要礦物。它們是一些 含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物。顆粒極細(xì)，一般小于0.01毫米。1. 粘土微粒表面電荷的產(chǎn)生Si-O-H 鍵和Al-O-H鍵 Si-O-H：SiO鍵結(jié)合力強，Si-O-H中的H+易脫落，使表面帶負(fù)電 Al-O-H：酸性條件：OH較易脫落，使表面帶正電 堿性條件：H+ 較易脫落，使表面帶負(fù)電硅氧四面體層中的Si4部分被Al3取代，鋁氧八面

29、體中的Al3部分被Mg2，Ca2取代，結(jié)果使粘土表面帶負(fù)電。HSiOSiOH22332第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面67第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面68 2. pH值對粘土電勢的影響 在粘土一水系統(tǒng)中，如果未加入電解質(zhì)，則粘土微粒雙電層中的反離子主要是H+。系統(tǒng)pH值的變化，即H+濃度的變化，將影響雙電層的厚度與電勢當(dāng)pH值變小時，即:H+濃度增大時，H+將被更多地擠進(jìn)吸附層而使雙電層變薄，電勢變小。上表的實驗值說明了這一特點。 如果在該系統(tǒng)中加入電解質(zhì)Na2SiO3或Na2CO3或Na4P207或紙漿廢液，Na+與H+便交換取代。因為Na+水化程度高

30、，容易形成水膜，使雙電層變厚，所以電勢變大結(jié)果，粘土微粒間斥力與斥力能均增大，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性與流動性增強當(dāng)然，這類電解質(zhì)加得過多，Na+便會過多地擠進(jìn)吸附層而使得雙電層變薄、 電勢減少，得到相反結(jié)果。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面696.7.4 電解質(zhì)離子在固液界面上的吸附電解質(zhì)離子在固液界面上的吸附 電解質(zhì)的吸附大致有三種情況： 1）某種離子強烈吸附構(gòu)成Stern層 2）與擴(kuò)散層中的離子的交換吸附 3）兩親大離子既可電性吸附也可因疏水作用而引起的吸附作用 1. Stern層吸附：用Langmuir等溫式描述： c：體相濃度；Z：離子價數(shù) e：單位電荷；：吸附勢能 a：吸

31、附與固體表面所帶電荷相反的離子。 b：優(yōu)先吸附與固體組成離子成難溶鹽的離子。 c：高價離子優(yōu)先吸附。 d：同價離子體積的影響。 特：離子在帶電符號相同表面的吸附： BaSO4吸附Pb 2Cu 2，因為PbSO4CuSO4（溶解度）第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面702. 離子交換（ion exchange） RM2：帶有可交換離子的固體；M1：溶液中可交換離子 常將具有離子交換能力的固體稱為離子交換劑，常具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶液在其中自由流動。例沸石中Na即可被交換。 2.1 離子交換劑分類： 陽離子交換劑陽離子交換劑，典型活性基團(tuán)：COOH，OH，SO3H 陰離子交換劑陰離子交換

32、劑，典型活性基團(tuán)：NH2，NH例：向土壤施肥時，往往會發(fā)生離子交換： 交換容量：交換容量：每100g（或1g）干交換劑能交換的離子量（mmol）為交換容量。 土壤中含有大量粘土礦物，成分為硅酸鹽。 硅酸鹽粘土礦物賦予了土壤離子交換能力。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面71Who we are: the worlds leading provider of science and health information. A global company headquartered in Amsterdam, employing more than 7,000 people in

33、 24 countries.2022-3-13第六章 固液界面726.7.5 界面動電現(xiàn)象界面動電現(xiàn)象概念：固液界面雙電層在外電場或外力的作用下產(chǎn)生相對運動的現(xiàn)象。電滲：在外電場作用下液體介質(zhì)相對于靜止的帶電表面(如多孔性物質(zhì)、 隔膜等)的運動。電泳：在外電場作用下帶電粒子和附著于粒子表面上的物質(zhì)相對于液體介 質(zhì)的運動。流動電勢：在外力作用下液體介質(zhì)相對于靜止帶電表面流動而產(chǎn)生電勢差。 由Quincke發(fā)現(xiàn)，也稱Quincke效應(yīng)。沉降電勢：在外力作用下帶電粒子相對于液體介質(zhì)運動而產(chǎn)生電勢差。由 Dorn發(fā)現(xiàn)，也稱Dorn效應(yīng)。流動電勢與沉降電勢研究較少，特別是 沉降電勢的研究方法較復(fù)雜，非常

34、規(guī)實驗室能進(jìn)行的。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面731.電滲：在外電場作用下液體介質(zhì)相對于靜止的帶電表面(如多孔性物質(zhì)、 隔膜等)的運動。 U形管下部有孔性物質(zhì)(如素瓷片)或固體粉末壓制成的多孔塞作為分散相，管中裝入液體介質(zhì)，并插入電極。在外電場作用下液體通過多孔性隔膜從管的一側(cè)向另一側(cè)運動，液面將改變一定高度h。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面74原因 :在多孔性固體和液體界面上有雙電層存在。 在外電場作用下，與表面結(jié)合不牢固的擴(kuò)散層離子向帶反號電荷的電極方向移動，與表面結(jié)合緊密的Stern層離子實際是不動的。移動的擴(kuò)散層離子因內(nèi)摩擦的原因帶動分散介質(zhì)一

35、起運動，但這種運動不是沿固液界面進(jìn)行，而是沿距表面處的滑動面進(jìn)行的。 從在平板毛細(xì)孔中液體電滲運動的穩(wěn)定條件，可得到液體運動體積速度v與電動電勢的關(guān)系方程式：上式中的量（液體粘度）、(相對介電常數(shù))、v（液體電導(dǎo)率）均可實驗測定，式中也無毛細(xì)管大小的量。I是電流強度，08.8510-12 F/m0Ivv第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面752.電泳 在外電場作用下帶電粒子和附著于粒子表面上的物質(zhì)相對于液體介質(zhì)的運動。宏觀界面移動電泳 : U形管二支管標(biāo)有刻度(長度單位)，底部有口徑與支管粗細(xì)相等的活塞。分散體系經(jīng)與u形管底部連接的漏斗中加入，注入量恰與活塞上口持平?；钊陨系闹?/p>

36、管中加入分散體系的超過濾液(輔助液)。電極在U形管上部，并浸于超過濾液中。接通電源后觀測分散體系與超過濾液界面的移動方向和速度，以確定分散相質(zhì)點帶電符號和電動電勢 。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面76顯微電泳也稱微量電泳: 是用顯微鏡直接觀測在外電場作用下單個質(zhì)點的遷移速度和方向,以確定電動電勢和帶電符號。 用這種方法適宜于分散相質(zhì)點較大(顯微鏡下可見)體系的研究。但用此法測定時需考慮同時發(fā)生的電滲的影響。為此，需測定一定液層深度面(靜止層)上的質(zhì)點。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面77電泳的主要應(yīng)用：1. 測定帶電質(zhì)點的電動電勢 s為t時間內(nèi)界面（質(zhì)點）運動距離， U為電極間施加電壓， L為電極間距離。 若單位用Pa/s，s和L單位用m，0單位用F/m,U單位用V,t單位用s，則的單位為V。2.在電極表面形成電泳沉積層（覆層）UtsL0 電泳與電滲最早由Peucc發(fā)現(xiàn)，研究方法相對較為簡單，并且也有一些實際應(yīng)用，故而研究工作較多。第六章 固液界面2022-3-13第六章 固液界面783. 流動電勢 在外壓力作