第十章表面現(xiàn)象

第十章界面現(xiàn)象InterfacePhenomenon嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。引言一、什么是界面界面（interface）——兩相之間的區(qū)域。常見的界面有：氣-液界面氣-固界面液-液界面液-固界面固-固界面——表面surface——表面surface

兩相之間的界面決非是一個沒有厚度的純幾何面，而是一個具有相當(dāng)厚度的過渡區(qū)，故有時又將界面稱為界面相。界面相與其體相相比,二者在組成、結(jié)構(gòu)、分子所處的能量狀態(tài)和受力情況等方面均有差別，由此而產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象稱之為界面(表面)現(xiàn)象。當(dāng)物系的分散度很大時，則必需考慮界面層分子的特殊性質(zhì)和由此產(chǎn)生的界面現(xiàn)象通常的情況下處于系統(tǒng)界面層的分子比系統(tǒng)內(nèi)部的分子少得多，因而可以忽略不計。如何衡量系統(tǒng)的分散程度？

引言——單位體積的物質(zhì)所具有的表面積。(m-1)——單位質(zhì)量的固體所具有的表面積。(m2kg-1)式中，m——物質(zhì)的質(zhì)量

As——物質(zhì)的表面積式中，V——物質(zhì)的體積

As——物質(zhì)的表面積目前常用的測定表面積的方法有BET法和色譜法。二、比表面積specificsurfacearea引言把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。把邊長為1cm的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時邊長l/m立方體數(shù)比表面as/（m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109三、分散度degreeofdispersity與比表面引言四、界面涉及的相關(guān)領(lǐng)域引言雨滴露珠曙光晚霞碧海藍(lán)天四、界面涉及的相關(guān)領(lǐng)域

輕工業(yè)：洗滌劑、化妝品、乳制品、食品、造紙、紡織、印染、油漆、制糖、陶瓷、涂料、顏料、粘合劑材料科學(xué)：納米材料和多孔材料（吸附劑、催化劑）、含能材料（乳化炸藥）生物學(xué)與醫(yī)學(xué)：生物流變學(xué)、血液學(xué)、電泳、各種凝膠大腦皮層進(jìn)行的信息交換和傳遞——最復(fù)雜的表面過程

環(huán)境科學(xué)：氣溶膠、煙霧、污水處理、人工降雨海洋科學(xué)：元素的吸附提取、污染油膜的處理、海水淡化膜農(nóng)業(yè)：土壤改良、農(nóng)藥的乳化與分散地質(zhì)選礦：浮選，礦石富集化學(xué)：指示劑的吸附、離子交換、沉淀過濾、結(jié)晶過程、過冷過熱、過飽和現(xiàn)象、多相催化和電極過程

表面與界面化學(xué)雖是物理化學(xué)的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域，但由于電子能譜、掃描隧道顯微鏡、電鏡、原子力顯微鏡等新的實驗技術(shù)的出現(xiàn)，使得表面、界面效應(yīng)及粒子尺寸效應(yīng)的知識呈指數(shù)上升式的積累，提出了在分子水平上進(jìn)行基礎(chǔ)研究的要求。當(dāng)前涉及這一領(lǐng)域的研究已成為催化、電化學(xué)、膠體化學(xué)的前沿課題，并與生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、膜技術(shù)及醫(yī)藥學(xué)密切相關(guān)，是這些相關(guān)學(xué)科要研究和解決的核心課題之一。引言第十章界面現(xiàn)象10.1界面張力10.2彎曲表面下的附加壓力及其后果10.3固體表面10.4固-液界面10.5溶液表面液體的表面張力、表面功及表面吉布斯函數(shù)熱力學(xué)公式界面張力及其影響因素10.1界面張力interfacetension

1、液體的表面張力、表面功與表面吉布斯函數(shù)

1、表面層分子的壽命很短。

2、由于氣體、液體分子密度不同，表面層分受力與液體內(nèi)部不同。

氣相液相10.1界面張力interfacetension對于表面層分子：f0所受合力方向指向液體內(nèi)部

對于體相內(nèi)部分子：f=0

表面功若將體相內(nèi)部分子從液體內(nèi)部移向表面，就要克服向內(nèi)的合力而作功。

()T.p.ni下可逆地對該分子作功

氣相液相10.1界面張力interfacetension

——（比）表面功surfacework

，增加單位表面積時所必須作的表面功。單位為J/m2或N/m。

——（比）表面吉布斯函數(shù)Gibbsfunctionofsurface

，增加單位表面積時吉布斯函數(shù)的變化值，單位為J/m2或N/m。10.1界面張力interfacetension10.1界面張力interfacetension表面張力

若金屬絲間無摩擦力，在可逆條件下

——引起液體表面收縮、垂直作用于液體表面上的單位線段長度的張力，稱表面張力surfacetension

，單位為N/m。表面張力和表面吉布斯函數(shù)是等價的。其數(shù)值和量綱完全相同采用表面吉布斯函數(shù)，便于用熱力學(xué)原理和方法處理表面問題，所得結(jié)果不僅適用于液體表面，也對各種界面均有普遍意義。特別是對固體有關(guān)的界面，由于它的不可移動性，力的平衡方法難以應(yīng)用。采用表面張力概念，以力的平衡方法解決流體界面的問題具有直觀方便的優(yōu)點(diǎn)。

10.1界面張力interfacetension2、熱力學(xué)公式

10.1界面張力interfacetension10.1界面張力interfacetension

（1）當(dāng)

一定時，dG=

dAs

要dG<0，則dAs<0。

縮小表面積的過程為自發(fā)過程。

液體表面處處存在著一種使液面繃緊的張力。為什么液滴為球形？

（2）當(dāng)As一定時，dG=Asd

則要dG<0，則d

<0。

表面張力減小的過程為自發(fā)過程。

為什么固體表面容易發(fā)生吸附？10.1界面張力interfacetension3、界面張力及其影響因素

①

與物質(zhì)的本性有關(guān)

分子間作用力大的，

也大。

(金屬鍵)>(離子鍵)>

(極性鍵)>

(非極性鍵)Fe>NaCl>H2O>N2在相同條件下，比較下列物質(zhì)表面張力的大?。篎e，N2，H2O，NaCl10.1界面張力interfacetension例表10.1.1某些液態(tài)物質(zhì)的表面張力物質(zhì)/mNm-1t/oC正己烷18.420正辛烷21.820乙醇22.320乙醚26.4325水72.7520NaCl113.8803LiCl137.8614Na2SiO32501000FeO5821427Al2O37002080Ag878.51100Cu13001083Pt18001773.5②與接觸相的性質(zhì)有關(guān)

在相同條件下，同種物質(zhì)與不同性質(zhì)的其它物質(zhì)接觸時，表面分子所受到的作用力也不相同。

表10.1.3273K時某些液—液界面張力界面/mNm-1水—正己烷51.1水—正辛烷50.8水—氯仿32.8水—四氯化碳45水—正辛醇8.5水—乙醚10.7水—苯35水—硝基苯25.66水—汞375苯—汞357③

溫度的影響溫度升高，表面張力降低1）溫度升高，體積增大，分子間距增大，體內(nèi)分子對表面層分子的作用力減??；2）溫度升高，氣相蒸氣壓變大，密度增大，氣相分子對液體表面分子的作用力增強(qiáng)。微觀解釋熱力學(xué)解釋10.1界面張力interfacetension1886年，約特弗斯（Eotvos）

Vm——液體摩爾體積，Tc——臨界溫度，k——常量，對一般非極性物質(zhì)或非締合液體來說，k=2.1×10-7J/K，對于具有締合性的液體，k小于此數(shù)。1893年，蘭姆賽-希爾茨（Ramsay-Sheilds）

當(dāng)溫度升至臨界溫度時，氣液界面消失，表面張力為0。

純液體經(jīng)驗公式10.1界面張力interfacetension但少數(shù)物質(zhì)，如鋼鐵、銅合金以及一些硅酸鹽和爐渣，其表面張力隨溫度升高而增加。

對于鋼液，溫度上升時，一方面分子間距增大，作用力減弱，但另一方面，鋼水中所吸附的使表面張力降低的表面活性物質(zhì)減少，后者作用大于前者，所以，表面張力隨溫度升高而增加；對于爐渣，溫度升高時，復(fù)合離子離解為簡單離子，使粒子數(shù)目增加，且簡單離子半徑減小，引力大，所以表面張力增大。

10.1界面張力interfacetension④壓力及其他因素的影響表面張力一般隨壓力的增加而下降。p，B(g)

氣體分子易被液面吸附;

氣體在液體中的溶解度增加。原因一般：p↑10atm,↓1mN/m。1atm，

H2O=72.8mN/m10atm，

H2O=71.8mN/m⑤分散度、溶液的組成對

也有影響。10.1界面張力interfacetension20℃時，將1克汞分散成直徑為7×10-8m微粒，試求過程的ΔG。已知汞的密度為13.6×103kgm-3，汞的表面張力為483×10-3N

m-1。

由基本方程可知，在等溫、等壓和組成不變的條件下，當(dāng)↓和As↓，dG=dAs≤0，過程都可自發(fā)進(jìn)行，這就是表面現(xiàn)象產(chǎn)生的熱力學(xué)原因。例1克汞的體積V=1×10-3/，分散成直徑為7×10-8m微粒的粒數(shù)解彎曲液面的附加壓力——拉普拉斯方程拉普拉斯方程毛細(xì)現(xiàn)象Capillaryaction與毛細(xì)管法測表面張力最大氣泡法測表面張力微小液滴的飽和蒸氣壓——開爾文公式開爾文公式毛細(xì)管凝結(jié)亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的生成10.2彎曲液面的附加壓力及其后果液面的表面張力pgΔpplpgΔpplplpg?附加壓力?p應(yīng)與彎曲液面的曲率半徑及表面張力有關(guān)

10.2彎曲液面的附加壓力及其后果1、彎曲液面的附加壓力——拉普拉斯方程只考慮下液面對周界線的作用OO1ABrr1αα

垂直方向的分力整個周界線上垂直方向的合力

10.2彎曲液面的附加壓力及其后果（1）△p

（2）彎曲液面：

△p1/r，即，液滴越小，附加壓力越大，△p指向曲率中心。（3）平液面：r→∞，△p→0，注意上式是由小液滴推出，適用于只有一個表面的液滴或氣泡，如：空氣中的液滴、水中的氣泡。10.2彎曲液面的附加壓力及其后果若是空氣中的氣泡，泡有兩個表面，有兩個△pr1r2Δp2Δp110.2彎曲液面的附加壓力及其后果附加壓力的應(yīng)用毛細(xì)現(xiàn)象Capillaryaction與毛細(xì)管法測表面張力

毛細(xì)現(xiàn)象——毛細(xì)管插入液體中，管內(nèi)外液面形成高度差的現(xiàn)象

①

液體能潤濕管壁：呈凹形——是因為水能潤濕管壁。水面呈凹形管中水柱比外面平液面高。管中水柱比外面平液面高——是因為Δp的作用,且△p指向大氣。ΔpΔppgpl平液面：pg=pl管內(nèi)液面：pg<

pl+

Δppg+ρgh=

pl+

Δpρgh=

Δp測得h，就可求出表面張力

θ<90°，h>0

②液體不能潤濕管壁：θ>90°，h<0

毛細(xì)管中液面下降注意毛細(xì)管并不限于一般意義上的毛細(xì)管，為廣義上的毛細(xì)管

θRR’hθΔppgpl毛細(xì)現(xiàn)象兩平板間的夾縫——毛細(xì)管這是彎曲液面的附加壓力造成的。

土壤中的縫隙———毛細(xì)管農(nóng)民鋤地，可鏟除雜草，也可以破壞土壤中的毛細(xì)管，防止植物根一水分沿毛細(xì)管上升到地面而被蒸發(fā)。——鋤地保墑①農(nóng)民鋤地的作用例②兩塊緊帖著的玻璃板或平木板之間有些水的話，就很難將它們分開。但如果把板浸在水中，那么即使兩塊板壓緊在一起，也還比較容易將它們拉開。為什么？

ΔpΔp毛細(xì)現(xiàn)象最大氣泡法測表面張力

加壓瓶壓力計恒溫水浴測定試管若知道k，則可利用上述實驗求出待測液體的表面張力。k用已知表面張力的液體求。通過加壓瓶，逐步加大毛細(xì)管內(nèi)的壓力p，此時毛細(xì)管口有氣泡出現(xiàn)。當(dāng)壓力增大至p=pex+△p，在毛細(xì)管端口剛好產(chǎn)生一個半徑為r的氣泡。此時，△p最大，可從壓力計讀出液面差為hp-pex=△p=gh△p=2/r=ghr/2=kh12343、微小液滴的飽和蒸氣壓——開爾文公式Kelvineq.(液相)p

p=p+2

/r(氣相)蒸氣壓pprrp

p

()T:將1mol平液面的液體分散為半徑為r的小液滴。10.2彎曲液面的附加壓力及其后果①

直接法：將1mol壓力為p的平液面液體直接分散為半徑為r的小液滴，由于附加壓力的作用，此過程為恒溫變壓過程，液面承受壓力由p——pr10.2彎曲液面的附加壓力及其后果rp

p

1mol飽和蒸氣（p）

②可逆途徑

1mol飽和蒸氣（pr）

△G

△G1

△G2

△G3

因為是()T,p、可逆相變，所以，△G1=△G3=0，

開爾文公式（1）凸液面：r>0，ln（pr/p）>0，pr>p。（2）凹液面：r<0，ln（pr/p）<0，pr<p。（3）平液面：r→0，ln（pr/p）→0，pr=p。討論pr與1/r有關(guān)∵對一定溫度下的某種物質(zhì)而言，M、σ、ρ、p均為定值,∴pr僅與r有關(guān).p凸>p平

>p凹10.2彎曲液面的附加壓力及其后果例

在298.15K時，水的飽和蒸氣壓為2337.8Pa，密度為

0.9982×103kg.m-3,表面張力為72.75×10-3N.m-1。試分別計算球形小液滴小氣泡的半徑在10-5—10-9m之間的不同數(shù)值下飽和蒸氣壓為之比pr/p0各為若干？小液滴的半徑為10-5m時，根據(jù)開爾文方程，有

解對于小氣泡，曲率半徑r=-10-5m，根據(jù)開爾文方程，有飽和蒸氣壓為之比pr/p0各為r/m10-510-610-710-810-9

小液滴1.00011.0011.011.1142.937

小氣泡0.99990.99890.98970.89770.340510-810-910-710-6123r/

m{Pr}表面曲率半徑對水的蒸氣壓的影響小液滴毛細(xì)管中凹液面298.15K平面液體p凸>p平

>p凹毛細(xì)管凝結(jié)開爾文公式應(yīng)用之一p平

>p凹根據(jù)Kelvin公式，凹面上的蒸氣壓比平面上小，所以在小于飽和蒸氣壓時，凹面上已達(dá)飽和而發(fā)生凝聚，即為毛細(xì)管凝結(jié)提示：硅膠為多孔物質(zhì)問題硅膠為什么能起干燥作用？開爾文公式應(yīng)用之二亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate及新相的生成新相的生成：從蒸氣中凝結(jié)出小液滴從飽和溶液中結(jié)晶出小晶體從液體中生成小氣泡如果沒有其它雜質(zhì)表面存在，總是先生成很小的分子集團(tuán)，再由這種分子集團(tuán)生長變成小液滴、小晶體、小氣泡。這些分子集團(tuán)或小液滴、小晶體、小氣泡有很大的表面積，有很高的表面能。因此新相的生成非常困難，常形成過飽和溶液、過飽和蒸氣、過熱液體、過冷液體，它們是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定狀態(tài)，但在一定的條件下可以長期存在，稱為亞穩(wěn)態(tài)metastablestate或介安態(tài)。純液體為單組分系統(tǒng)在定溫、定壓下非自發(fā)過程開爾文公式應(yīng)用之二亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate及新相的生成在100℃時，水的密度為0.9982×103kgm-3，表面張力為58.9×10-3Nm-1。試計算在此條件下，水中產(chǎn)生一個半徑為10-8m小氣泡的蒸氣壓和附加壓力。例

解蒸氣壓：

附加壓力：pr=9.463×104PahΔpp大氣亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate1）過熱液體superheatedliquid液體的飽和蒸氣壓超過了外壓仍不沸騰的液體稱為過熱液體。hΔpp大氣微小氣泡內(nèi)的蒸氣壓遠(yuǎn)小于平液面的蒸氣壓；微小氣泡內(nèi)的氣體所受的壓力除了外壓，還有液體的靜壓力和彎曲液面的附加壓力，遠(yuǎn)高于平液面受的壓力。

所以微小氣泡不能形成，液體不能從內(nèi)部氣化，因此液體不能沸騰，形成了過熱液體（暴沸現(xiàn)象violentbumping）。原因液體加熱到該溫度的飽和蒸氣壓等于外壓時應(yīng)沸騰，沸騰是液體不僅從表面氣化，而且從內(nèi)部氣化,液體內(nèi)部首先生成的是微小氣泡。防止辦法投入素?zé)善蛎?xì)管。多孔物質(zhì)孔中的氣體，加熱成為新相種子，繞過產(chǎn)生極微小氣泡困難階段，過熱程度降低。hΔpp大氣1）過熱液體superheatedliquid亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate在正常沸點(diǎn)時，如果水中只含有半徑為5×10-7m的空氣泡，問使這樣的水開始沸騰需過熱多少度？已知水在100℃時的表面張力為58.9×10-3Nm-1，氣化熱為40.656kJ.mol-1。

泡內(nèi)氣體受的壓力為

p=p大＋Δp=(1.01325＋2.356)×105Pa=3.36925×105Pa

T2=411K或138℃泡內(nèi)的附加壓力為例

解根據(jù)克－克方程hΔpp大氣2）過飽和蒸氣supersaturatedvapor

對于一定壓力的蒸氣當(dāng)降溫到其蒸氣壓超過該溫度的飽和蒸氣壓仍不凝結(jié)成液體，這種蒸氣稱為過飽和蒸氣。原因產(chǎn)生蒸氣過飽和現(xiàn)象示意圖微小液滴有較高蒸氣壓：當(dāng)蒸氣壓達(dá)到或超過通常液體蒸氣壓時，對微小液滴可能仍未達(dá)飽和，若蒸氣過飽和程度不高，對微小液滴未達(dá)飽和狀態(tài)，微小液滴既不能產(chǎn)生，也不能存在。防止辦法加入微粒可成為凝結(jié)核心，利于生成半徑較大的液滴。亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate是當(dāng)云中水蒸氣達(dá)到飽和或過飽和的狀態(tài)時，噴撒微小AgI顆粒或干冰作為水的凝結(jié)中心，一開始就形成半徑較大的液滴，使新相(水滴)生成時所需要的過飽和程度大大降低人工降雨原理亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate

開爾文方程不僅適用于液體，也適用于微小的固體物質(zhì)，此時r為與固體粒子體積相等的球形粒子的半徑。p小>p普3)過冷液體——在一定壓力下，當(dāng)液體的溫度已低于該壓力下液體的凝固點(diǎn)，而液體仍不凝固的現(xiàn)象。此時的液體稱為過冷液體。4)過飽和溶液——在一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、壓力下的溶質(zhì)的溶解度，而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象。此時的溶液稱為過飽和溶液。亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestatep小>p普3)過冷液體supercooledliquid產(chǎn)生過冷液體示意圖OA——小晶體蒸氣壓曲線OA——普通晶體蒸氣壓曲線OOC——液體蒸氣壓曲線原因加入小晶體作為新相種子，則能使液體迅速凝固成晶體防止辦法亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate4)過飽和溶液supersaturatedsolution原因p小>p普投入小晶體做新相種子，防止過飽和程度過高，可獲得較大顆粒的晶體防止辦法式中cr和c0分別為微小晶體和普通晶體的溶解度。

OA——小晶體蒸氣壓曲線OA——普通晶體蒸氣壓曲線濃溶液稀溶液亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate噴霧干燥空氣通過過濾器和加熱器后，進(jìn)入裝在干燥室頂部的蝸殼通道及熱風(fēng)分配器通過分配器后熱空氣形成均勻旋轉(zhuǎn)氣流進(jìn)入干燥室內(nèi)。電動離心噴頭將料液經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)霧化成細(xì)微霧滴。干燥室內(nèi)與旋轉(zhuǎn)流動熱風(fēng)充分接觸，完成高效熱質(zhì)交換，水份迅速蒸發(fā)，瞬間就可蒸發(fā)95-98%的水份。工作流程工作原理因為微小顆粒的飽和蒸氣壓大于同溫度下大顆粒的飽和蒸氣壓，所以小顆粒物質(zhì)中所含水分比大顆粒物質(zhì)中的水分容易蒸發(fā)。增加了系統(tǒng)的總表面積，以利于水分的蒸發(fā)；在聚合物和樹脂類，染料、顏料類、陶瓷、玻璃類，除銹劑、殺蟲藥類，碳水合化物、乳制品類，洗滌劑和表面活性類，肥料類，有機(jī)化合物、無機(jī)化合物液體物料的干燥上，表現(xiàn)得尤為出色。離心噴霧干燥機(jī)是一種適用于乳濁液、懸浮液、糊狀物、溶液等液體干燥的專用干燥設(shè)備。噴霧干燥過熱液體過飽和蒸汽過冷液體過飽和溶液上述各種狀態(tài)下的系統(tǒng)都不是處于真正的平衡狀態(tài)，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來講都是不穩(wěn)定的，但條件合適時往往能維持相當(dāng)長時間不變，稱為亞穩(wěn)（或介安）狀態(tài)。亞穩(wěn)狀態(tài)之所以可能存在，皆與新相種子難以生成有一定的關(guān)系亞穩(wěn)狀態(tài)metastablestate固體表面特性物理吸附與化學(xué)吸附等溫吸附吸附經(jīng)驗式——弗羅因德利希公式朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式多分子層吸附理論——BET公式（了解）吸附熱力學(xué)10.3固體表面10.3固體表面固體表面特性1、表面結(jié)構(gòu)不均勻性2、受力不均勻性3、不流動性

固體表面是不均勻的，即使從宏觀上看似乎很光滑，但從原子水平上看是凹凸不平的。平臺扭折表面雜質(zhì)吸附原子位錯不同晶面臺階固體表面缺陷示意圖不同位置吸附勢能不同同種晶體由于制備、加工不同，會具有不同的表面性質(zhì)，而且實際晶體的晶面是不完整的，會有晶格缺陷、空位和位錯等。表面結(jié)構(gòu)不均勻性240033.125.41200190800200

/(mJm-2)云母聚乙烯石蠟MgONaClAgNaSolid大多數(shù)固體比液體具有更高的表面能受力不均勻性不流動性

正由于固體表面原子受力不均勻、表面結(jié)構(gòu)不均勻性和不流動性，它可以吸附氣體或液體分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。

在相界面上某種物質(zhì)的濃度自動發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為吸附(adsorption)。具有吸附能力的固體物質(zhì)稱為吸附劑(adsorbent)，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)(adsorbate)。常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等。為了測定固體的比表面，常用的吸附質(zhì)有：氮?dú)?、水蒸氣、苯或環(huán)己烷的蒸汽等。吸附為使表面能降低，固體表面會自發(fā)地利用其未飽和的自由價來捕獲氣相或液相中的分子，使之在固體表面上濃集，這一現(xiàn)象稱為固體對氣體或液體的吸咐。1、物理吸附與化學(xué)吸附1、物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附化學(xué)吸附吸附的力分子間作用力化學(xué)鍵力選擇性無，易液化者易吸附有吸附分子層

多分子層

單分子層吸附熱-(20~40)kJ/mol-(40~400)kJ/mol吸附速度快,易脫附,易達(dá)平衡較慢，不易達(dá)平衡物理吸附僅僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學(xué)鍵的生成與破壞，也沒有原子重排等?；瘜W(xué)吸附相當(dāng)與吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在紅外、紫外-可見光譜中會出現(xiàn)新的特征吸收帶。1、物理吸附與化學(xué)吸附兩類吸附常常同時發(fā)生，一般來說，低溫下主要是物理吸附，高溫下主要是化學(xué)吸附。吸附平衡與吸附量吸附平衡：即rads=rd，此時被吸附的氣體量不隨時間而變化吸附量Amountadsorbed：——達(dá)吸附平衡時，單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量——或單位面積的吸附表面上所吸附物質(zhì)的量。

2、等溫吸附吸附曲線

通常固定一個變量，求出另外兩個變量之間的關(guān)系：(1)T=常數(shù)，Va=f(p)，得吸附等溫線。(2)p=常數(shù)，Va

=f(T)，得吸附等壓線。(3)Va

=常數(shù)，p=f(T)，得吸附等量線。

吸附等量線可用于計算吸附熱，即在一定吸附量時可用克一克方程計算吸附熱，2、等溫吸附從吸附等溫線可以反映出吸附劑的表面性質(zhì)孔分布吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用吸附等溫線adsorptionisotherm

ⅠⅡⅢⅣⅤ2、等溫吸附（Ⅱ）和（Ⅲ）[或（Ⅳ）和（Ⅴ）]的不同是與第一層的吸附熱究竟是大于還是小于吸附質(zhì)的液化熱有關(guān)，即與吸附質(zhì)和吸附劑表面作用的強(qiáng)弱有關(guān)。在BET理論中這一點(diǎn)得到圓滿解釋。單層吸附平面上的多分子層吸附有毛細(xì)凝結(jié)時的多層吸附3、吸附經(jīng)驗式——弗羅因德利希公式n和k是兩個經(jīng)驗常數(shù)，對于指定的吸附系統(tǒng)，它們是溫度的函數(shù)以lgVa-lgp作圖，得一直線，由直線的斜率和截距可求出n和k。該式僅適用于中壓范圍，可以解釋第一種吸附等溫線的中間部分，但不能說明其吸附機(jī)理，所以為一經(jīng)驗式。

4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式Langmuir單分子層吸附理論要點(diǎn)：（1）單分子層吸附；（2）固體表面是均勻的；（3）被吸附在固體表面上的分子相互之間無作用力；（4）吸附平衡是動態(tài)平衡。k1k-1k1k-11-——空白表面設(shè)N為固體表面上具有吸附能力的總晶格位置數(shù)達(dá)到平衡時，b稱為吸附系數(shù)adsorptioncoefficient

，它的大小代表了固體表面吸附氣體能力的強(qiáng)弱程度。Langmuir吸附等溫式4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式k1k-11.當(dāng)p很小，或吸附很弱時，bp<<1，q=bp，q與p成線性關(guān)系。2.當(dāng)p很大，或吸附很強(qiáng)時，bp>>1，q=1，q與p無關(guān)，吸附已鋪滿單分子層。討論4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式令Va

——覆蓋率為θ時的平衡吸附量；Vam

——飽和吸附量saturatedamountofadsorption

則對單分子層吸附4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式吸附質(zhì)分子截面積am朗繆爾的生平簡介美國物理化學(xué)家朗繆爾(Langmuir)1881年1月31日生于紐約的一個貧民家庭。1903年畢業(yè)于哥侖比亞大學(xué)礦業(yè)學(xué)院。不久去德國留學(xué)，1906年師從于Nernst，并獲得哥丁根大學(xué)的博士學(xué)位。1932年，因表面化學(xué)和熱離子發(fā)射方面的研究成果獲得諾貝爾化學(xué)獎。用特殊的裝置將不溶物膜按一定的排列方式轉(zhuǎn)移到固體支持體上組成的單分子層或多分子層膜。.Langmuir'soriginalworkinvolvedthetransferofmonolayersfromliquidtosolidsubstrates.Severalyearslater,BlodgettexpandedonLangmuir'sresearchtoincludethedepositionofmulti-layerfilmsonsolidsubstrates.Bytransferringmonolayersoforganicmaterialfromaliquidtoasolidsubstrate,thestructureofthefilmcanbecontrolledatthemolecularlevel.隨著微電子學(xué)、仿生電子學(xué)及分子電子學(xué)的迅速發(fā)展，需要在分子水平上進(jìn)行功能薄膜的構(gòu)筑，展開一場分子工程的探索，而LB膜是目前進(jìn)行有序分子構(gòu)筑最方便、最有效的方法和手段，這使LB膜的研究進(jìn)入了一個前所未有的活躍階段。ALangmuir-Blodgett(LB)filmLB膜能量轉(zhuǎn)移體系在兩種熒光材料的單分子膜之間夾著一種簡單酸的單分子膜，當(dāng)其間距低于某一閾值時，紫外激發(fā)的X染料的輻射轉(zhuǎn)移到Y(jié)，而發(fā)黃色的熒光，發(fā)生了能量的轉(zhuǎn)移。這種能量的轉(zhuǎn)移是穿過間隙單分子層的離子隧道效應(yīng)所致。LB膜電子轉(zhuǎn)移體系將電子給予體和受體以適當(dāng)?shù)男问浇M裝進(jìn)LB膜中，可以制成各種電子轉(zhuǎn)移體系．對這種體系的研究、對模擬光合作用、研制太陽能分子電池以及多種高靈敏度傳感器都有重要意義。仿生膜

細(xì)胞膜是由兩層磷脂膜構(gòu)成，而兩層LB膜是一個細(xì)胞膜模型——人造仿生膜．特別有意義的是在這種膜內(nèi)鑲嵌、包埋固定生物分子，如酶和蛋白質(zhì)等功能分子，可以有效地約束特定的離子和小分子，具有極好的專一性，對研制高靈敏度、高選擇性生物傳感器具有重大意義分子自組裝

利用LB膜進(jìn)行分子自組裝研究是分子工程的重要研究內(nèi)容。如利用生物親和力或基團(tuán)間的鍵合力，借助于掃描隧道顯微鏡(STM)的筆尖，將功能分子嵌入LB膜表面，再用光聚合法使其固定化，形成功能膜。Langmuir膜天平擋桿驅(qū)動馬達(dá)壓力裝置反饋系統(tǒng)擋桿膜天平Wilhelmy片Langmuir吸附等溫式的缺陷（1）固體表面均勻——實際不均勻，則各處吸附能力不相同，b不是常數(shù)。則低壓時不為直線。（2）單分子層吸附——范德華力處處存在，不可能為單分子層吸附。且被吸附的分子間也有作用力，所以，飽和吸附量并不是完全覆蓋固體表面時的量，且在很大范圍內(nèi)不是常數(shù)，有可能趨向無窮大。4、朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式Langmuir單分子層吸附理論要點(diǎn)：（1）單分子層吸附；（2）固體表面是均勻的；（3）被吸附在固體表面上的分子相互之間無作用力；（4）吸附平衡是動態(tài)平衡。由Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子層吸附公式,簡稱BET公式。

他們接受了Langmuir理論中關(guān)于固體表面是均勻以及各處的吸附能力相同的觀點(diǎn)，但他們認(rèn)為吸附是多分子層的。被吸附的分子與碰撞在其上面的氣體分子之間仍可發(fā)生吸附作用。5、多分子層吸附理論——BET公式

多分子層吸附示意圖c——與吸附熱有關(guān)的常數(shù)Vam——鋪滿單分子層所需氣體的體積p——吸附時的壓力V——吸附時的體積p*——實驗溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓5、多分子層吸附理論——BET公式

多分子層吸附示意圖吸附質(zhì)分子的截面積am

5、多分子層吸附理論——BET公式作圖為了計算方便起見，二常數(shù)公式較常用，比壓一般控制在0.05~0.35之間。比壓太低，建立不起多分子層物理吸附；比壓過高，容易發(fā)生毛細(xì)凝聚，使結(jié)果偏高。5、多分子層吸附理論——BET公式吸附熱——在吸附過程中的熱效應(yīng)稱為吸附熱。

吸附是放熱過程。氣體從三維運(yùn)動變成吸附態(tài)的二維運(yùn)動，ΔS<06、吸附熱力學(xué)物理吸附過程的熱效應(yīng)相當(dāng)于氣體凝聚熱，很??；化學(xué)吸附過程的熱效應(yīng)相當(dāng)于化學(xué)鍵能，比較大。固體在等溫、等壓下吸附氣體是一個自發(fā)過程，ΔG<0ΔH=ΔG+TΔS，

ΔH<0公式的推導(dǎo)與克-克方程的推導(dǎo)十分類似。摩爾吸附焓吸附熱計算6、吸附熱力學(xué)從吸附熱衡量催化劑的優(yōu)劣

吸附熱的大小反映了吸附強(qiáng)弱的程度。

一種好的催化劑必須要吸附反應(yīng)物，使它活化，這樣吸附就不能太弱，否則達(dá)不到活化的效果。但也不能太強(qiáng)，否則反應(yīng)物不易解吸，占領(lǐng)了活性位就變成毒物，使催化劑很快失去活性。好的催化劑吸附的強(qiáng)度應(yīng)恰到好處，太強(qiáng)太弱都不好，并且吸附和解吸的速率都應(yīng)該比較快。6、吸附熱力學(xué)合成氨反應(yīng)，為什么選用鐵作催化劑？

因為合成氨是通過吸附的氮與氫起反應(yīng)而生成氨的。這就需要催化劑對氨的吸附既不太強(qiáng)，又不太弱，恰好使N2吸附后變成原子狀態(tài)。鐵系元素作催化劑符合這種要求。6、吸附熱力學(xué)橫坐標(biāo)是各族元素，左邊坐標(biāo)表示對氮的起始化學(xué)吸附熱，右邊坐標(biāo)表示氨的合成速率吸附熱沿DE線上升合成速率沿AB上升速率達(dá)到最高點(diǎn)B后，吸附熱繼續(xù)上升，但由于吸附太強(qiáng)，合成速率反而下降。第八族第一列鐵系元素廣泛的應(yīng)用：

干燥劑防毒面具脫色劑色譜污水處理催化劑

…吸附接觸角與楊氏方程潤濕現(xiàn)象沾濕浸濕鋪展固體自溶液中的吸附10.4液-固界面潤濕wetting——固體表面上的氣體(或液體)被液體(或另一種液體)取代的現(xiàn)象。1、接觸角與楊氏方程s-ls-gl-gOOl-gs-gs-lθ>90°，不潤濕

θ<90°，潤濕

楊氏(YoungT)方程1、接觸角與楊氏方程θ<90°，0<cosθ<1

∴液體盡量鋪開，即潤濕固體。氣固表面能>液固表面能∴為使能量最小，就盡量減小固體與氣體接觸面積。（遵循能量最小原理）s-ls-gl-gO1、接觸角與楊氏方程θ>90°，-1<cosθ<0

∴液體就縮成球形，不潤濕固體。g-s表面能<l-s表面能?！嘤赡芰孔钚≡?，盡量增大g-s接觸面，減小l-s接觸面。Ol-gs-gs-l1、接觸角與楊氏方程<90

潤濕，該固體則稱為親液（水）性固體,

如：石英、無機(jī)鹽>90

不潤濕，該固體則稱為憎液（水）性固體，如：石蠟、石墨=180：完全不潤濕

=0：完全潤濕，鋪展s-ls-gl-gOOl-gs-gs-l在楊氏方程適用的范圍內(nèi)，

θ越小，其潤濕性能越好。∴可用潤濕角來判斷潤濕性能的優(yōu)劣。2、潤濕現(xiàn)象1930年，Osterhof和Bartell把潤濕現(xiàn)象分成沾濕、浸濕和鋪展三種類型。潤濕方式或過程不同，潤濕的難易和潤條件亦不相同。

1、沾濕(adhension)——固體表面與液體相接觸時，g-s及g-l轉(zhuǎn)變?yōu)閟-l界面的過程。

——當(dāng)固體浸人液體中時，g-s界面完全被s-l界面所取代。

2、浸濕immersion2、潤濕現(xiàn)象3、鋪展spreading——少量的液體在光滑的固體表面（或液體表面）上自動展開，形成一層薄膜的過程。S>0，可鋪展。且S越大，鋪展性能越好

2、潤濕現(xiàn)象沾濕過程的推動力最大，最易于進(jìn)行，但屬于最低層次的潤濕，鋪展過程的推動力最小，難于進(jìn)行，但屬最高層次的潤濕。

2、潤濕現(xiàn)象沾濕過程浸濕過程鋪展過程將楊氏方程代入各Gi表達(dá)式中可得：討論注意接觸角測量1）直接觀察法：照相，測角度。例：高溫x-射線透射儀測金屬(冰銅)與爐渣間θ2）顯微測算全系列動態(tài)接觸角/潤濕角測量儀潤濕現(xiàn)象的應(yīng)用利用潤濕：金屬Al電解（熔液潤濕電極）、金屬焊接﹑印染﹑洗滌﹑農(nóng)藥、機(jī)械設(shè)備潤滑

利用不潤濕：注水采油﹑礦物浮選從吸附速度看，溶液中的吸附速度一般比氣體吸附速度慢得多。固體表面不僅吸附溶質(zhì)，也吸附溶劑。多組分的競爭吸附，沒有空白表面，影響因素復(fù)雜。3、固體自溶液中的吸附①吸附特點(diǎn)②表觀吸附量一般是將一定質(zhì)量m的吸附劑與定量的已知濃度c1的溶液一同搖動，達(dá)到平衡后在測定溶液的濃度c2，從濃度的改變計算出吸附量。x——溶質(zhì)被吸附的物質(zhì)的量V——溶液的體積。注意：這種計算是假設(shè)溶劑未被吸附，因此所得結(jié)果只是相對的，故稱表觀吸附量。3、固體自溶液中的吸附活性炭自苯-甲醇中吸附苯3、固體自溶液中的吸附對稀溶液中的單分子層吸附，可用下式進(jìn)行計算：③經(jīng)驗公式Langmuir吸附等溫式弗羅因德利希公式3、固體自溶液中的吸附④固－液界面的吸附經(jīng)驗規(guī)律

Traube規(guī)則：使固－液界面表面自由能降低最多的溶質(zhì)被吸附的量最多。溶解度越小的溶質(zhì)越易被吸附。極性的吸附劑易于吸附極性的溶質(zhì)，非極性的吸附劑易于吸附非極性的溶質(zhì)。以離子鍵或極性鍵組成的吸附劑對離子的吸附作用除界面作用外還有靜電作用。對同號離子而言，離子價數(shù)高、離子水化程度低和離子變形性大等有利于離子被吸附。固體對離子的吸附常常是固體晶格上的同名離子或化學(xué)成分相近，結(jié)晶構(gòu)造相似的物質(zhì)的粒子。3、固體自溶液中的吸附目前從理論上處理固體自溶液中的吸附比較困難，但從大量的實驗結(jié)果總結(jié)出許多有用的規(guī)律，對處理該類問題具有一定的指導(dǎo)意義。固體自溶液中的吸附是界面化學(xué)研究的一個重要方面，在工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域有者重要應(yīng)用，如織物的染色，糖液的脫色，離子交換，水的凈化，色層分離及膠體的穩(wěn)定。3、固體自溶液中的吸附色譜法是利用粉狀吸附劑對混合液中各組分的吸附能力不同使吸附質(zhì)彼此分離的一種方法。⑤固－液界面吸附的應(yīng)用之一——色譜型號：Agilent1100廠商：美國安捷倫公司美國Waters公司3、固體自溶液中的吸附

高效液相色譜的優(yōu)點(diǎn)是：檢測的分辨率和靈敏度高，分析速度快，重復(fù)性好，定量精度高，應(yīng)用范圍廣。適用于分析高沸點(diǎn)、大分子、強(qiáng)極性、熱穩(wěn)定性差的化合物。其缺點(diǎn)是：價格昂貴，要用各種填料柱，容量小，分析生物大分子和無機(jī)離子困難，流動相消耗大且有毒性的居多。目前的發(fā)展趨勢是向生物化學(xué)和藥物分析及制備型傾斜。

高效液相色譜（HPLC：HighPerformanceLiquidChromatography）是化學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、商檢、藥檢、法檢等學(xué)科領(lǐng)域與專業(yè)最為重要的分離分析技術(shù)，是分析化學(xué)家、生物化學(xué)家等用以解決他們面臨的各種實際分離分析課題必不可缺少的工具。國際市場調(diào)查表明，高效液相色譜儀在分析儀器銷售市場中占有最大的份額，增長速度最快。3、固體自溶液中的吸附溶液表面的吸附現(xiàn)象表面過剩濃度與吉布斯吸附等溫式表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列表面活性劑10.5溶液表面溶質(zhì)從溶液的本體中自動富集與表面層，或離開表面層進(jìn)入溶液本體中，使

趨于減小，dG表面

<0對于一溶液，As為定值，趨于自動減小，使dG表面<0G表面=AsdG表面=dAs+Asd對于純液體，為定值，As趨于自動減小，使dG表面<0在相界面上某種物質(zhì)的濃度自動發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為吸附。溶液的表面吸附

1、溶液表面的吸附現(xiàn)象ⅠⅡⅢ{γ}{c}水中加無機(jī)酸、堿、鹽等。

水中加有機(jī)酸、醇、酯、醚、酮等。水中加入肥皂、合成洗滌劑等。表面惰性物質(zhì)表面活性物質(zhì)表面活性劑溶液的表面張力與濃度的關(guān)系1、溶液表面的吸附現(xiàn)象表面惰性物質(zhì)surfaceinactivesubstance溶液表面層濃度<體內(nèi)濃度（cs<co）

負(fù)吸附1、溶液表面的吸附現(xiàn)象表面活性物質(zhì)surfaceactivesubstance表面活性劑Surfaceactiveagentsurfactant

溶液表面濃度>體內(nèi)濃度（cs

>co）

正吸附1、溶液表面的吸附現(xiàn)象溶質(zhì)的表面吸附量amountofsurfaceadsorption

Γ

或表面過剩surfaceexcess——單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的摩爾數(shù)與在溶液本體中同量溶劑所含溶質(zhì)摩爾數(shù)的差值。單位為mol/m2。

例As=0.1m2,表面層：0.1mol溶劑，0.1mol溶質(zhì)本體：1mol溶劑，0.1mol溶質(zhì)2、表面過剩濃度與吉布斯吸附等溫式1887年，Gibbs利用熱力學(xué)方法導(dǎo)出了溶液的吸附等溫式——吉布斯吸附等溫式：稀溶液——c為溶液本體相濃度；濃溶液——c用活度a表示。2、表面過剩濃度與吉布斯吸附等溫式溶液本體的Gibbs-Duhem方程2、表面過剩濃度與吉布斯吸附等溫式討論負(fù)當(dāng)T一定時，d/dc的正負(fù)決定了吸附類型2、表面過剩濃度與吉布斯吸附等溫式水溶液cB/moldm-3Γ/(μmolm-2)測定值計算值4-氨基甲苯0.01875.74.90.01644.34.6苯酚0.2184.45.1己酸0.02235.95.40.02584.45.60.04525.35.43-芐基甲酸0.01003.73.40.03003.65.3Mcbain等驗證Gibbs公式的實驗結(jié)果Γ的求解cB(1)通過實驗，測出不同濃度下溶液的

值，作～c

曲線(2)在指定濃度求切線的斜率(3)代入吉布斯等溫式計算Γ鏡面法等面積法數(shù)學(xué)軟件origin2、表面過剩濃度與吉布斯吸附等溫式ΓcBΓm濃度很小時，Γ與c成直線關(guān)系；濃度較大時，Γ與c成曲線關(guān)系。濃度足夠大時，吸附達(dá)到飽和，吸附量不再隨濃度變化，此時的吸附量稱為飽和吸附量，用Γm表示。k

為常數(shù)，與溶質(zhì)的表面活性有關(guān)2、表面過剩濃度與吉布斯吸附等溫式ΓcBΓm由實驗測出Γm的值，即可計算一個表面活性物質(zhì)分子所占面積am，即吸附達(dá)到飽和時溶質(zhì)分子在表面層作定向排列。飽和吸附量Γm可以近似看作是溶質(zhì)分子在單位表面上排一個單分子層的物質(zhì)的量3、表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列ΓmCnH2n+1X

實驗結(jié)果am=20.5×10-20m2

CnH2n+1X在表面層被吸附時的排列方式是直立排列

化合物種類Xam/nm2

脂肪酸-COOH0.205二元酯類-COOC2H50.205酰胺類-CONH20.205甲基酮類-COCH30.205甘油三酸酯類-COOCH30.205飽和酸的酯類-COOR0.220醇類-CH2OH0.216CnH2n+1X化合物在單分子膜中每個分子的橫截面積3、表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列CH3(CH2)7=CH(CH2)7COOH兩親結(jié)構(gòu)Amphiphilicstructure

極性基團(tuán)非極性基團(tuán)定向排列4、表面活性劑①表面活性劑分類表面活性劑離子型SAA陰離子SAA，如：肥皂RCOONaRCOO-+Na+陽離子SAA，如：胺鹽C18H37NH3+Cl-C18H37NH3++

Cl-兩性SAA，如：氨基酸R-NH-CH2COOH非離子型SAA，如：聚乙二醇或聚氧乙烯類、多元醇類表面活性劑通常采用按化學(xué)結(jié)構(gòu)來分類Surfaceactiveagentorsurfactant按用途分類：乳化劑Emulsifier，破乳劑deemulsifier,潤濕劑wettingagent,抗?jié)駝゛nti-wettingagent,分散劑dispersant,發(fā)泡劑vesicant,消泡劑antifoaming

agent

按成分分類：有機(jī)硅表面活性劑Organosiliconsurfactant有機(jī)金屬表面活性劑Organometallicsurfactant:Znsoap,Mgsoap按溶解度分類水溶性表面活性劑water-solublesurfactant油溶性表面活性劑oil-solublesurfactant4、表面活性劑②表面活性劑的基本性質(zhì)1)結(jié)構(gòu)上：有親水基和憎水基—兩親結(jié)構(gòu)2)性質(zhì)特點(diǎn)：A.能顯著降低表面張力—正吸附(b)開始形成膠束的溶液(c)大于臨界膠束的溶液(a)稀溶液B.在表面層的吸附為直立定向排列RX4、表面活性劑

各種締合膠束的形狀球狀層狀棒狀MediumcmcAggregationnumberAveragechargepermicelleWater0.00818014.40.02MNaCl0.003829413.20.10MNaCl0.0013911213.40.40MNaCl0.0005212616.44、表面活性劑C.

臨界膠束濃度(cmc)：形成一定形狀的膠束micelle所需要的表面活性劑的最低濃度。

臨界膠束濃度criticalmicelleconcentration是表面活性劑的一個基本特性參數(shù)。在臨界膠束濃度時，界面上已達(dá)飽和，表面活性劑在界面上定向單分子排列——形成單分子膜。

超過臨界膠束濃度時，表面活性劑在溶液中形成膠束。D.因膠束的性質(zhì)與原表面活性劑分子不同，導(dǎo)致在臨界膠束濃度前后，溶液的性質(zhì)發(fā)生改變。4、表面活性劑2)性質(zhì)特點(diǎn)：圖10.5.81945年格里芬提出HLB法。HLB值就是表面活性劑的親水親油平衡值。hydrophileandlipophilebalancevalues

物質(zhì)的HLB值越大，親水性越強(qiáng)。反之，親油性越強(qiáng)。

HLB值為10時，親水、親油性均衡。③

HLB法石臘的HLB值為0,聚乙二醇的HLB值為20，十二烷基硫酸鈉的HLB為40如何選擇最合適的表面活性劑，使達(dá)到最佳效果呢？不同HLB值的表面活性劑的作用不同。7+親水官能團(tuán)HLB值–

親油基官能團(tuán)HLB加水后情況HLB值加水后情況HLB值不分散1～4穩(wěn)定乳白色分散系8～10分散較差3～6半透明至透明分散系10～13劇烈振蕩后成乳劑6～8透明溶液13以上確定表面活性劑的HLB值方法濁度法濁度法測定HLB值對照表官能團(tuán)HLB法4、表面活性劑各官能團(tuán)的HLB值表基團(tuán)名稱HLB值基團(tuán)名稱HLB值—SO4Na38.7—OH0.5—COOK21.1—(C2H4O)—0.33—COONa19.1—CH—0.475—SO3Na11—CH2—0.475—N（叔胺—）9.4—CH30.475—酯（自由）2.4＝CH—0.475—COOH2.1—（C3H6O）—0.15—OH（自由）1.9—CF30.87—O—1.3—CF2—0.877+親水官能團(tuán)HLB值–親油基官能團(tuán)HLBA.陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（LAS)：

R12－ph－SO3Na

去污力強(qiáng)，常用作洗滌劑、乳化劑,但刺激性較強(qiáng)，不易降解十二烷基聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES)：

R12－（C2H4O）n－SO4Na去污力強(qiáng)，常用作洗滌劑、乳化劑,刺激性較LAS弱，較易降解④常用表面活性劑簡介4、表面活性劑B.陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（1631)：

R16－N（CH3）4Br

起泡力、去污力差但其水溶液具有很強(qiáng)的殺菌能力，常用作消毒、滅菌劑；吸附在固體表面的能力強(qiáng)。常用作礦物浮選劑、植物柔軟劑、抗靜電劑，顏料分散劑等刺激性較強(qiáng)，價格較陰離子表面活性劑高4、表面活性劑C.非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO或OP系列)：

R－O－（C2H4O）n－H

性能良好的乳化劑、潤濕劑烷基酚聚氧乙烯醚（TX系列)

：

R12－ph－（C2H4O）n－H

性能穩(wěn)定，用途同AEO，但不易降解，毒性較大聚氧乙烯烷醇酰胺（6501)：

RCONH（C2H4O）nH

穩(wěn)定性好，與陰離子表面活性劑復(fù)合具有良好的起泡性、去污性,常用作穩(wěn)泡劑、乳化劑、防銹劑4、表面活性劑Span系列——失水山梨醇脂肪酸酯Span20（月桂酸，C12）、Span40（棕櫚酸，C16）、Span60（十八酸）、Span80（油酸，C18）毒性低，油溶性乳化劑（食品）Tween系列——聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯

TW20、TW40、TW60、TW80毒性低，水溶性乳化劑（食品）C.非離子表面活性劑4、表面活性劑D.兩性表面活性劑氨基酸型：十二烷基氨基丙酸(C12H25N+H2CH2CH2COO-)甜菜堿型：烷基二甲基甜菜堿〔RN+(CH3)2CH2COO-〕

4、表面活性劑5、表面活性物質(zhì)的作用潤濕作用起泡作用增溶作用乳化作用洗滌作用表面活性劑的用途極廣，主要有五個方面：4、表面活性劑Ⅰ.潤濕作用

表面活性劑可以降低液體表面張力，改變接觸角的大小，從而達(dá)到所需的目的。要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑如果要制造防水材料，就要在表面涂表面活性劑，使接觸角大于90°。4、表面活性劑Ⅱ.起泡作用

LowersurfacetensionStiffenthefilmIncreasetheviscidity“泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。4、表面活性劑浮游選礦

首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。

攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而達(dá)到了富集的目的。

不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。

4、表面活性劑浮游選礦的原理圖

選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。

當(dāng)?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。水有用礦石礦石泡

礦物憎水表面4、表面活性劑grindedfor4-5times,beneficiationfor6-7times.浮選藥劑捕集劑——選擇性地吸附在游泳礦物表面含硫化合物烴基酸類：脂肪酸鹽，硫酸鹽，磺酸鹽胺類起泡劑——產(chǎn)生氣泡松油（萜品醇，C10H18O），樟腦油（桉樹油，C10H18O）三乙氧基丁烷調(diào)整劑——通過改變礦粒的表面性質(zhì)來提高捕積劑的選擇性活化劑抑制劑pH調(diào)節(jié)劑黃藥4、表面活性劑Ⅱ.起泡作用

也有時要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度，消除氣泡，防止事故。4、表面活性劑Ⅲ.增溶作用

非極性有機(jī)物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。Thesolubilityofbenzeneis0.07ginwater,9ginsolutioncontaining10%C17H35COOH.

4、表面活性劑

增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。

經(jīng)X射線衍射證實，增溶后各種膠束都有不同程度的增大，而整個溶液的的依數(shù)性變化不大。4、表面活性劑Ⅳ.乳化作用

一種或幾種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散體系稱為乳狀液

要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的水包油乳狀液(O/W)，或以油為連續(xù)相的油包水乳狀液(W/O)。油水O/W型油水W/O型4、表面活性劑

有時為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。4、表面活性劑Ⅴ.洗滌作用

洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對被清洗物體的潤濕作用，又要有起泡、增白、占領(lǐng)清潔表面不被再次污染等功能。B.加入表面活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。C.污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，潔凈表面被活性劑分子占領(lǐng)。A.水的表面張力大，對油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉4、表面活性劑洗衣粉配方舉例LAS(對十二烷基苯磺酸鈉)20潤濕、乳化、分散、起泡和去污AS（伯烷基磺酸鹽）10潤濕、乳化、分散、起泡和去污硫酸鈉(填充劑)30有去污、降低料漿稠度便于攪勻、輸送和防止結(jié)塊的作用碳酸鈉7與脂肪污垢皂化而將污垢除去并有較好的吸附性能和促進(jìn)泡沫生成硅酸鈉5對洗衣粉的懸浮、膠溶、泡沫穩(wěn)定有良好作用STPP(三聚磷酸鈉)25分散、膠溶作用復(fù)合酶2除凈織物上的各種血漬、奶漬及由肉汁、牛奶、醬料等所造成的污垢CMC(羧甲基纖維素)1防止污垢再沉積，保持織物的柔軟性及潤濕織物和泡沫增白劑≈0.1色素、香精≈0.1洗衣粉中的磷我國洗衣粉年產(chǎn)量在200萬噸左右，以平均15％磷酸鹽含量計算，每年約有30萬噸含磷化合物排放到地面水中，而1克的磷就可使藻類生長100克。導(dǎo)致我國湖泊都處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。五大淡湖之一的巢湖含量超標(biāo)3.4倍，致使水藻長滿全湖，夏天腥臭味熏人；滇池湖水超過國家5類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，無法飲用；因磷使紅色浮游生物繁殖而引發(fā)的海水變色--“赤湖”僅1992年就發(fā)生50起。4A氟石代替磷酸鹽肥皂的主要成分肥皂（粵稱番堿）是一種用作個人清潔用品的界面活性劑，通常以固體塊狀的形式存在。古人在黃河流域使用皂莢洗衣服，后來到長江流域就沒有皂莢樹。但他們發(fā)現(xiàn)有另一種樹，其果實跟皂莢的性能一樣，可以洗衣服，而且比皂莢更為肥厚豐腴，所以，取名叫肥皂子,也叫肥皂果.后來發(fā)明了人造的去污劑的時候,依然使用了"肥皂"這個詞.R-COONa，其中R基團(tuán)一般是不同的，是各種烴基。R-是憎水基，羧基是親水基。在硬水中肥皂與Ca2+

、Mg2+等形成了凝乳狀物質(zhì)，脂肪酸鈣鹽等，即通常說的“鈣肥皂”而成為了無用的除垢劑。將軟化劑加入硬水中可以除去硬水離子，使肥皂發(fā)揮作用.羧酸的鈉鹽R-COONa，合成色素、合成香料、防腐劑、抗氧化劑、發(fā)泡劑、硬化劑、粘稠劑、合成界面活性劑.小昆蟲水黽水面滑行的秘密：長毛腿增大浮力這種水上昆蟲的腿是由數(shù)千根精微的毛發(fā)組成的，這些毛發(fā)的平均長度不到一英寸的千分之二，它們吸收空氣，由此增加了水蟲腿的阻力，并且增大了這些昆蟲身體的整體浮力?！畐ater-repellentlegsofwaterstriders’.nature,2004,432:36Typicalsideviewofamaximal-depthdimple(4.380.02mm)justbeforethelegpiercesthewatersurface.Inset,waterdropletonaleg;thismakesacontactangleof167.64.