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1、第十章界面现象第一页，本课件共有67页2自然界中物质的存在状态：自然界中物质的存在状态：气气液液固固界面现象界面现象气气液界面液界面液液液界面液界面固固液界面液界面固固气界面气界面固固固界面固界面界面：所有两相的接触面界面：所有两相的接触面第十章第十章界面现象界面现象第二页，本课件共有67页3界面相示意图界面相示意图界面并不是两相接触的几何面，它界面并不是两相接触的几何面，它有一定的厚度，一般约几个分子厚，故有一定的厚度，一般约几个分子厚，故有时又将界面称为有时又将界面称为“界面相界面相”。界面的结构和性质与相邻两侧的体相界面的结构和性质与相邻两侧的体相都不相同。都不相同。例：水滴分散成微小水
2、滴例：水滴分散成微小水滴分为分为1018个个直径：直径：10nm表面积：表面积：314.16m2直径：直径：1cm表面积：表面积：3.1416cm2表面积是原来的表面积是原来的106倍倍一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。第十章第十章界面现象界面现象第三页，本课件共有67页4小小颗颗粒粒的的分分散散系系统统往往往往具具有有很很大大的的比比表表面面积积，因因此此由由界界面面特特殊殊性性引起的系统特殊性十分突出。引起的系统特殊性十分突出。人人们们把把粒粒径径在在11000nm的的粒粒子子组组成成的的分分散散系系统统称称为为胶胶
3、体体，由由于于其其具具有有极极高高的的分分散散度度和和很很大大的的比比表表面面积积，会会产产生生特特有有的的界界面面现现象象，所所以以经经常常把把胶体与界面现象一起来研究，称为胶体表面化学。胶体与界面现象一起来研究，称为胶体表面化学。物质的分散度可用比表面积物质的分散度可用比表面积as来表示，其定义为来表示，其定义为 as=As/m单位为单位为m2 kg-1。第十章第十章界面现象界面现象第四页，本课件共有67页5我们身边的胶体界面现象我们身边的胶体界面现象雨滴雨滴露珠露珠曙光晚霞曙光晚霞碧海蓝天碧海蓝天第十章第十章界面现象界面现象第五页，本课件共有67页610.1界面张力界面张力1.液体的表面
4、张力，表面功及表面吉布斯函数液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数 的由来：的由来：表面分子受力不对称表面分子受力不对称所以液体表面有自动收缩的倾向，扩展表面要作功。所以液体表面有自动收缩的倾向，扩展表面要作功。第六页，本课件共有67页7若使膜维持不变，需在金属丝上加一力若使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小与金属丝长度，其大小与金属丝长度 l 成正比，比例系数成正比，比例系数。因膜有两个表面，故有：。因膜有两个表面，故有：引起表面收缩的单位长度上的力，：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：单位：Nm-1。（1）液体的表面张力液体的表面张力即：即：实验：实验：l10.1界面张力界面张力第
5、七页，本课件共有67页8 ：使系统增加单位表面所需的可逆功：使系统增加单位表面所需的可逆功，称为表面功。，称为表面功。单位：单位：Jm-2。（IUPAC以此来定义表面张力）以此来定义表面张力）当用外力当用外力F 使皂膜面积增大使皂膜面积增大dA时，需克服表面张力作可时，需克服表面张力作可逆表面功。逆表面功。（2）表面功）表面功即：即：10.1界面张力界面张力第八页，本课件共有67页9恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变恒温、恒压下的可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变（3）表面吉布斯函数：）表面吉布斯函数：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的
6、Gibbs函数。函数。单位：单位：Jm-2。三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为：三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为：Nm-1即：即：10.1界面张力界面张力第九页，本课件共有67页10当当系系统统作作表表面面功功时时，G还还是是面面积积A的的函函数数，若若系系统统内内只只有有一一个个相相界界面面，且两相且两相T、p相同相同，2.热力学公式热力学公式对一般多组分体系：对一般多组分体系：10.1界面张力界面张力第十页，本课件共有67页112.热力学公式热力学公式恒恒T、p、恒组分恒组分 下积分，有：下积分，有：全微分得：全微分得：可知自发降低表面自由焓有两种途径可知自发
7、降低表面自由焓有两种途径降低表面积降低表面积降低表面张力降低表面张力dT,pG s (离子键离子键)(极性键极性键)(非极性键非极性键)（2）与接触相的性质有关。与接触相的性质有关。T气相中分子密度气相中分子密度液相中分子距离液相中分子距离（有例外）（有例外）其中：其中：0与与n为经验常数。为经验常数。10.1界面张力界面张力第十二页，本课件共有67页13（4）压力的影响。）压力的影响。Pa表面分子受力不对称的程度表面分子受力不对称的程度 b气体分子可被表面吸附，改变气体分子可被表面吸附，改变,c气体分子溶于液相气体分子溶于液相 1atm H2O=72.8mN/m10atm H2O=71.8m
8、N/m一般：一般：p10atm,1mN/m，例，例:10.1界面张力界面张力第十三页，本课件共有67页1410.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果1.弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力Laplace方程方程plpg一般情况下，液体表面是水平的，一般情况下，液体表面是水平的，水平液面下液体所受压力即为外界压力。水平液面下液体所受压力即为外界压力。弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力第十四页，本课件共有67页1510.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果1.弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力Laplace方程方程plpg图中为球形液滴的某一球缺，凸液面图中
9、为球形液滴的某一球缺，凸液面上方为气相，压力上方为气相，压力pg；下方为液相，压；下方为液相，压力力pl,底面与球形液滴相交处为一圆周。圆底面与球形液滴相交处为一圆周。圆周外液体对球缺表面张力周外液体对球缺表面张力 作用在圆周线作用在圆周线上，垂直于圆周线，而且与液滴表面相上，垂直于圆周线，而且与液滴表面相切。圆周线上表面张力合力对凸液面下切。圆周线上表面张力合力对凸液面下液体造成额外压力。将凹液面一侧压力液体造成额外压力。将凹液面一侧压力以以p内内表示，凸液面一侧压力用表示，凸液面一侧压力用p外外表示，表示，附加压力附加压力p=p内内p外外弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力第十五页，本课件
10、共有67页16球形液滴球形液滴(凸液面凸液面)，附加压力为：，附加压力为：液体中的气泡液体中的气泡(凹液面凹液面)，附加压力，附加压力:这样定义的这样定义的 p总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。表面张力的方向是和液面相切的，并和两部分的分界线垂直。如表面张力的方向是和液面相切的，并和两部分的分界线垂直。如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。如果液面是曲面，表面张果液面是平面，表面张力就在这个平面上。如果液面是曲面，表面张力则在这个曲面的切面上。力则在这个曲面的切面上。10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果第十六页，本课件共有
11、67页17需要说明的一点是，如果在液体表面上任意划一条分界线把液面分成需要说明的一点是，如果在液体表面上任意划一条分界线把液面分成a、b两两部分，则部分，则a部分表面层中的分子对部分表面层中的分子对b部分的吸引力，一定等于部分的吸引力，一定等于b部分对部分对a部分的吸引力，这两部分的吸引力大小相等、方向相反。这种表面层中任部分的吸引力，这两部分的吸引力大小相等、方向相反。这种表面层中任意两部分间的相互吸引力，造成了液体表面收缩的趋势。由于表面张力的存意两部分间的相互吸引力，造成了液体表面收缩的趋势。由于表面张力的存在，液体表面总是趋于尽可能缩小，微小液滴往往呈圆球形，正是因为相同在，液体表面总
12、是趋于尽可能缩小，微小液滴往往呈圆球形，正是因为相同体积下球形面积最小。体积下球形面积最小。10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果第十七页，本课件共有67页18弯曲液面附加压力弯曲液面附加压力p与液面曲率半径之间关系的推导：与液面曲率半径之间关系的推导：水平分力相互平衡，水平分力相互平衡，垂直分力指向液体内部，垂直分力指向液体内部，其单位周长的垂直分力为其单位周长的垂直分力为 cos 球缺底面圆周长为球缺底面圆周长为2 r1，得垂直分力在圆周上的合力为：，得垂直分力在圆周上的合力为：F=2 r1 cos 因因cos=r1/r，球缺底面面积为，球缺底面面积为，故弯曲液面对于
13、单位水平面上的附加压力故弯曲液面对于单位水平面上的附加压力整理后得：整理后得：Laplace方程方程10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果第十八页，本课件共有67页19讨论：讨论：该形式的该形式的Laplace公式只适用于球形液面。公式只适用于球形液面。曲面内曲面内(凹凹)的压力大于曲面外的压力大于曲面外(凸凸)的压力，的压力，p0。r 越小，越小，p越大；越大；r越大，越大，p越小。越小。平液面：平液面：r，p0，（并不是，（并不是 =0）p永远指向球心。永远指向球心。Laplace方程方程10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果第十九页，本课件共有
14、67页20毛细现象：毛细现象：当接触角当接触角90o时，液时，液体在毛细管中下降。体在毛细管中下降。plpgpgrh当接触角当接触角=0时，时，r曲面曲面=r毛细管毛细管=r由流体静力学有：由流体静力学有：液体在毛细管中的上升高度为：液体在毛细管中的上升高度为：10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果第二十页，本课件共有67页21当接触角当接触角0 p平平p凹凹10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果可导出可导出Kelvin公式公式第二十四页，本课件共有67页253.亚稳态及新相生成亚稳态及新相生成(1)过饱和蒸气过饱和蒸气这种在正常相平衡条件下应该凝结
15、而未凝结的蒸气，称为这种在正常相平衡条件下应该凝结而未凝结的蒸气，称为过饱和蒸气。过饱和蒸气。在在t0温度下缓慢提高蒸气的压力温度下缓慢提高蒸气的压力(如在气缸内缓慢压缩如在气缸内缓慢压缩)至至A点，蒸点，蒸气对通常液体已达到饱和状态气对通常液体已达到饱和状态p0，但对微小液滴却未达到饱和状，但对微小液滴却未达到饱和状态，所以蒸气在态，所以蒸气在A点不能凝结出点不能凝结出微小液滴。要继续提高蒸气的压微小液滴。要继续提高蒸气的压力至力至B点，达到小液滴的饱和蒸气点，达到小液滴的饱和蒸气压压p 时，才可能凝结出微小液滴。时，才可能凝结出微小液滴。10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力
16、及其后果第二十五页，本课件共有67页26液体内部产生气泡所需压力：液体内部产生气泡所需压力：pi=p大大+p静静+p由此所需的温度：由此所需的温度：TiT正常正常因此很容易产生暴沸。因此很容易产生暴沸。这种按照相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的液体，称为过热液体。这种按照相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的液体，称为过热液体。(2)过热液体过热液体10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果第二十六页，本课件共有67页27(3)过冷液体过冷液体这种按照相平衡条件，应当凝固而未凝固的液体，称为过冷液体。这种按照相平衡条件，应当凝固而未凝固的液体，称为过冷液体。10.2弯曲液面的附加压力及其
17、后果弯曲液面的附加压力及其后果第二十七页，本课件共有67页28由由于于小小颗颗粒粒物物质质的的表表面面特特殊殊性性，造造成成新新相相难难以以生生成成，从从而而形形成成四种不稳定状态（亚稳态）：四种不稳定状态（亚稳态）：过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液(4)过饱和溶液过饱和溶液溶液浓度已超过饱和液体，但溶液浓度已超过饱和液体，但仍未析出晶体的溶液称为过饱和溶液。仍未析出晶体的溶液称为过饱和溶液。原因：小晶体为凸面原因：小晶体为凸面,prp ，表明表明分子从固相中逸出的倾向大分子从固相中逸出的倾向大，这造，这造成它的浓度大成它的浓度大，即，即溶解
18、度大，由此溶解度大，由此产生过饱和现象。产生过饱和现象。10.2弯曲液面的附加压力及其后果弯曲液面的附加压力及其后果第二十八页，本课件共有67页29在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同的现象称为在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同的现象称为吸附吸附。产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。dG=dA+Ad 被吸附的物质被吸附的物质 有吸附能力的物质有吸附能力的物质 10.3固体表面固体表面第二十九页，本课件共有67页301.物理吸附与化学吸附：物理吸附与化学吸附：性质性质物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附力吸附力范德华力范德华力
19、化学键力化学键力吸附层数吸附层数单层或多层单层或多层单层单层吸附热吸附热小（近于液化热）小（近于液化热）大（近于反应热）大（近于反应热）选择性选择性无或很差无或很差较强较强可逆性可逆性可逆可逆不可逆不可逆吸附平衡吸附平衡易达到易达到不易达到不易达到10.3固体表面固体表面第三十页，本课件共有67页312.等温吸附等温吸附吸附量：当吸附平衡时，单位重量吸附剂吸附的吸附质吸附量：当吸附平衡时，单位重量吸附剂吸附的吸附质V:被吸附的气体在被吸附的气体在0oC,101.325kPa下的体积下的体积气体的吸附量是气体的吸附量是T，p的函数：的函数：Va=f（T,p）T 一定，一定，Va=f（p）吸附吸附
20、等温线等温线 p 一定，一定，Va=f（T）吸附吸附等压线等压线 na一定，一定，p=f（T）吸附吸附等量线等量线即：即：单位：单位：mol kg-1或：或：单位：单位：m3 kg-110.3固体表面固体表面第三十一页，本课件共有67页32吸附等温线吸附等温线:：单层吸附；：单层吸附；、：平面上的多分子层吸附；：平面上的多分子层吸附；、：有毛细凝：有毛细凝结时的多层吸附结时的多层吸附 p:达平衡时的吸附压力；达平衡时的吸附压力；p*:该温度下的吸附气体的饱和蒸气压该温度下的吸附气体的饱和蒸气压10.3固体表面固体表面第三十二页，本课件共有67页333.吸附经验式吸附经验式弗罗因德利希公式弗罗因
21、德利希公式k,n 经验常数，经验常数，与吸附体系及与吸附体系及T 有关。有关。lg(p/p)lg(Va/V)T1T2斜率斜率n;截截距距k（p=1时时的的吸吸附量）附量）T，k 直线式：直线式：对对I类吸附等温线：类吸附等温线：10.3固体表面固体表面第三十三页，本课件共有67页344.朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式1916年，朗缪尔推出适用于固体表面的气体吸附年，朗缪尔推出适用于固体表面的气体吸附(型型)朗缪尔理论的四个基本假设：朗缪尔理论的四个基本假设：、气体在固体表面上单分子层吸附；、气体在固体表面上单分子层吸附；、固体表面是均匀的（吸附热为常数，与
22、、固体表面是均匀的（吸附热为常数，与无关）；无关）；、被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力、被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力；、吸附平衡是动态平衡、吸附平衡是动态平衡。10.3固体表面固体表面第三十四页，本课件共有67页35等温式的导出：等温式的导出：=被吸附质复盖的固体表面积被吸附质复盖的固体表面积固体总的表面积固体总的表面积复盖率：复盖率：p 较低时，较低时，p,;p足够高时，足够高时，1。v解吸解吸=k1Nv吸附吸附=k1(1-)pN(N:总的具有吸附能力的晶格位置数总的具有吸附能力的晶格位置数)10.3固体表面固体表面第三十五页，本课件共有67页36吸附平衡时：吸附平衡时：
23、v吸附吸附=v解吸解吸，有：，有：k1(1)pN=k-1N式中式中:b=k1/k-1b：吸附系数或吸附平衡常数，与吸附剂、吸附质、吸附系数或吸附平衡常数，与吸附剂、吸附质、T有关。有关。b,吸附能力吸附能力。Langmuir吸附等温式吸附等温式所以有：所以有：以以1/Va对对1/p作图，截距、斜率作图，截距、斜率Vam和和b 直线式：直线式：10.3固体表面固体表面第三十六页，本课件共有67页37讨论：讨论：Vap1)低压时：低压时：bp 1，1+bp bpVa不随不随p 变化变化10.3固体表面固体表面第三十七页，本课件共有67页38讨论：讨论：V Va ap pLangmuir公式较好地解
24、释了公式较好地解释了I类吸附等温线，但却无法解释后四类类吸附等温线，但却无法解释后四类等温线。等温线。1938年年BET将将L理论扩展，提出了多分子层的吸附理论理论扩展，提出了多分子层的吸附理论(BET公式公式)由由Vam求吸附剂的比表面积：求吸附剂的比表面积：am:被吸附分子的截面积。被吸附分子的截面积。am,N2=0.162nm2V0:1mol气体在气体在0oC、101.325kPa下下的体积的体积10.3固体表面固体表面第三十八页，本课件共有67页395.吸附热力学吸附热力学物理吸附为自发过程，物理吸附为自发过程，G0；而气体吸附到表面，自由度减少，；而气体吸附到表面，自由度减少，故故
25、S0；根据：根据：G=HT S0，可知：可知：H sl;杨氏方程只适用于平衡过程，不适用于杨氏方程只适用于平衡过程，不适用于 Gs 0 的铺展过程。的铺展过程。将杨氏方程将杨氏方程代入润湿方程有：代入润湿方程有：0，1800，900，010-4固固-液界面液界面第四十六页，本课件共有67页47将杨氏方程将杨氏方程代入润湿方程有：代入润湿方程有：0，1800，900，0习惯上也用接触角来判断润湿：习惯上也用接触角来判断润湿：90不润湿；不润湿；=0或不存在，完全润湿；或不存在，完全润湿；=180完全不润湿。完全不润湿。10-4固固-液界面液界面第四十七页，本课件共有67页483.固体自溶液中的吸
26、附固体自溶液中的吸附由于溶剂的存在，固体自溶液中的吸附比气体的吸附复杂。由于溶剂的存在，固体自溶液中的吸附比气体的吸附复杂。其中：其中：na：单位质量的吸附剂在溶液平衡浓度为：单位质量的吸附剂在溶液平衡浓度为c时的吸附量；时的吸附量；V：溶液体积；：溶液体积；c0和和c：溶液的配制浓度和吸附平衡后的浓度：溶液的配制浓度和吸附平衡后的浓度;m：吸附剂的质量；：吸附剂的质量；固体自溶液中对溶质的吸附量固体自溶液中对溶质的吸附量:单位：单位：mol kg-110-4固固-液界面液界面第四十八页，本课件共有67页49自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附一般为一般为I型等温线，可用型等温线，可用Langmu
27、ir公式描述：公式描述：b：吸附系数，与溶剂、：吸附系数，与溶剂、溶质的性质有关；溶质的性质有关；nam：单分子层饱和吸附量；：单分子层饱和吸附量；10-4固固-液界面液界面第四十九页，本课件共有67页50自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附吸附等温线一般为到吸附等温线一般为到U型或型或S型，为固型，为固-气吸附类型中没有的。气吸附类型中没有的。亦可用弗罗因德利希等温吸附经验式：亦可用弗罗因德利希等温吸附经验式：na=kcn吸附剂孔径吸附剂孔径吸附质分子的大小吸附质分子的大小温度温度吸附剂吸附剂-吸附质吸附质-溶剂极性溶剂极性吸附剂的表面化学性质吸附剂的表面化学性质稀溶液中影响吸附的因素稀溶液中影
28、响吸附的因素10-4固固-液界面液界面第五十页，本课件共有67页51恒温恒压下恒温恒压下:dT,PG=d(A)=Ad+dA纯液体：纯液体：为定值，降低为定值，降低Gibbs函数的唯一途径是减少液体表面积函数的唯一途径是减少液体表面积；溶液：溶液：与组成有关，与组成有关，可自发进行溶质在溶液表面的吸附而改变溶可自发进行溶质在溶液表面的吸附而改变溶液液 10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十一页，本课件共有67页52:无机酸、碱、盐、多羟基化合物无机酸、碱、盐、多羟基化合物等等c，称为，称为表面惰性物质表面惰性物质在表在表面发生面发生负吸附负吸附。：醇、酸、醛、酯、酮、醚：醇、酸、醛、酯、酮、
29、醚等极性有机物；等极性有机物；c，；正吸附正吸附：表面活性剂：表面活性剂(8C以上的有机酸盐、胺等以上的有机酸盐、胺等)，c，；正吸附正吸附、类物质均可称为表面活性物质类物质均可称为表面活性物质1.溶液表面的吸附现象溶液表面的吸附现象10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十二页，本课件共有67页53：溶质在溶质在单位面积单位面积的表面层中的的表面层中的吸附量吸附量(mol m-2)(即：与内部比较，单位表面层上溶质的过剩量，亦称即：与内部比较，单位表面层上溶质的过剩量，亦称表面过剩表面过剩.)c:溶质在溶液本体中的平衡浓度（或活度）。溶质在溶液本体中的平衡浓度（或活度）。(1877年年)2.
30、表面过剩浓度与表面过剩浓度与Gibbs吸附等温式吸附等温式10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十三页，本课件共有67页54证明：证明：设设n0,1，n0,2为溶剂、溶质的总的物质的量。为溶剂、溶质的总的物质的量。Gibbs将气液相分界面将气液相分界面ss定在定在hs高度处，正好使：高度处，正好使：溶剂的吸附量：溶剂的吸附量：1=n0,1c1hsAs=0而溶质吸附量：而溶质吸附量：2=n0,2 c2hsAs（设容器的截面积（设容器的截面积A为单位面积）为单位面积）10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十四页，本课件共有67页55对恒温，恒压下二元系统，下面方程对表面成立：对恒温，恒压下二元
31、系统，下面方程对表面成立：(1)在各强度性质在各强度性质T、p、恒定情况下，积分上式可得：恒定情况下，积分上式可得：(2)表面表面Gibbs函数是状态函数，具有全微分性质，所以有：函数是状态函数，具有全微分性质，所以有：10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十五页，本课件共有67页56与与(1)式比较，可得表面吉布斯式比较，可得表面吉布斯-杜亥姆方程：杜亥姆方程：10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十六页，本课件共有67页57由由Gibbs公式公式可知：可知：10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十七页，本课件共有67页583.表面活性物质在吸附层的定向排列表面活性物质在吸附层的定向排
32、列一般情况下，表面活性物质的一般情况下，表面活性物质的-c 曲线如下图曲线如下图(a)稀溶液稀溶液(b)中等浓度中等浓度(c)吸附趋于饱和吸附趋于饱和10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十八页，本课件共有67页59实验表明：许多长碳链实验表明：许多长碳链化合物的横截面均为化合物的横截面均为0.205nm2,说明饱和吸说明饱和吸附时，分子是直立在表附时，分子是直立在表面的。面的。由由 m可求吸附分子的横截面积可求吸附分子的横截面积am：测测 c c m am (Gibbs公式公式)(Langmuir公式公式)10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第五十九页，本课件共有67页60(1)表面活性剂
33、的分类表面活性剂的分类可按在水中是否电离，分为可按在水中是否电离，分为离子型离子型与与非离子型非离子型的表面活性剂。的表面活性剂。亲水的极性集团亲水的极性集团亲油的长链非极性基团亲油的长链非极性基团结构：结构：4.表面活性剂表面活性剂表表面面活活性性剂剂能能显显著著降降低低水水的的表表面面张张力力的的一一类类两两亲亲性性质质的的有有机机化化合合物。即分子间同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或环。物。即分子间同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或环。10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第六十页，本课件共有67页6110.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第六十一页，本课件共有67页62（2
34、）表面活性剂的基本性质）表面活性剂的基本性质在水溶液表面吸附和形成胶束在水溶液表面吸附和形成胶束表面活性剂的两个重要参数：表面活性剂的两个重要参数：cmc和和HLB(a)稀溶液稀溶液(b)开始形成胶束开始形成胶束(c)大于大于cmc的溶液的溶液10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第六十二页，本课件共有67页63cmcc从从c曲曲线线可可知知，m时时，与与之之对对应应的的-c曲曲线线上上的的 降降至至最最小小值值不不再再变化。此时若再增加其浓度，将形成胶束。变化。此时若再增加其浓度，将形成胶束。胶束（团）的形成和临界胶束浓度：胶束（团）的形成和临界胶束浓度：形成临界胶团所需表面活性剂的最形成临界
35、胶团所需表面活性剂的最低浓度称为临界胶团浓度低浓度称为临界胶团浓度cmc胶胶束束的的形形状状可可依依浓浓度度不不同同而而呈呈球球状状、椭椭球球状状、棒状及层状。棒状及层状。10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第六十三页，本课件共有67页64表面活性剂的许多性质在表面活性剂的许多性质在cmc处发生转折，例如电导率，渗透压、去污处发生转折，例如电导率，渗透压、去污能力、增溶作用等。能力、增溶作用等。表面活性剂溶液的性质c10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第六十四页，本课件共有67页65（3）HLB法法HLB亲水亲油平衡亲水亲油平衡(hydrophile-lipophilebalance)10.5
36、溶液表面的吸附溶液表面的吸附第六十五页，本课件共有67页66（4）表面活性剂的实际应用表面活性剂的实际应用例例:去污作用去污作用润湿、去污、助磨、乳化、破乳（消泡）润湿、去污、助磨、乳化、破乳（消泡）等等。等等。10.5溶液表面的吸附溶液表面的吸附第六十六页，本课件共有67页67本章主要介绍了界面的特殊物理化学性质。由于界面上的分子受力不本章主要介绍了界面的特殊物理化学性质。由于界面上的分子受力不对称，产生了界面张力，进而引起了一系列界面现象，如：对称，产生了界面张力，进而引起了一系列界面现象，如：弯曲液面弯曲液面上的附加压力、小液滴上的饱和蒸气压、亚稳态现象、吸附现象、上的附加压力、小液滴上的饱和蒸气压、亚稳态现象、吸附现象、润湿现象等等。重点应理解表面张力和表面润湿现象等等。重点应理解表面张力和表面Gibbs函数的概念，并函数的概念，并会应用会应用Laplace方程、方程、Kelvin方程、方程、Langmuir吸附等温式、吸附等温式、Gibbs吸附吸附等温式、以及等温式、以及Young方程和润湿公式方程和润湿公式等进行相关的计算。等进行相关的计算。小结小结第六十七页，本课件共有67页