北京航空航天大學(xué)物理化學(xué)第七章界面現(xiàn)象.ppt
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1、第七章 界面現(xiàn)象 界面無處不在,沒有界面的世界是無法想象的。 混沌未分天地亂,茫茫渺渺無人見。 自從盤古破鴻蒙,開辟從茲清濁辨。 界面 (表面 )現(xiàn)象隨處可見 球型的液滴和氣泡、它們碰撞后的自動聚集長大; 桌面上水滴與汞滴的不同、及在玻璃管中呈凹和 凸液面; 液體的過熱、過冷,溶液的過飽和; 活性炭的脫色、多孔硅膠的吸水干燥功能等。 表面(界面)現(xiàn)象的形成: 例: 一邊長 l1=1cm的立方體。 V=1cm3、總表面積 AS,1=6l12=6cm2; 分割成 l2=10-7cm的小立方體 (1021個 ), V總 =1cm3, AS,2 =6l2 2 1021cm2=6 107cm2; 表面積
2、也增加一千萬倍;表面能也增加一千萬倍。 即是說:粉碎機(jī)對物料所做功轉(zhuǎn)化為物料表面能。 即分散度愈高,表面能愈高。 第七章 界面現(xiàn)象 表面(界面)現(xiàn)象的形成: 處于表面 (界面 )的分子具有比其內(nèi)部分子過剩的 能量。系統(tǒng) 分散度愈大過剩能量愈大 。 分散度的度量 比表面:單位質(zhì)量 (或體積 )的物質(zhì) 的表面積。 1 S 12 S m ;kgm 單位:或 單位: V A a V A m A a S SS 第七章 界面現(xiàn)象 多孔硅膠 活性炭 12 gm7 0 03 0 0 Sa 12 gm20001000 Sa 高的表面能必將引起特殊的表面性質(zhì)。 人腦的總表面積比猿腦大 10倍; 綠葉具有大的質(zhì)量表
3、面,提高了光合作用的量子 效率; 固體催化劑的催化作用,在于其高活性的表面; 達(dá)到 nm級的超細(xì)微粒具有巨大的比表面積,因而 具有許多獨特的表面效應(yīng),成為新材料和多相催 化方面的研究熱點。 第七章 界面現(xiàn)象 界面性質(zhì)的應(yīng)用: 輕工業(yè) (日化、造紙、涂料、橡膠 ); 催化化工 ; 材料制備及加工; 採油、選礦及冶金; 生物醫(yī)藥; 環(huán)境治理等。 第七章 界面現(xiàn)象 本章要求: 理解表面吉布斯函數(shù)和表面張力的概念、測量 及影響因素,理解界面變化的自發(fā)方向的判斷; 掌握彎曲液面附加壓力的概念及相關(guān)計算,掌 握開爾文方程,正確分析幾種亞穩(wěn)狀態(tài); 理解固體及溶液吸附概念及區(qū)別,掌握 Langmuri和 Gi
4、bbs吸附等溫式的含義及計算; 了解幾種潤濕現(xiàn)象,掌握楊氏方程及計算; 第七章 界面現(xiàn)象 習(xí)題: P191, 10.3-5, 10.9-10, 10.13, 10.20 第七章 界面現(xiàn)象 本章內(nèi)容: 6-1 表面吉布斯函數(shù)和表面張力 6-2 彎曲液面的附加壓力 6-3 分散度對物質(zhì)性質(zhì)的影響與亞穩(wěn)狀態(tài) 6-4 潤濕現(xiàn)象 6-5 吸附現(xiàn)象 7-1 表面吉布斯函數(shù)和表面張力 一、 (比 )表面吉布斯函數(shù) 二、表面張力 三、影響界面張力的因素 四、界面現(xiàn)象熱力學(xué) 7-1 表面吉布斯函數(shù)和表面張力 一、 (比 )表面吉布斯函數(shù) 考查一個與蒸氣平衡的純液體,其內(nèi)部及表面分子的受力情況: 由于有: g (
5、離子鍵 ) (極性鍵 ) (非極性鍵 ) 如: (液態(tài)金屬 ) (熔融鹽 ) (水 ) (有機(jī)溶劑 ) 1、物質(zhì)本質(zhì) 分子間作用力: 三、影響界面張力的因素 2、溫度: 定壓升溫,密度減小,分子間作用力減小, 減小。 0dTd 即: 13 13 1061.62,80 1088.72,20 mNC mNC 如 H2O 線性關(guān)系: 0);(3/2 時TTTTkV CCm nCCm TTKTTkV )1()6( 03/2 及 17101.2 KJk對非締合液體: 修正為: 例外:鑄鐵、鋼、銅及其合金,某些硅酸鹽、爐渣等。 4、界面介質(zhì)及溶液的組成 一般 (l-g)、 (l1-l2)易測;而 (s-g
6、)、 (s-l)難測, 可依半經(jīng)驗公式計算。一定溫度下有: (s-g) (l-g)。 溶劑中加入溶質(zhì)時,界面張力隨溶質(zhì)濃度的變化 不定 (見表面活性物質(zhì) )。 三、影響界面張力的因素 3、壓力: 定溫加壓 將降低 。這是由于定溫加壓時氣體密 度增加,同時氣體更多地被液面吸附,且氣體在 液體中的溶解度也增大。 常壓下一些液體、固體的表面張力和液 -液界面張力 物質(zhì) /10-3Nm-1 T/K 物質(zhì) /10-3Nm-1 T/K He (液 ) Xe (液 ) N2 (液 ) 正辛醇 (液 /水 ) 丙酮 (液 ) 正辛酮 (液 ) 正己烷 (液 ) 正辛烷 (液 ) 乙醇 (液 ) 苯 (液 )
7、正辛烷 (液 /水 ) 正己烷 (液 /水 ) 0.308 18.6 6.6 8.5 23.7 27.5 18.4 21.8 22.75 28.88 50.8 51.5 2.5 163 90 293 293 293 293 293 293 293 293 293 水 (液 ) 水 (液 /汽 ) 水 (液 /苯 ) Hg (液 ) Hg (液 /水 ) KCl (固 ) NaCl (固 ) MgO (固 ) Cu(液 ) Fe (固 ) Fe (液 ) W (固 ) 72.75 72.88 35.0 485 415 110 90 1200 1268 2150 1880 2900 293 293
8、 293 293 293 298 1173 298 1203 1673 1808 2000 四、 界面現(xiàn)象熱力學(xué) 以 Gibbs函數(shù)為判據(jù),對多組分且組成可變、含一 個確定相界面的封閉系: ),( 21 Sk AnnnpTGG )()( 界面體相使: GGG S B BB AnpVTSG ddddd )()( 定溫定壓恒組成時: dG(體相 )=0 AG dd dd)(d)(dd SSS AAAGG 界面 (6-1-2) 界面張力也改變時: 四、 界面現(xiàn)象熱力學(xué) dd)(dd SS AAGG 界面 1、 一定時: dAS0 時為自發(fā) 。 即 一定的體系 (T,p,nB亦確定 ),表面積減小的方
9、向為自發(fā)方向; 如小液滴的自發(fā)合并長大。 2、 AS一定時: Asd 0 時為自發(fā)。 即 AS一定的體系 (T,p,nB亦確定 ),表面張力減小的方向為自發(fā)方向; 如吸附現(xiàn)象。 3、 、 AS皆可變時: 時為自發(fā)。0 dAdA SS 如潤濕現(xiàn)象 討論: 分散過程的熵變: np S np T AT GS , 分散過程的焓變: npS TTASTGH , AS增加時 , G 增大, 為非自發(fā) 。 隨 T 的變化率為負(fù), 當(dāng) AS增加時 , S 增大 。 AS增加, G 、 S皆增大, H亦增大 SAG Gibbs函數(shù)變: 四、 界面現(xiàn)象熱力學(xué) 7 討論:定 T 定 p、組成恒定的 分散過程 熱力學(xué)
10、 2121 AA SGG dAdG 恒定時積分 7-2 彎曲液面的附加壓力 一、彎曲液面附加壓力的產(chǎn)生 1、平面液體: 表面張力的合力為零。 3、凹面液體 表面張力的合力指向液體外部。 l-g l-g dA p:緊壓力 l ppp gl ppp gl l-g dA F=0 l-g dA p:提升力 l-g l l-g 2、凸面液體: 表面張力的合力指向液體內(nèi)部。 二、拉普拉斯 (Laplace)方程 如一個在液面形成的氣泡 (忽略深度 ): egeg pppppp 或 推動活塞對氣泡做壓縮 -dV: VpW d g1 氣泡膨脹 dV: VpW d e2 凈功: SAVppWWW dd)( eg
11、21 rrrArrrV S d8)4d(d;d4)34d(d 223 rp 2 rpp 1 ,可見: 為皂泡時: rp 4 (7-2-1) pe p pg p r dV dV p 0 prpr 時增加;減小,一定時, 三、液體表面張力的測定 1、最大氣泡法 (如圖:加壓 p) hgpppp ee hgrp 2 khhRg 2 設(shè)計實驗 測量 。 顯然,當(dāng) r=R 時, p最大 由已知 1 的液體 (如水 )測量 h1,求得 k,則待測液體 的 2為: 2 1 1 2 hh h p pe pe+p 半徑為 R 的毛細(xì)管 pe 2、毛細(xì)現(xiàn)象與毛細(xì)管法測液體表面張力 R 毛細(xì)管半徑; r 凹液面半徑
12、 接觸角; h 液面上升高度 平衡時: ghrp 2 c o s; Rr 3、滴重法: mg=2r 4、吊環(huán) (或吊板法 )法 5、靜滴法 6、半經(jīng)驗估算法 r R h p 三、液體表面張力的測定 c os2 gR h gRh c o s2或 (7-2-2) 7 7-3 分散度對物質(zhì)性質(zhì)的影響與介穩(wěn)狀態(tài) 一、分散度對液體飽和蒸汽壓的影響 Kelvin方程及過飽和蒸氣、過冷液體 pr1 pr2 0, pr p* 氣泡或凹液面, r 0, pr p* G(微液滴 )G(大液滴 ) 毛細(xì)管凝結(jié): pr (凹面 ) p* G(凹面液 ) p* G(微晶粒 )G(普晶粒 ) 亞穩(wěn)狀態(tài) (介安狀態(tài)、介穩(wěn)狀
13、態(tài)) *ln * mm , r p pRTGG r p T Tr,f Tf* pr p* 過冷液體 sl pp srl pp 三、分散度對結(jié)晶影響的熱力學(xué)分析 0 m p m S T G *: TT 液平衡相交時固 液相穩(wěn)定時: 固相穩(wěn)定時: s m l m l m s m * * GGTT GGTT 對于新生半徑為 r的微小晶粒: lmsS , msmsm , rr* GGGGTT )(時, 同理可分析其它新相生成問題 (如過冷及過飽和現(xiàn)象 ) 新結(jié)晶相難以生成 smlm SS 而 Gm() T s l lmsm GG p Tr T* sr 四、過熱液體現(xiàn)象 當(dāng)平面液體加熱至 p*=pe時,
14、液體沸騰。 但對 液體中的初生小氣泡 : 如圖有: rghpp 2 eg 計算過熱溫度, )11(*ln 21 mv a pg TTR H p p 亞穩(wěn)狀態(tài)是熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài),打破時自發(fā)傾向很 大 (如爆沸 )。實際過程中,可根據(jù)需要消除或造成亞 穩(wěn)狀態(tài)。 r h pe r (6-3-3) 可應(yīng)用克 -克方程: 五、分散度對固體化合物分解壓的影響 ( g )COC a O ( s )( s )C a C O 23 例: RT GA K AGGGGr BfBC a C OS p C a C OS BfB S , C a C O BfB m 3 33 )( e x p )( 增加增加時,即: )(
15、 SS O , C a C O3 AA BfBm GGr 對于粉末 CaCO3: RT G p p KppT r m eq CO peqCOC a C O, e x p;)( 2 23分 7 亦增加。增加, 分 3C a C O,p pK 7-4 固液界面 潤濕現(xiàn)象 一、潤濕定義: 液體與固體(或液體與液體)接觸時,系統(tǒng)的 Gibbs能降低者為潤濕。 G值降低愈多,潤濕程度愈高。 潤濕時,兩介質(zhì) 相親 ;不潤濕時,兩介質(zhì) 相憎 。 時為自發(fā)。0 dAdAdG SS 潤濕過程可能 、 AS皆變,根據(jù)界面熱力學(xué)有: 二、接觸角與楊氏 (Young)方程 接觸角 : 從 g、 l、 s三相接觸點 O
16、作 l-g界面切線,其與 s-l界 面的夾角 (含液體 )為接觸角 (潤濕角 )。 c o sgllsgs 平衡時: gl lsgsc o s 當(dāng) s-g s-l, 90 時為潤濕,且 l-g不利于潤濕; 當(dāng) s-g 90 時為不潤濕,且 l-g不利于不潤 濕; 楊氏方程 (7-4-1) O s-g l-g s-l O l-g s-l s-g 二、接觸角與楊氏 (Young)方程 三、潤濕的第二種分類 附著潤濕、浸漬潤濕、鋪展?jié)櫇?潤濕程度提高 按潤濕程度可分為: 1、附著(沾濕)潤濕: 0)( glgsls S a A GG條件: 0lsglgsa aa W GW 則: 為粘附功令: Wa愈
17、大 ( Ga愈負(fù) ) 界面結(jié)合力愈強(qiáng) 附著潤濕 程度愈高。 附著 分離 l-g s-g s-l 1、附著(沾濕)潤濕: 若將 s-g以 l-g取代,則為 l-l 附著; 又若為 同一液體 時: 020 gl S a A GG 且有內(nèi)聚功: 02 glc W 與分子間作用力有關(guān) 附著 分離 l1-g l2-g l1-l2 三、潤濕的第二種分類 2、浸漬潤濕: 0gslsi SA GG條件: 0lsgsii GW浸漬功: Wi愈大 ( Gi 愈負(fù) ) 浸漬潤濕程度愈高。 s-g l-g s-l 三、潤濕的第二種分類 3、鋪展?jié)櫇瘢?0 0 gsgllss gsglglls S s G x A G
18、G 或: 條件: 0gllsgssl /s GS 鋪展系數(shù): x(l-g) (x1) s-g l-g s-l 三、潤濕的第二種分類 粘附 功 內(nèi)聚 功 0cal / s WWS或: 附著潤濕 浸漬潤濕 鋪展?jié)櫇?Ga= s-l- s-g - l-g Gi = s-l- s-g Gs= s-l +l-g - s-g Ga= -l-g(cos+1) Gi= -l-gcos Gs= -l-g(cos-1) 180 W i S l/s 潤濕愈難,程度愈高 比較幾種潤濕,并將楊氏方程代入 c o s gllsgs 0G 三、潤濕的第二種分類 7-5 吸附現(xiàn)象 減小的方向為自發(fā)方向即 一定時 ;0, dA
19、dGA SS 因此,固體及溶液表面均有自動吸附能力,以使 其 降低。但各自定義不同。 一、固體表面吸附: 1、定義: 固體物質(zhì) A自動地將其周圍介質(zhì)中的粒子 B吸附于 自己表面上的現(xiàn)象稱為固體的吸附現(xiàn)象。 A 吸附 劑, B 吸附質(zhì)。 一、固體表面吸附 2、吸附量: 單位質(zhì)量的吸附劑 A,所吸附吸附質(zhì) B的物質(zhì)的量 (或標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)。 單位: molkg-1 或 m3kg-1 單分子層飽和吸附量, 1時為多分子層吸附 a BmV , m VV m nn )S T P(Ba B Ba B 或 (7-5-1) a Bm, a B V V 總表面積 被吸附覆蓋的表面積表面覆蓋率: (7-5-2
20、) 3、吸附等溫線: 一般吸附過程為放熱,所以隨 T升高, V a減小。 一、固體表面吸附: T升高時,要達(dá)到相 同的吸附量,需要更高 的壓力。 0ln 2 ma b s n RT H T p V a /c m3 (STP) g -1 p(NH3)/kPa 150 100 50 0 20 40 60 80 -33.5 0 30 80 151 圖 1: NH3在 C上的吸附等溫線 吸附量一定時: 五種 g-s吸附等溫線: p*為吸附質(zhì)在測量溫度下的飽和蒸氣壓。 V a 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 p/p* (Langmuir型 ) (S型 ) 單分子層 多層 (毛細(xì) 凝結(jié) ) 無飽和
21、 弱 吸 附 + + a BmV , 53 一、固體表面吸附: 對各種吸附等溫線的說明及應(yīng)用 :化學(xué)吸附及物理吸附中的微孔吸附。 如: O2在硅膠上的吸附; NH3在 C上的吸附等。 : 5nm以上的微孔吸附:當(dāng) p/p*為 0-0.1時,是單分子層吸附, 0.1-0.4時,為多分子層吸附; 0.4以上為毛細(xì)管凝結(jié);最后為 一般冷凝??讖綗o上限,所以無飽和。如:低溫 78K時, N2在 Si膠及 Fe催化劑上的吸附等。 :微孔徑在 2-20nm間,當(dāng) p/p*1 時,大孔被填滿而呈飽和。 如: 323K時苯在 FeCl3上的吸附。 、 :吸附力較弱,起始吸附量很小。 p/p*增加時,發(fā)生 多分
22、子層吸附及毛細(xì)管凝結(jié),使吸附量迅速上升, p/p*1 時, 二者分別類似與 、 。如 35K時 Br2在 Si膠上的吸附為 ; 100 下 H2O(g)在活性炭上的吸附為 。 4、物理吸附與化學(xué)吸附比較 CO在 Pd表面的吸附等壓線 t/ 物 理 吸 附 化 學(xué) 吸 附 過 渡 狀 態(tài) 0 -200 200 V a 性質(zhì) 物理吸附 化學(xué)吸附 吸附作用 力 范德華力 化學(xué)鍵力 吸附熱 液化熱 反應(yīng)熱 選擇性 無 有 吸附層 多 (或單 )層 單層 吸附 速率 低溫快 低溫慢 大于某 T方 發(fā)生 升高 T的 影響 減弱 先增強(qiáng)后減 弱 一、固體表面吸附: 5、吸附等溫式 s-g吸附的半經(jīng)驗?zāi)P?(
23、 1)弗萊因德利希( Freundlich)經(jīng)驗方程 * 適用于中壓范圍 l gl gl g BaB pnkn 取對數(shù): lg aBn 1 3 3/lg Pap B 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 CO在活性碳上的吸附 為經(jīng)驗參數(shù)nk kp m n n nBBaB , (7-5-3) 一、固體表面吸附: 一、固體表面吸附 吸附等溫式 ( 2)朗格繆爾 (Langmuir)吸附等溫式 固體表面各處均勻,吸附能力相 同,吸附質(zhì)間無作用力; 單分子層吸附,吸滿后達(dá)飽和; 存在吸附與脫附動態(tài)平衡。 吸附劑 A+吸附質(zhì) B 吸附劑 吸附質(zhì) (A-B) k1 k 2 平衡: 1- p 21
24、2211 ;)1( vvkvpkv 吸附平衡時: p aBV a BmV , 整理得 表面覆蓋率: 基本假設(shè): 吸附系數(shù) 2 1 k kb 21 )1( kpk 一、固體表面吸附 吸附等溫式 ( 2)朗格繆爾 (Langmuir)吸附等溫式 bp bp pkk pk 112 1 (7-5-4) 表面覆蓋率: bp bpVV 1 a B , m a B 朗格繆爾吸附等溫式: (7-5-5) a Bm a B V V , ,又由: :低壓區(qū), 1+bp1, 重要應(yīng)用:固體催化劑催化氣相反應(yīng),見反應(yīng)動力學(xué) ( 2)朗格繆爾 (Langmuir)吸附等溫式 bpVV aB , maB aB , maB
25、 VV 一、固體表面吸附 吸附等溫式 bp bpVV 1 a B , m a B 的討論: :高壓區(qū), 1+bpbp, :中壓區(qū); bp bpVV 1 a B , m a B bp bp 1 bp 1 p ( 2)朗格繆爾 (Langmuir)吸附等溫式 一、固體表面吸附 吸附等溫式 bp bpVV 1 a B , m a B 的討論: a B , m a B , m a B 1111 VpbVV 變換: a B , m a B 111 VpV 為直線;截距 aBV1 p1 a mBV ,1 a mBV ,2 b pbVV 121 a B , m a B 時取 1/2 飽和吸附量時壓力的倒數(shù)
26、P170例 10.3.1: CO在活性碳上的吸附。 13a C O , m kgdm67.41 V 12410119.1,01868.0 kgNk P ab 分子數(shù) ( 2)朗格繆爾 (Langmuir)吸附等溫式 bp bpVV 1 a B , m a B 的討論: mAa SS 若吸附劑的比表面積為 as: 由飽和吸附量可推出 as與吸附氣體的分子截面積 am的 關(guān)系: m A B m a mBS Lam nLana , m a x , 阿弗加德羅常數(shù) ( 2)朗格繆爾 (Langmuir)吸附等溫式 一、固體表面吸附 吸附等溫式 求吸附劑的比表面積 BET(Brunauer、 Immet
27、t、 Teller)吸附等溫式 * 基本假設(shè): 靠分子間力產(chǎn)生多層吸附 吸附相當(dāng)于氣體的冷凝; 每層服從 Langmuir模型,并將各層吸附量加和。 *)1(1)*(, ppcpp cpVV a mB a B c為與首層吸附量和冷凝熱有關(guān)的參數(shù); p*為吸附質(zhì)在測量溫度下的飽和蒸氣壓。 一、固體表面吸附 吸附等溫式 (7-5-6) * 11 )*( aB , maB , maB p p cV c cVppV p 變換得: p/p* 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0 0.10 0.20 0.30 (p/p*=0.050.35)均能較好地描述。 重要的應(yīng)用:測定固體的比表面 as(或 A
28、SO) 1223m a xa B , ms kgm1002.6 mm am nLana am為吸附質(zhì)分子的截面積 一、固體表面吸附 吸附等溫式 BET吸附等溫式 * *)1(1)*( a B , m a B ppcpp cpVV 當(dāng)氣體于毛細(xì)管中發(fā)生凝結(jié)時,必形成凹液面, 凹面液體的飽和蒸汽壓低于平面液體的飽和蒸 汽壓,即: pr p* 具多孔結(jié)構(gòu)的吸附劑,可于孔內(nèi)發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。 如 吸附曲線中的 。 毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象 一、固體表面吸附 吸附等溫式 )0(;12*ln rrRT Mpp r 由開爾文公式: 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) (1)若分子間作用力減弱, 減小, 則 B趨向于在溶液表面
29、分布即: c表 c體 , B發(fā)生正吸附 (如 、 ) (2)若分子作用力加強(qiáng), 增大, B則趨向于在溶液內(nèi)部分布即: c表 c體 , B發(fā)生負(fù)吸附 (如 ); cB 1、定義: 溶液表面吸附表現(xiàn)為溶質(zhì)在溶液表面的濃 度與體相濃度不相等( c表 c體 )。 定溫定壓定組成條件下,溶質(zhì) B溶入溶劑 A后: 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 液體上的表面膜 1774年, Benjamin Franklin向皇家學(xué)會宣讀一篇論 文,敘述了將橄欖油倒在倫敦池水面上的結(jié)果:“不滿 一茶匙的油 (約 4.8cm3),立即使幾平方碼的水面平靜下 來,它令人吃驚的蔓延開去,一直伸展到背風(fēng)岸邊,使 四分之一的池面,
30、大概有半英畝 (2028.5m2),看起來像 玻璃那樣光滑?!?論文計算了該油膜的厚度為 24(240 nm) 橄欖油 分子長度的數(shù)量級,即形成一個分子厚度的表面膜。 一定條件下自發(fā)形成表面膜的現(xiàn)象表明:其必是 dG0的過程,是 降低的過程。 2、 Gibbs吸附等溫式: 定義溶液表面吸附量 (表面超量 )為: S B S B dA dn A n BB 或 Gibbs由熱力學(xué)推導(dǎo)得到 B與 、 cB(或 aB)間的關(guān)系: TB B B TB B B aRT a cRT c 或(7-5-7) 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) ;體總其中: nnn B 的單位為: moldm -2 二、溶液表面吸附
31、和表面活性物質(zhì) 2、 Gibbs吸附等溫式: : 00 B TBc 對于水溶液: B為無機(jī)物: NaCl、 NH4Cl、 KOH、 KNO3等; B為有機(jī)物:蔗糖、甘露醇等多羥基化合物。 cB TB B B cRT c 的討論: B /10 10 分子 cm -2 0 -4 H2O 5 cNaCl c丁酸 H 2O 72 cNaCl c丁酸 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 吸附等溫式 、 : 00 B TBc 類如:醇、醛、酮、羧酸、酯; 類如:皂類、 8個碳以上的直鏈有機(jī)酸的堿金屬鹽、 高碳直鏈烷基磺酸鹽或苯磺酸鹽等 表面活性物質(zhì) (表面活性劑 ); TB B B cRT c 的討論: 3、
32、表面活性物質(zhì) (表面活性劑 ): 加入后使溶液表面張力顯著降低的物質(zhì)。 (1)結(jié)構(gòu)特征 雙親結(jié)構(gòu): 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 例: NaC O OCHCHCHCH 2223 硬脂酸鈉 十二烷基苯磺酸鈉 C12H25 SO3-Na+ 親油基 親水基 卵磷脂 21223 21223 C O C H)CH(CH C O C H)CH(CH O O 33222 )CH(NCHC O P O C HH O | O 3、表面活性物質(zhì) (表面活性劑 ): 加入后使溶液表面張力顯著降低的物質(zhì)。 (1)結(jié)構(gòu)特征 雙親結(jié)構(gòu): 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) (2)膠束和臨界膠束濃度 (cmc) 以水溶液為例
33、 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì)分子在界面上的定向作用 (2)膠束和臨界膠束濃度 (cmc) 以水溶液為例 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) cB cmc 隨著 cB的增加,膠束的發(fā)展為: 小膠束 球狀膠束 棒狀膠束 層狀膠束 進(jìn)而還可形成超微液滴。 臨界膠束濃度 (cmc): 形成球狀膠束的最低濃度 , 近似于界面形成單分子層 B的濃度, 相當(dāng)于吸附達(dá)到飽和: m cmc的范圍: 0.00010.1moldm-3 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) 應(yīng)用:減少水庫中水的蒸發(fā)速率。鯨蠟醇 十六烷 基醇, CH3(CH3)15OH是常用試劑。 形
34、成膠束后,使一些不易溶解的物質(zhì),因進(jìn)入膠 束而 增加其溶解度 。進(jìn)而形成 屬于膠體范疇的 (1000nm以內(nèi) )乳狀液、懸浮液、微乳和泡沫 等。 Ln a LanL a S Sm m m a x m a x )/( 11 由飽和吸附量可計算表面活 性物質(zhì)的分子截面積: 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) c m 與表面活性物質(zhì)分子在界面上的定向作用密切相關(guān) (3)表面活性劑類型: P187,表 10.5.2 離子型 陰離子型:在水中電離,活性部位為陰離子; 陽離子型:在水中電離,活性部位為陽離子; 兩性型:在不同酸或堿性溶液中, 表現(xiàn)為陽或陰離子型; 非離子型: 如具有醚鍵的聚乙二醇
35、類、聚氧乙烯醚類。 特點是不受 pH限制,不怕硬水。 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) (4)表面活性劑的重要應(yīng)用: 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) 增溶作用 ; 乳化及去乳化作用; 潤濕作用; 發(fā)泡及消泡作用; 助磨作用; 浮法選礦作用; 去污作用; 表面活性劑在浮法選礦中的作用 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) 用 HLB 值來表示表面活性物質(zhì)的親水性。 HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | | | | | 石蠟 W/O乳化劑 潤濕劑 洗滌劑 增溶劑 | | | 聚乙二醇 O/W乳化劑 根據(jù)需要,可根
36、據(jù) HLB值選擇合適的表面活性劑 HLB值 = 親 水基質(zhì)量 親水基質(zhì)量 +憎水基質(zhì)量 100/5 二、溶液表面吸附和表面活性物質(zhì) 表面活性物質(zhì) 表面活性劑的應(yīng)用 實用配方:蘆薈潤膚劑 配方(質(zhì)量比): 水 75.2 甘油單硬脂酸酯 3.0 甘油 3.5 鯨蠟醇 1.0 聚氧乙烯 (75)硬脂酸酯 2.6 多聚氧乙烯 (4)十六烷醇醚 0.7 丙二醇雙辛酯雙己酯 2.0 多聚氧乙烯 (10)羊毛醇乙酸酯 1.0 聚氧乙烯 (25)蓖麻油 0.5 蘆薈膠 (龍舌蘭膠 ) 7.5 礦物油 3.0 防腐劑和香料 適量 表面活性劑的應(yīng)用 實用配方:洗發(fā)香波 配方(質(zhì)量比): 磺化丁二醇鈉鹽多聚氧 乙烯醚 8.0 聚丙二醇單硬脂酸 酯 1.0 十二烷基磺酸鈉 4.0 香料 0.5 椰子油酰二乙醇胺 4.0 染料 適量 水 加至 100 習(xí)題: P191, 10.3-5, 10.9-10, 10.13, 10.20
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