油层物理3-2 第二节 吸附作用.ppt

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1、第二节吸附作用及其和表面张力的关系一、吸附的概念溶解于某相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急剧降低该界面层的表面张力的现象的现象。表面活性剂：被吸附在两相界面上、且能大大降低界面张力的的物质叫做表面活性物质或称表面活性剂。表面活性剂是一种两亲分子，含有一个极性端和一个非极性端就其极性而言，可以把原油的组分分为非极性物质和含有极性的活性物质两类。烃类是非极性物质，烃与氧、硫、氮的化合物是活性物质。原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。1液体表面的吸附问题是怎样一个过程，又是如何降低自由界面能的？纯水中加入少许活性剂(肥皂)，则肥皂水溶液的表面张力要比纯水的表面张力减小很

2、多。两相界面的表面张力对外来物（如活性剂肥皂）的存在极其敏感，尽管外来物质很少，它却使表面张力急剧减小。这种现象：一方面表面张力的性质;另一方面外来物的性质2从外来物的性质（肥皂的性质）来看，从化学结构上讲，它是高级脂肪酸的一些盐类，例如钠肥皂分子化学结构式为CnH2n+lCOONa比如C16H33COONa。它的一端是由碳氢组成的基团，具有对称的非极性结构，称之为碳氢链(如C16H33-)；另一端则是非对称的极性基团(如-COONa)。这种具有两性的分子通常以“—O”表示。直线段代表非极性的碳氢链，圆环的一端代表极性基团。钠肥皂分子的化学结构式3将少许肥皂活性剂放入纯水中

3、，肥皂活性剂分子便自发地集聚在两相界面层上(水面)，水为极性的，所以，活性剂分子的极性端朝向水里，而非极性端则力图与非极性的空气相作用，从而使得水表面层的极性差减小，水表面层的自由表面能也随之减小，表面张力减小。4二、气-液界面（表面）的吸附从图上可以看出，当表面活性物质的浓度较小时，随浓度的增加，比吸附的增大和表面张力的减小都比较快。但是，当浓度增加到—定值后，比吸附则不再增加，而趋于比吸附最大值。这是因为吸附趋饱和。此时的表面张力值，也就不再随浓度的增加而减小了。图8—14中最右边的情况，就是水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极性端向内互相靠拢，亲水基向外，形成所谓‘

4、胶束’。从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可以看出，若C为吸附在A、B两相界面的物质，则物质A的极性＞C的极性＞B的极性，这就是所谓的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发生，都将满足这一个原则。5二、气-液界面（表面）的吸附可见，活性剂集中到界面上去，就会使极性差减小，也就是使自由表面能（即表面张力）减小，而这一过程恰与自由能趋于最小的趋势是一致的，所以，肥皂活性剂分子向水界面层集中是自发的过程。纯水的表面张力很大(72.8mN／m)，而加肥皂后表面张力会大大降低。具有上述结构的分子所组成的物质——表面活性剂，在液体中都能降低界面张力。从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可以看出：

5、若C为吸附在A、B两相界面的物质，则物质A的极性＞C的极性＞B的极性这就是所谓的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发生，都将满足这一个原则。6二、气-液界面（表面）的吸附原油是含多种分子的混合物，就其极性组成而言，可以分为非极性物质和含有极性的活性物质两类。前者如烷烃、环烷烃和芳香烃，后者一般是烃与氧、硫、氮的化合物，如环烷酸、胶质、沥青质等。实际上，可以认为原油是表面活性物质在非极性烃类中的一种溶液。被吸附在两相界面层上、能大大减低表面张力的物质叫做表面活性物质或表面活性剂。界面层单位面积上比相内多余的吸附量叫比吸附，用G表示。7二、气-液界面（表面）的吸附在气-液界面上，

6、比吸附与溶质浓度、表面活度之间的关系由吉布斯(Gibbs)等温吸附关系式表示：式中：G——吉布斯比吸附量；C——溶质浓度；()T——表面活度，即在某一温度下，表面张力随溶液浓度的变化率，代表溶质表面活性的大小；T，R——绝对温度和通用气体常数。8二、气-液界面（表面）的吸附当<0时，比吸附G为正值，称为正吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加而减少，溶质为表面活性物质；如果＞0时，比吸附G为负值，称负吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加而增加，溶质为表面非活性物质，如多数的无机盐如NaCl、MgCl2、CaCl2等都会使表面张力增高。它们溶于水中，会增加了水相分子的内聚力，从

7、而就增加了油-水、气-水的界面张力。9二、气-液界面（表面）的吸附比吸附G与溶液中表面活性物质浓度之间的关系曲线，称为比吸附等温线表面张力σ与溶液中表面活性物质浓度之间的关系曲线，称为表面张力等温线吸附饱和10二、气-液界面（表面）的吸附最右边的情况：水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极性端向内互相靠拢，亲水基向外，形成‘胶束’——Micelle由于非极性的憎水端被极性端完全包围在内部，不与水接触，它们就会稳定地溶于水中，对水的表面张力也就没有太大影响。临界胶束浓度CMC——CriticalMicelleConc