第二章 表面活性剂作用原理课件.ppt

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1、第二章表面活性剂作用原理2.1表面张力与表面活性§2.1.1表面张力和表面自由能§2.1.2表面活性与表面活性剂§2.1.3表面活性剂的结构特点§2.1.1表面张力和表面自由能液体内部分子所受的力彼此抵销表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（密度低）表面分子受到被拉入体相的作用力这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。表面张力（Surfacetension）由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。液体表面的最基本的特性是趋向于收缩（a）（b

2、）液膜自动收缩实验2021/7/28使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，：作用于单位边界上的表面张力。表面张力在两相(气-液)界面上，处处存在着一种张力，这种力与表面的边界垂直，指向液体方向并与表面相切，把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用g或表示。表面张力的单位：表面功（Surfacework）由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。温度、压力和组成恒定时，使表面积增加d

3、A所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：表面自由能(Surfacefreeenergy)广义的表面自由能定义：狭义的表面自由能定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时,Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号或表示，单位为J·m-2。保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。表面张力从力的角度：作用于表面单位长度边缘的力；从能量角度：单位表面的表面自由能某些液体、固体的表面张力和液／液界面张力影响表面张力的因素影响表（界）面张力的因素主要有：●液体本身的性质有关外，还与共存的另一相的性

4、质有关；●温度：温度增加，表面张力降低。●压力：压力增加，表面张力降低。表面张力测定方法滴重法：精确简便毛细管上升法：精确度高，最常用环法吊片法最大气泡压力法滴外形法：表面吸附速率很慢的溶液第二节表面张力的测定（1）威廉米（Wilhelmy）板法（吊片法）从原理上讲是用环圈取代了板法中的吊片。式中F为修正因子（2）DuNouy环法（3）最大气泡压力法将内半径R的毛细管与待测液面刚接触，然后让毛细管内外有一个压力差（或通过毛细管内加压，或通过毛细管外减压），那么毛细管尖端会有气泡产生，其最大压力即是按Laplace所表示弯曲液面上的压力差：（4）滴重法（滴体积法）（滴体

5、积法）当液体顺毛细管往下流动至顶端时逐渐聚集成为液滴并长大，直至液滴的重量等于（和大于）毛细管端的表面张力之力时液滴才会滴落。（5）毛细管法细管法图4所示的弯月面的曲率半径r一般不等于毛细管内径R，除非弯月面是半球面，即接触角θ=0。那么在弯月面顶点O处应存在如下平衡：以（△p）0=O为顶点的液柱压强p0图4毛细现象示意图式中a2称为毛细管常数。由第三式可知，只要测出毛细上升高度h,及曲率半径r，就可以准确地计算值，然而b是不容易测知的。从另一个角度分析毛细上升，那就是与弯月面相切的向上的表面张力将液体拉升一个高度h以液体重力平衡这个表面张力，即：（当θ≈0时）则有：

6、忽略液柱顶端弯月面处冠状部分液体的重量：§2.1.2表面活性与表面活性剂第1类（曲线A）：溶液表面张力随浓度增加而缓慢升高，大致呈直线关系：无机酸、碱、盐等第2类（曲线B）：溶液表面张力随浓度增加而逐渐降低：有机酸、醇、醛等第3类（曲线C）：溶液表面张力浓度很低时急剧下降，很快达到最低点，此后溶液表面张力随浓度变化很小，例如肥皂、长链烷基苯磺酸钠等(表面活性剂）在一定的温度下，纯液体的表面张力有一定值，且表面层的组成与内部的相同；但加入溶质后，表面张力会发生变化，且溶液表面层的浓度不同于其内部浓度。表面活性物质能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质这种物质通常

7、含亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。*表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。*非极性成分愈大，表面活性愈大图中属于表面活性物质？非表面活性物质能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分子拖入水中，非表面活性物质在表面浓度低于在本体浓度。如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升高。Traube规则Traube发现，一种溶质在低浓度时表