最新油层物理3-2-第二节-吸附作用ppt课件.ppt

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1、油层物理3-2-第二节-吸附作用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-CO

2、ONa)。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，比吸附与溶质浓度、表面活度之间的关系由

3、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，从而就增加了油-水、气-水的界面张力。9二、气-液界面（表面

4、）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——CriticalMicelleConcentration一般表面活性剂的CMC为10－2～10－15mol/L一个胶束中包含的分子个数：几十～几百～几千个11二、气-液界面（表

5、面）的吸附图8—16给出了在油水两相为乙、丙烷混合气体所饱和的情况下，油-水表面张力随压力的变化。当压力开始增加时表面张力有所增加，当压力继续增加时表面张力随即减小，紧接着则趋于不变。这一过程既和乙、丙烷气体在两相中溶解有关系，又和油中的极性组分在两相界面层的浓度变化有关系。12三、液-液界面上的吸附在油水两相体系中，当表面活性剂处于界面上时，亲油基处于油中，亲水基留在水中。表面活性剂在界面上的浓度高于其在油相或水相中的浓度。在互不混溶的液体体系中加入表面活性剂物质，会使它们的界面张力降低。例如正辛烷－水体系，界面张力～50mN/m。加入十二烷基硫酸钠，可以使界面张力降低至几mN/m的水平。1

6、3四、气-固界面上的吸附和液体一样，固体表面上分子所受的力也是不对称的，因此固体表面也存在界面能。固体可以吸附碰撞到其表面上的气体分子或从溶液中吸附其他物质，以降低其表面能。历史上，对吸附作用的研究和工业应用是从固体开始的。14四、气-固界面上的吸附兰格缪尔（1916年）提出的单分子层吸附理论，认为固体表面的分子力场不饱和，产生剩余力并使碰撞到固体表面的气体分子被吸附。吸附作用是气体分子在固体表面凝聚和逃逸两种相反运动的动态平衡的结果。兰格缪尔提出了吸附量与气体压力的关系，即等温吸附关系式：式中：V——某一定量吸附剂上气体吸附质的摩尔数P——气体压力V∞——该一定量吸附剂所能吸附最大摩尔数b—

7、—吸附系数或特性常数。15四、气-固界面上的吸附当P值很低时，bP值远小于1，V≈V∞bP，因此V压力p成正比。在P值很高时，bP值远大于1，则有V＝V∞，这表明高压力下，吸附剂的表面已被单分子层的吸附物质覆盖，增加压力，吸附量不再增加。16四、气-固界面上的吸附固体表面的吸附具有以下规律：（1）单位质量的固体的吸附量，随着吸附界面面积的增大而增大。（2）固体表面是凹凸不平的，表面物质的成分也不均