表面活性剂润湿作用PPT学习教案

1、会计学1表面活性剂润湿作用表面活性剂润湿作用2021-10-11它可分为：它可分为：浸湿、沾湿、铺展浸湿、沾湿、铺展三三种情况。种情况。第1页/共48页2021-10-11积为单位值，则此过程中体积为单位值，则此过程中体系自由能变化值为：系自由能变化值为：lgsgslG第2页/共48页2021-10-11自交界处拉开，外界所需做的自交界处拉开，外界所需做的最小功。显然，此值越大，则最小功。显然，此值越大，则固液界面结合越牢。故固液界面结合越牢。故a 是固液界面结合能力即两相是固液界面结合能力即两相分子间相互作用力大小的度量。分子间相互作用力大小的度量。slsgaGWlg第3页/共48页2021

2、-10-11第4页/共48页2021-10-11第5页/共48页2021-10-11在浸湿面积为单位值时，过程的自由能降低为：在浸湿面积为单位值时，过程的自由能降低为：islsgWG式中，式中，i称为浸润功，它反映液体在固体表面上取代称为浸润功，它反映液体在固体表面上取代气体的能力。气体的能力。i0 是恒温恒压下浸湿发生的条件。是恒温恒压下浸湿发生的条件。第6页/共48页2021-10-11第7页/共48页2021-10-11当铺展面积为单位值时，体系自由能降低为：当铺展面积为单位值时，体系自由能降低为： SGslsglg为铺展系数。在恒温恒压条件下，为铺展系数。在恒温恒压条件下，0 时，时，

3、液体可以在固体表面上自动展开，连续地从固液体可以在固体表面上自动展开，连续地从固体表面上取代气体。只要液体量足够多，液体体表面上取代气体。只要液体量足够多，液体将会自行铺满固体表面。将会自行铺满固体表面。第8页/共48页2021-10-110lgslsgaW0slsgiW0lgslsgS上述三种润湿都是界面现象，其过程的实质都是界上述三种润湿都是界面现象，其过程的实质都是界面性质及界面能量的变化。三种润湿发生的条件为：面性质及界面能量的变化。三种润湿发生的条件为：沾湿：沾湿： 浸湿：浸湿： 铺展：铺展： 以上三式也成为润湿能否发生的能量判据。对于同一体系，以上三式也成为润湿能否发生的能量判据。

4、对于同一体系，a ai iS S。显然，若。显然，若S0S0，则必有，则必有a ai i0 0，亦即铺展的标准是润湿的最高标准，能铺展则必能沾湿和浸湿，反之，则不然。因而常以铺展系数作为体系润湿性的指标。，亦即铺展的标准是润湿的最高标准，能铺展则必能沾湿和浸湿，反之，则不然。因而常以铺展系数作为体系润湿性的指标。 第9页/共48页2021-10-11第10页/共48页2021-10-11lgcosslsg) 1(coslglgslsgaWcoslgslsgiW) 1(coslglgslsgS常用来描述润湿的是润湿方程（常用来描述润湿的是润湿方程（Young eq）将润湿方程用于上述三种润湿过程

5、，可得到：将润湿方程用于上述三种润湿过程，可得到：沾湿：沾湿： 浸湿：浸湿： 铺展：铺展： 第11页/共48页2021-10-11) 1(coslgaW) 1(coslgS因此，通过测定液体的表面张力和接触角，即可得到因此，通过测定液体的表面张力和接触角，即可得到粘附功、浸润功和铺展系数的数值。不难看出，接触粘附功、浸润功和铺展系数的数值。不难看出，接触角的大小可作为判断润湿能否进行的判据，它与以能角的大小可作为判断润湿能否进行的判据，它与以能量变化为基础的判据间有如下关系：量变化为基础的判据间有如下关系： 能量判据能量判据 接触角判据接触角判据沾湿：沾湿： 1800铺展：铺展： 0浸湿：浸湿

6、：coslgiW 90第12页/共48页2021-10-11n润湿涉及到至少三相，其中润湿涉及到至少三相，其中一相为固体，所以润湿不仅一相为固体，所以润湿不仅与液体的性质有关，也与固与液体的性质有关，也与固体的性质有关。体的性质有关。第13页/共48页2021-10-11液液液界面张力的测定液界面张力的测定（1 1）毛细上升法毛细上升法：方法简单、方便。但接触角不易测定。：方法简单、方便。但接触角不易测定。（2 2）滴体积法滴体积法：方法简单、方便。但要引入校正因子。：方法简单、方便。但要引入校正因子。注意上述两种方法的有关公式中，不能忽略任一相的密度。注意上述两种方法的有关公式中，不能忽略任

7、一相的密度。关于液关于液液界面张力的理论液界面张力的理论液液界面张力同表面张力一样，是界面上的分子受到两边液液液界面张力同表面张力一样，是界面上的分子受到两边液相相分子作用力的结果。其值与两液体的表面张力有关。分子作用力的结果。其值与两液体的表面张力有关。第14页/共48页2021-10-11abab第15页/共48页2021-10-112a babababaaaWW 1/ 21/ 22abaabbabWW W 第16页/共48页2021-10-111 / 21 / 222abababababab 1/221/21/22ababababa babW 第17页/共48页2021-10-113）F

8、owkes理论GoodGirifalco理论的主要缺陷在于没有从根本上考虑分子间的各种相互作用。Fowkes从另一个角度成功地改进了GoodGirifalco理论，他指出所有存在于分子间的作用力均对液体的表面张力有贡献，即液体的表面张力是各项作用力的贡献之和1/21/21/22()22()DHMIDPDDPPababababDDababab 第18页/共48页2021-10-114 4）吴氏倒数平均法吴氏倒数平均法221/ 21/ 2331. 2.44233.22()aaaabbbbababaabbabbaabaabbabaabbababChChhCCCCCCC 第19页/共48页2021-1

9、0-111/2 1111 2ababaabbababaabbCCCCCC符合几何平均关系符合几何平均关系 符合倒数平均关系符合倒数平均关系44 ,0ddppababababddppababddppababab WuWu在研究有高分子熔在研究有高分子熔体参与的液体参与的液液界面液界面时发现倒数平均更为时发现倒数平均更为合适：合适：第20页/共48页2021-10-1101/dpABababaaaABaabABABWWWWNHNa 第21页/共48页2021-10-11第22页/共48页2021-10-11胶团大量形成的结果，该点的胶团大量形成的结果，该点的浓度仍称为表面活性剂的浓度仍称为表面活性

10、剂的cmc。00第23页/共48页2021-10-11第24页/共48页2021-10-11第25页/共48页2021-10-11超低界面张力超低界面张力第26页/共48页2021-10-11第27页/共48页2021-10-11超低界面张力超低界面张力2304Y第28页/共48页2021-10-11超低界面张力超低界面张力BAY234 (/1)Rxb1334VR第29页/共48页2021-10-11超低界面张力超低界面张力格低廉。为此，研究最多的格低廉。为此，研究最多的是石油磺酸盐。是石油磺酸盐。第30页/共48页2021-10-11超低界面张力超低界面张力活性剂分子量及油相成分的变化活性剂

11、分子量及油相成分的变化都可能使超低表面张力特性消失，都可能使超低表面张力特性消失，针对以石油磺酸钠为活性剂的低针对以石油磺酸钠为活性剂的低界面张力体系，摸索出了一些经界面张力体系，摸索出了一些经验规律。验规律。第31页/共48页2021-10-11超低界面张力超低界面张力在这种关系。在这种关系。（2）等当碳原子数等当碳原子数固定表面活性剂和盐的配方，各固定表面活性剂和盐的配方，各同系物的最适宜同系物的最适宜碳数不同，但存在一定关系，其中，碳数不同，但存在一定关系，其中，烷烃、烷基苯、烷烃、烷基苯、烷基环乙烷的烷基环乙烷的nmin间有如下间有如下关系。第32页/共48页2021-10-11超低界

12、面张力超低界面张力原子数（原子数（NE），），用以表示油用以表示油相形成低界面张力体系的特相形成低界面张力体系的特性，即对同一表面活性剂和性，即对同一表面活性剂和盐的配方显示最低界面张力盐的配方显示最低界面张力的烷基碳数与其他系列中显的烷基碳数与其他系列中显示最低界面张力的那个烃等示最低界面张力的那个烃等价。价。第33页/共48页2021-10-11超低界面张力超低界面张力minnminn第34页/共48页2021-10-1112112233ddududu 1 1、2 2代表两液相，代表两液相，3 3代表溶质，若采用吉布斯界面，即代表溶质，若采用吉布斯界面，即液体液体1 1过剩为过剩为0 0。

13、则上式为。则上式为122233ddudu 第35页/共48页2021-10-11(1)(1)(1)112233(2)(2)(2)112233(1)(2)(2)(1)(2)(1)(1)(2)212123131300 x dux dux dux dux dux duxxxxduxxxxdu第36页/共48页2021-10-11(2)1(1)(2)313112323(1)(2)(2)(1)2121()()xxxxdduxxxx 要从上式求得要从上式求得3 3，必须要求（必须要求（a a）2 2=0=0 (2 )1(1)(2 )3131(1)(2 )(2 )(1)2121( ) 0 xxxxbxxxx

14、而下列二种情况，可满足而下列二种情况，可满足b b条件条件(2)(2)310 xx即溶质及第一液相（水相）在第二即溶质及第一液相（水相）在第二液相完全不溶。液相完全不溶。 1.代入得第37页/共48页2021-10-11(2)(1)(1)(2)31310 xxxx( 2 )(1)33( 2 )(1)11xxxx2.2.此即表示溶质与液体此即表示溶质与液体1 1在两相中摩尔比相同，事实在两相中摩尔比相同，事实上，这点很难做到。上，这点很难做到。若体系能符合上述若体系能符合上述a a、b b条件之一，公式可简化为条件之一，公式可简化为 (1)1233lndRTda 可用来从界面张力测定计算界面吸附

15、量，但实际上可用来从界面张力测定计算界面吸附量，但实际上，上面条件很难成立，故公式只是近似的。，上面条件很难成立，故公式只是近似的。第38页/共48页2021-10-11（2）在低浓度区吸附量随浓度）在低浓度区吸附量随浓度增加上升速度较增加上升速度较快。快。第39页/共48页2021-10-11液液界面上的吸附层液液界面上的吸附层ln(1)mRTA 第40页/共48页2021-10-11液液界面上的吸附层液液界面上的吸附层子间的凝聚力减弱，这也是子间的凝聚力减弱，这也是为什么低浓度时，吸附量随为什么低浓度时，吸附量随浓度上升速度较快的原因。浓度上升速度较快的原因。n从吸附过程的热力学量计算从吸

16、附过程的热力学量计算可看出，液液界面吸附和溶可看出，液液界面吸附和溶液表面吸附所处环境不同，液表面吸附所处环境不同，第41页/共48页2021-10-11液液界面上的吸附层液液界面上的吸附层变。另一方面，根据界面压和变。另一方面，根据界面压和分子平均占有面积分子平均占有面积a数据，以数据，以a作图，其图形非常接近作图，其图形非常接近直线关系，其方程可表示为：直线关系，其方程可表示为：n（a-a0）=kT a-a0=kT a=a0+kTmGmG第42页/共48页2021-10-11液液界面上的吸附层液液界面上的吸附层akT第43页/共48页2021-10-11液液界面上的吸附层液液界面上的吸附层,作用而使体系能量降低作用而使体系能量降低.这两方这两方面作用的结果是体系能量降低面作用的结果是体系能量降低而使界面稳定。而使界面稳定。第44页/共48页2021-10-11液液界面上的吸附层液液界面上的吸附层对大小而产生对大小而