材料表面与界面-2ppt课件

1、总结 物质表面存在表面张力 表面张力和表面自由能概念不同，数值相同 表面张力是由于物质表面上分子与本体中分子所受的相互作用力不同，产生表面收缩所致 水表面张力 72mN Laplace方程2PR Kelvin公式102ln()MpRTpr012MppRTr2.7 溶液表面 溶液表面张力取决于：1、溶液组成部分分子相互作用 2、溶液组成部分分子在表面上的分布2.7.1 溶液表面张力C 水溶液浓度IIIIIII类：随C增加，溶液表面张力上升溶质一般为盐类II类：随C增加，溶液表面张力下降溶质一般为有机物 3） 1）按亲水部分1离子型3混合型2非离子型亲水性：1） 3） 2） 溶解性离子型表面活性剂

2、在温度高于一定值时，溶解度急剧增加ST/Krafft点非离子表面活性剂，当温度上升到一定温度时，溶解度下降，出现浑浊现象，该温度称为浊点Cloud Point CMC critical micelle concentrationmicelleCMC溶液性质CCMC表面张力油溶性渗透压当量电导 HLB值表面活性剂分子中的亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性表达 hydrophile-lipophile balance 1HLB值的标准值的标准 石蜡石蜡0 油酸油酸1 油酸钾油酸钾20 十二烷基硫酸钠：十二烷基硫酸钠：402HLB值应用表面活性剂分类 HLB 1 亲油性极强的表面活性剂 HLB 40

3、 亲水性最强的表面活性剂 HLB 10 亲油性与亲水性的中点表面活性剂应用 HLB 36 油包水乳液 HLB 78 润湿剂 HLB 916 水包油乳液3HLB值测定5%未知HLB值的乳化剂分散在15%已知HLB值的油相中 油相制备：粗蒸松节油HLB 16和棉籽油 （HLB 6复配得到不同HLB值的油相加80%的水在Janke-Kunkel型KG分散器以最小速度分散1分钟制备后12，24小时后比较样品的稳定性，得乳化剂的HLBJournal of American Oil Chemists Society 60(4):862 (1983)4HLB值计算非离子表面活性剂HLB计算07 11.7lo

4、gWMHLBMMw 亲水基团相对分子质量Mo 秦油基团相对分子质量Journal of American Oil Chemists Society 49(8):499 (1960)非离子、阴离子表面活性剂HLB计算7HLB 亲水基数亲油基数混合表面活性剂HLB计算1122%HLBHLBwHLBw适用于非离子表面活性剂2.7.3 表面吸附iidUTdSpdVdAdniidUTdSpdVdAdnSiiUTSpVrAniiiidUTdSSdTpdV VdpdAAddnnd0iiSdTVdpAdnd0iiAdn d恒温、恒压下：iinddA设：iinA lniidRTda1122lnlndRTdaRT

5、da Gibbs面n10溶剂表面上为0时，溶质的表面过剩Gibbs吸附公式稀溶液(1)221lndRT da (1)221lndRT da 21lndRT dC 22CdRT dC d/dC +d/dC -低表面张力物质在表面上聚集(1)222CdRT dC 第三章 界面相互作用作用力：Van der waals力 静电力空间相互作用力作用类型WD）/JD/nmW0D0相互作用能物体相互间的距离吸引排斥WD）/JD/nm排斥聚沉 coagulationWD）/JD/nm絮凝 flocculation絮凝可以再分散3.1 Van der Waals力3.1.1 Van der waals类型取向

6、力色散力诱导力偶极子间相互作用瞬间偶极相互作用偶极对物体相互作用Kesson力London力Debye力3.1.2分子间 Van der waals力2 212260( )3(4)u uW rTr取向力色散力诱导力0 介电常数真空中）Boltzman常数u 偶极距r 偶极间距离T 温度极化率v 频率U1偶极距u2 诱导偶极距1212260123( )(4) ()hv vWrvvr 221221260( )(4)uuW rrWvdw= -( CK + CL + CD )/r6 = - C/r6分子间Van der Waals力与分子间距离r6成反比取向力K色散力L诱导力DCCl401000苯01

7、000甲苯0.1990.9氯苯13.378.18.6苯胺13.677.98.5乙醚10.282.57.1乙醇42.647.69.73.1.3宏观物体间的Van der Waals力宏观物体间的Van der Waals力为各组成物之间Van der Waals力加和WD） UADnU 物体大小、形状因子A Hamaker常数1球与平面间的作用力平面DRWD） AR6D2平面与平面间的作用力平面DWD） A12D2特点 宏观物体间的Van der Waals力有加和性 Van der Waals力相互作用范围大，5nm 相互作用力与物体形状有关两物体通过第三种介质相互作用3Hamaker常数计算

8、A AL ADKn 折光指数v 频率2222132322 1/222 1/222 1/222 1/2132313233()()8 2()()()()Lhv nnnnAnnnnnnnn 介电常数13231323DKAT相同聚合物通过空气3 1，n31）、水（ 3 80，n31.333相互作用的Hamaker常数Polymnv/1015s-1mediumHamaker Constant/10-20JobservedcalculatedPS2.551.5572.3air6.56.6PS2.551.5572.3water 1.40.95PVC3.21.5272.9water 3.83.8PTFE 2.

9、11.3592.9water 0.290.33 真空中，两种物质总是吸引 介质中，相同物质总是吸引 不同物质或吸引或排斥3.2 静电力3.2.1 扩散双电层固体溶液0ixiGrouyChapman模型两相界面上电荷分离产生的电势差称为双电层电势差，0假设：1表面是无限大平面，电荷均匀分布 2液相中介电常数相同 3扩散双电层中，离子是点电荷无体积），服从Boltzmann分布电荷分布：ni ni0 exp(-Zie/T)ni 双电层中单位体积中i离子的数目ni0 溶液中的i离子数目0=0Zi i离子的价数双电层内，体积电荷密度： ni Zi e电势分布：(1)平面双电层2 /低电势近似，即：22

10、x01(exp(/)iiin Z eZ eT /1iZeT 22001(/)iiiin Z eZe nT 2201 / 2()iinZeT 222x 0/e0 xeK1双电层厚度xK1时，双电层电势特性：1)双电层电势与溶液中离子特性有关2)电势以指数形式衰减Zi 增加，K1下降，双电层变薄，体系稳定性差n0i增加，K1下降，双电层变薄，体系稳定性差/0 x1:12:23:3/0 x10-3mol/L10-2mol/L10-1mol/L2201/2()iin Z eT 一般情况下非低电势电势分布0 xrr e004ZerT000exp(/2 ) 1exp(/2 ) 1ZeTrZeT4ZerT当

11、0很小时，exp(/2) 1exp(/2) 1ZeTrZeT0 xe当0不太小时，4Z erT04xTreZe当0很高时，r0 14xTeZe(2)球面双电层2221()ddrr drdr01(exp(/)iiin Z eZ eT 2 0exp()arar低电势近似a 球半径r 间隔比平板双电层衰减更快3.2.2 stern双电层 Stern层表面吸附层的厚度0stern面上电势电势分布电势分布：(1)平面双电层低电势近似，即：/1iZeT xe一般情况下非低电势电势分布xrr e(2)球面双电层exp()arar低电势近似3.2.3 两平面界面在溶液中的相互作用D两平面间的静电排斥力能）200()(64/)KDRWD