影响接触角测定的因素ppt课件

1、2 2、影响接触角测定的要素、影响接触角测定的要素 前面引见了一些常用的测定接触角的方法，实施时应留意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定，当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角称为动接触角，动接触角研讨对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义因粘度大，平衡时间长。同时，对于温度变化较大的体系，由于外表张力的变化，接触角也会变化，因此，假设一已基平达平衡的体系，接触角的变化，能够与温度变化有关，简单判别影响要素的方法是，平衡时间的影响普通是一方向的，而温度的动摇能够呵斥的升高或降低。 影响接触角测定的要素影响接触角测定的要素 除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的要素还有

2、接触角滞后和吸附作用。1接触角滞后前进接触角和后退接触角 前进接触角，以液固界面取代固气界面后构成的接触角为前进接触角A，如将固体板插入液体中；后退接触角那么相反，即以固气界面取代固液界面后构成的接触角叫后退接触角，用R表示，如水滴在斜玻璃板上，流动可构成前进接触角和后退接触角。接触角滞后及缘由指前进接触角与后退接触角之差称为接触角滞后A-R影响接触角测定的要素影响接触角测定的要素呵斥接触角滞后的主要缘由有：呵斥接触角滞后的主要缘由有：a.外表不均匀外表不均匀 外表不均匀是呵斥接触角滞后的一个重要缘由外表不均匀是呵斥接触角滞后的一个重要缘由假设固体外表由与液体亲合力不同的两部分假设固体外表由与

3、液体亲合力不同的两部分a、b组组成，那么液体对复合外表的接触角与对两种纯固体成，那么液体对复合外表的接触角与对两种纯固体外表成分本身的接触角的关系是：外表成分本身的接触角的关系是：COS=XaCOSa+XbCOSb Xa、Xb指指a、b的的摩尔分数，摩尔分数，a、b指液体在指液体在a固体和固体和b固体上的固体上的接触角。接触角。影响接触角测定的要素影响接触角测定的要素 实际阐明，前进角普通反映与液体亲合力较弱的那部分固体外表的润湿性，因此，A较大COS小，而后退角反映与液体亲合力较强的那部分固体外表的性质，因此，R较小。对于一些无机固体，由于外表能较高，固而极易吸附一些低外表能的物质而构成复合

4、外表，因此，呵斥液体对这种复合外表形成的接触角滞后景象，可见，欲准确测定一种固体的接触角，必需保证固体外表不受污染。影响接触角测定的要素影响接触角测定的要素 b.外表不平外表不平 外表不平也是呵斥接触角滞后的主要要素，假设将外表不平也是呵斥接触角滞后的主要要素，假设将一玻璃粗化后，将一水滴滴在倾斜玻璃上，那么出一玻璃粗化后，将一水滴滴在倾斜玻璃上，那么出现接触角滞后。现接触角滞后。 Wenzel研讨了固体外表粗度对润湿性的影响，他指研讨了固体外表粗度对润湿性的影响，他指出，一个给定的几何面经粗化后，必然使外表积增出，一个给定的几何面经粗化后，必然使外表积增大，假设以大，假设以r表示粗化程度，那

5、么表示粗化程度，那么 r=A真实真实/A 表观表观影响接触角测定的要素影响接触角测定的要素 显然，r越大，外表越不平，这时，运用润湿方程时应加以粗化较正， 为粗糙外表 上的接 触角，将上式与无粗化的润湿方程相比可得 当90外表粗化将使，当90，外表粗化将使接触角变大，润湿性变差。lgcos ,sgslr c o sc o sr3 3、固体的润湿性质、固体的润湿性质 如对可润湿的金属外表，外表经打磨粗化后，可使润湿性变好如电镀时需外表充分润湿，而对于不润湿的固体外表，外表粗化，将使变大，润湿变差对一些 高聚物外表，可通过粗化使其防水才干提高。 固体的润湿性质1、低能外表与高能外表 从润湿方程可以

6、看出，当90，可润湿，这时 ，即要求 ，可见，低外表张力的液体容易润湿高外表能 的固体，思索到 的数值均在100mN/m以下，常以此为界，将固体分为两类：sgsllgsgglgl固体的润湿性质固体的润湿性质1外表张力大于外表张力大于100mN/m者称为高能固体，这者称为高能固体，这些固体易被液体所润湿，如无机固体、金属及其些固体易被液体所润湿，如无机固体、金属及其氧化物等。氧化物等。2外表张力低于外表张力低于100mN/m者称为低能固体，这者称为低能固体，这类固体不易被液体所润湿，如有机固体、高聚类固体不易被液体所润湿，如有机固体、高聚 物固体。物固体。 普通的无机物固体陶瓷、金属等的外表能约

7、普通的无机物固体陶瓷、金属等的外表能约在在5005000mN/m，其数值远远大于普通液体的，其数值远远大于普通液体的外表张力，因此，液体与这类固体接触后，使固外表张力，因此，液体与这类固体接触后，使固体外表能显著降低。体外表能显著降低。 固体的润湿性质固体的润湿性质2、低能外表的润湿性质 近年来，随着高聚物的广泛运用，低能外表的润湿问题越来越引起人们的注重，如某些高聚物做成的生产用品和生活用品，就要求其能很好地为水所润湿参与某些无机氧化物能够是有效的方法，塑料电镀，降解等也需求处理润湿问题。 Zisman等人首先发现，同系列液体在同一固体外表的润湿程度随液体外表张力的降低而提高 ， ，COS

8、，S=gl(COS-1)假设以COS对gl作图，固体的润湿性质固体的润湿性质可得一很好的直线，将直线外推至可得一很好的直线，将直线外推至COS=1处处=0，相应的外表张力将为此固体的润湿临界外表张力，称为相应的外表张力将为此固体的润湿临界外表张力，称为c、c表示液体同系列外表张力小于此值的液体方可在表示液体同系列外表张力小于此值的液体方可在该固体上自行铺展，即该固体上自行铺展，即S=0，假设为非同系列液体，以，假设为非同系列液体，以COS对对gl 作图通常也显示线性关系，将直线外推至作图通常也显示线性关系，将直线外推至COS=1处，亦可得处，亦可得c。 c是表征固体外表润湿性的阅历参数，对某一

9、固体而是表征固体外表润湿性的阅历参数，对某一固体而言，言，c越小，阐明能在此固体外表上铺展的液体便越少，越小，阐明能在此固体外表上铺展的液体便越少，其可润湿状越差即外表能较低。其可润湿状越差即外表能较低。从实验测得各种低能外表的从实验测得各种低能外表的c值，并总结出一些阅历律：值，并总结出一些阅历律： 固体的润湿性质固体的润湿性质 固体的润湿性与分子的极性有关，极性化合物的可润湿性明显优于相应的完全非极性的化合物如纤维素的c=4045，而聚乙烯为31。 高分子固体的可润湿性与其元素组成有关，在碳氢链中氢被其他原子取代后，其润湿性能将明显改动，用氟原子取代使c变小如聚四氟乙烯为18，且氟原子取代

10、越多，c越小聚氟乙烯为28。而用氯原子取代氢原子那么使c变大可润湿性提高，如聚氯乙烯的c为39，大于聚乙烯的31。 附有两亲分子单层的高能外表显示出低能外表的性质，这阐明决议固体外表润湿性能的是其外表层的基团或原子，而与固体的润湿性质固体的润湿性质基体性质关系不大。因此，当外表层的基团一样时不论基基体性质关系不大。因此，当外表层的基团一样时不论基体能否一样，其体能否一样，其 c 大致一样。大致一样。3、高能外表的自憎景象、高能外表的自憎景象 虽然许多液体可在高能外表上铺展，如煤油等碳氢化合虽然许多液体可在高能外表上铺展，如煤油等碳氢化合物可在干净的玻璃，钢上铺展，但也有一些低外表张力的物可在干

11、净的玻璃，钢上铺展，但也有一些低外表张力的液体不能在高能外表上铺展。液体不能在高能外表上铺展。 出现这种景象的缘由在于这些有机液体的分子在高能表出现这种景象的缘由在于这些有机液体的分子在高能表面上吸附并构成定向陈列的吸附膜，被吸附的两亲分子以面上吸附并构成定向陈列的吸附膜，被吸附的两亲分子以极性基朝向固体外表，而非极性基朝外陈列从而使高能表极性基朝向固体外表，而非极性基朝外陈列从而使高能表面的组成和构造发生变化。即从高能外表变成低能外表，面的组成和构造发生变化。即从高能外表变成低能外表，固体的润湿性质固体的润湿性质当低能外表的当低能外表的c小于液体的小于液体的lg值时，这些液体便不能在值时，这

12、些液体便不能在本身的吸附膜上铺展，这种景象叫做自憎景象。本身的吸附膜上铺展，这种景象叫做自憎景象。 可利用自憎景象改动固体外表的润湿性，如常用一些有自可利用自憎景象改动固体外表的润湿性，如常用一些有自憎景象的油作为一些精细机械中轴承的光滑油，由于这样做憎景象的油作为一些精细机械中轴承的光滑油，由于这样做可以防止油在金属零件上的铺展而构成油污。可以防止油在金属零件上的铺展而构成油污。4 外表活性剂对润湿性的影响外表活性剂对润湿性的影响 可利用外表活性剂以改动体系润湿性质，这主要是从改动液可利用外表活性剂以改动体系润湿性质，这主要是从改动液体的外表张力入手。经过外表活性剂在界面上的吸附而使液体体的

13、外表张力入手。经过外表活性剂在界面上的吸附而使液体外表张力下降到能在固体外表上铺展。外表张力下降到能在固体外表上铺展。 4 4、外表活性剂对润湿性的影响、外表活性剂对润湿性的影响1、润湿剂、润湿剂 从润湿方程看，假设液体的外表张力越低，那么润湿才干越从润湿方程看，假设液体的外表张力越低，那么润湿才干越强，强，当某液体如水的外表张力大于某固体外表的当某液体如水的外表张力大于某固体外表的c值时，此值时，此液体是无法润湿该固体的，但假设参与外表活性剂，使液体的液体是无法润湿该固体的，但假设参与外表活性剂，使液体的外表张力大大降低，一旦外表张力低于外表张力大大降低，一旦外表张力低于c，那么此时液体便能

14、，那么此时液体便能润湿固体，这种外表活性剂普通称为润湿剂。显然，润湿固体，这种外表活性剂普通称为润湿剂。显然，cmc和和cmc值最低的外表活性剂应是最有效的外表活性剂。值最低的外表活性剂应是最有效的外表活性剂。 选择适宜的润湿剂应留意的事项是：选择适宜的润湿剂应留意的事项是：润湿剂在固体外表上吸附时，不应构成憎水基朝外的吸附润湿剂在固体外表上吸附时，不应构成憎水基朝外的吸附层层 由于固体外表通常是带负电的，阳离子型活性剂常构成憎由于固体外表通常是带负电的，阳离子型活性剂常构成憎水基朝外的吸附层，因此，不宜采用。水基朝外的吸附层，因此，不宜采用。外表活性剂对润湿性的影响外表活性剂对润湿性的影响2

15、、固体外表活性剂、固体外表活性剂 外表活性剂也可经过物理吸附或化学吸附以改动固体外表的外表活性剂也可经过物理吸附或化学吸附以改动固体外表的组成和构造，使高能外表变为低能外表，而降低润湿性。组成和构造，使高能外表变为低能外表，而降低润湿性。 产生物理吸附的外表活性剂有：重金属皂类、长链脂肪酸、产生物理吸附的外表活性剂有：重金属皂类、长链脂肪酸、有机胺盐、有机硅化合物、合氟外表活性剂等，这些外表活有机胺盐、有机硅化合物、合氟外表活性剂等，这些外表活性剂普通是在外表构成憎水基朝外的吸附层，而使固体外表性剂普通是在外表构成憎水基朝外的吸附层，而使固体外表能降低。能降低。 假设外表活性剂的亲水基在固体外

16、表产生化学吸附，而使憎假设外表活性剂的亲水基在固体外表产生化学吸附，而使憎水基朝外，那么这亦有利于降低固体的外表能而使其润湿性降水基朝外，那么这亦有利于降低固体的外表能而使其润湿性降低，这方面的实例有黄药黄原酸在矿物浮选中的运用。低，这方面的实例有黄药黄原酸在矿物浮选中的运用。黄药与方铅矿外表发生化学作用。黄药与方铅矿外表发生化学作用。外表活性剂对润湿性的影响外表活性剂对润湿性的影响这时，矿物外表的外层为碳氢基，其润湿性大大下降，并附这时，矿物外表的外层为碳氢基，其润湿性大大下降，并附着于鼓入的气泡中被浮选到液体外表，又如用甲基氯硅烷处着于鼓入的气泡中被浮选到液体外表，又如用甲基氯硅烷处理玻璃

17、或带有外表羟基的固体外表，甲基氯硅烷与固体外表理玻璃或带有外表羟基的固体外表，甲基氯硅烷与固体外表上的羟基作用，释出氯化氢，构成化学键上的羟基作用，释出氯化氢，构成化学键Si-0键，这使原来键，这使原来亲水的固体外表被甲基所覆盖而具有憎液性强和长期有效的亲水的固体外表被甲基所覆盖而具有憎液性强和长期有效的特点，可经过此方法改性特点，可经过此方法改性 玻璃外表从而使其防水如汽车玻璃外表从而使其防水如汽车玻璃，玻璃镜片等。玻璃，玻璃镜片等。 再如普通的棉布因纤维中有醇羟基团而呈亲水性，所以很再如普通的棉布因纤维中有醇羟基团而呈亲水性，所以很易被水沾湿，不能防雨，假设采用季胺盐类活性剂与氟氢化易被水

18、沾湿，不能防雨，假设采用季胺盐类活性剂与氟氢化合合物混合处置后，外表活性剂的极性基与纤维的醇羟基结合物混合处置后，外表活性剂的极性基与纤维的醇羟基结合 外表活性剂对润湿性的影响外表活性剂对润湿性的影响而憎水基朝向空气，从而使棉布外表从润湿变为不润湿，而憎水基朝向空气，从而使棉布外表从润湿变为不润湿，由此方法可做成雨衣或防水布。由此方法可做成雨衣或防水布。 以上讨论的是极性固体的外表改性以上讨论的是极性固体的外表改性 ，假设为非极性固体，假设为非极性固体外表，假设经过外表活性剂的吸附构成亲水基向外的吸附外表，假设经过外表活性剂的吸附构成亲水基向外的吸附层那么可使憎水外表变为亲水外表，即使其润湿性

19、提高，层那么可使憎水外表变为亲水外表，即使其润湿性提高，如如将聚乙烯，聚四氟乙烯，石蜡等典型的低能固体浸在氢将聚乙烯，聚四氟乙烯，石蜡等典型的低能固体浸在氢氧化铁或氢氧化锡溶胶中，经过一段时间，水合金属氧化氧化铁或氢氧化锡溶胶中，经过一段时间，水合金属氧化物在低能外表产生较物在低能外表产生较 强的吸附，枯燥后可使外表润湿性发强的吸附，枯燥后可使外表润湿性发生永久性的变化，即从憎水变为亲水。生永久性的变化，即从憎水变为亲水。浮游选矿浮游选矿浮游选矿的原理图 选择适宜的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的外表，憎水基朝向水。 当矿砂外表有5%被捕集剂覆盖时，就使外表产生憎水性，它会附在气泡上一同升到

20、液面，便于搜集。5 5、润湿热、润湿热 润湿热润湿热 将一固体浸入一液体中所放出的热量称为润湿热，将一固体浸入一液体中所放出的热量称为润湿热，采用微量量热计等精细量热仪器可以测出各种固体采用微量量热计等精细量热仪器可以测出各种固体和和液体浸润过程中的热效应。液体浸润过程中的热效应。 同接触角一样，润湿热的数值也可以作为固液体系同接触角一样，润湿热的数值也可以作为固液体系润湿性能的表征，在润湿性能的表征，在S0的场所，采用润湿热数据的场所，采用润湿热数据作为表征更有现实意义。作为表征更有现实意义。 由于体系的自在能降低主要是以放热表达出来。由于体系的自在能降低主要是以放热表达出来。iislsgi

21、PGGHTT 润湿热润湿热 另一方面，根据Fowkes关系式 在上式中，假设lg，及 知，经过实验测得Hi，便可求 ， 而对非极性固体1/21/21/2222ddslsgglglsgddislsgglglsgddiiglglsgGHG dgldsgdsgsg润湿作用的其他运用举例润湿作用的其他运用举例 润湿作用的其他运用举例润湿作用的其他运用举例 1、金属焊接、金属焊接 金属焊接时，应选择粘附功金属焊接时，应选择粘附功Wa大的焊剂，除此之外，还大的焊剂，除此之外，还应选择一些配合溶剂以除去金属外表的氧化膜，这种溶剂应应选择一些配合溶剂以除去金属外表的氧化膜，这种溶剂应既能溶解氧化膜又能润湿金属

22、，同时，又要能被焊剂从金属既能溶解氧化膜又能润湿金属，同时，又要能被焊剂从金属外表顶替出来，从而使焊剂在金属外表铺展，如松香就具备外表顶替出来，从而使焊剂在金属外表铺展，如松香就具备上述性能而作为常用的焊接溶剂。上述性能而作为常用的焊接溶剂。 2、滴状冷凝、滴状冷凝假设将普通暖气管内壁改假设将普通暖气管内壁改 为憎水外表，那么水蒸气在管内凝为憎水外表，那么水蒸气在管内凝成液成液滴并沿管壁流下，而不会铺展成水膜，这样，在提高热交换滴并沿管壁流下，而不会铺展成水膜，这样，在提高热交换率的同时又延伸管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上率的同时又延伸管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上问题。问题。

23、润湿作用的其他运用举例润湿作用的其他运用举例 3、阳极效应 阳极效应是指在电解熔融盐的过程中，槽压忽然急剧升高，而电流强度那么急剧下降，阳极周围出现细微火花放电光圈，阳极停顿析出气泡，这时，电解质和阳极间好似被一层气体膜隔开似的。 关于阳极效应的一种解释是：当电解质的浓度较大时，电解质对阳极的润湿性较好，能顺利地把阳极上产生的气泡排斥掉，因此，不致发生阳极效应，但当电解质浓度较低时，电解质对阳极的润湿性下降，阳极上产生的气泡不能及时被电解质排斥掉，于是小气泡逐渐长大粘附在阳极上并成一层气膜。 第六章第六章. . 固液界面固液界面吸附作用吸附作用 固体自溶液中的吸附在实践任务中甚为重要。用活性炭

24、脱色、用离子交换法吸附电解质等，都涉及固体自溶液中的吸附景象。 溶液吸附多数属物理吸附。溶液中溶剂与溶质在固体外表吸附的难易取决于它们和外表作用力的强弱。普通来说，和固体外表性质相近的组分易被吸附。例如，炭自乙醇和苯的混合液中吸附时苯易被吸附；假设用硅胶，显然乙醇易被吸附。 1. 1.固液吸附的本质和特点固液吸附的本质和特点1本质是由于固体外表分子对液体分子的作用力大于液体分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用下，向固体外表富集，同时降低外表张力。2特点 a、分子间作用力比气相大； b、相互作用力较复杂； c、杂质将影响吸附结果；d、吸附平衡比气相慢； e、以物理吸附居多； f、实验方法

25、简单。2.2.自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附 设溶液由1和2两种相互混溶的液体组成。其组成可从纯的1变为纯的2，即任何一种组分的组成变化范围均为01，浓度用x表示。1复合吸附等温线吸附前 n0= n10+ n20吸附平衡 n10 = n1b+m n1s n20 = n2b+m n2s 以x1和x2 表示溶液体相中1、2组分的摩尔分数 11122122 bbbbxnnxnxxn自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附002 11221120000021222200000022222022 1122122()sssssssm n xn xn xn xnnn xnn xn xn xnxxnxnxn xn

26、xnnnxm自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附022002220022200222 ,0 ,0 ,0nxxmnxxxmnxxxmnxxxm可得吸附等温线可得吸附等温线U型、型、S型、直线型型、直线型为正吸附为正吸附为负吸附为负吸附无吸附无吸附自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附2、单个吸附等温线、单个吸附等温线 复合等温线是溶液中各组分吸附等温线的综合复合等温线是溶液中各组分吸附等温线的综合结果。由于一个方程中有结果。由于一个方程中有n1s 和和n2s 两个变量，因两个变量，因此，无法同时从复合等温线求得此，无法同时从复合等温线求得n1s 和和n2s 。 a、从混合蒸汽中吸附、从混合蒸汽中吸附221

27、1221102222221 , sssssssWn MWn Mn MnMnxWn MnnxmM自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附 b、从纯蒸气吸附 仍设从液相中的吸附和从气相中的吸附一样，而且都是单分子层吸附，但吸附层成分与溶液中不同。 当1g吸附剂自在1和2组成的混合溶液中吸附时，应有下述关系：假设以 表示1g吸附剂在组分1和2的纯饱和蒸汽中吸附的单层饱和吸附量。即 1122ssSn Sn S 0012,ssnn自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附12001200121211000122 ,1,sssssssssssSSSSnnnnnnnnnnn000122212202ssssssnnnxnnnx

28、mn3.3.自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附 在稀溶液中，可用兰格缪尔或弗仑德里胥吸附等温式以描画吸附量随平衡浓度变化。假设溶液中溶质和溶剂分子吸附在固体外表上占有同样大的面积，吸附可看作是下面过程的平衡：被吸附的溶质液相中的溶剂= 被吸附的溶剂液相中的溶质假设以 1 表示溶剂，2 表示溶质， l表示液相，s 表示表面相，上面的平衡可写作 自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附 平衡常数为平衡常数为 a1la1l、a2l a2l 是溶剂和溶质在液相中的活度，是溶剂和溶质在液相中的活度，x1sx1s、x2s x2s 是溶剂是溶剂和溶质在外表相的摩尔分数。对于稀溶液和溶质在外表相的摩尔分数。对于稀溶液

29、a1l a1l 可近似视为可近似视为常数，令常数，令 代入得代入得 自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附由于由于 x1sx1sx2sx2s1 1 所所以以 在稀溶液中在稀溶液中 a2lc2l a2lc2l，即用溶质的浓度替代活度。假设外表，即用溶质的浓度替代活度。假设外表的吸附位数为的吸附位数为 nsmolg-1 nsmolg-1，那么溶质的外表覆盖分数为，那么溶质的外表覆盖分数为 n2s/nsn2s/ns，溶剂的外表覆盖分数为，溶剂的外表覆盖分数为 1 1n1s/nsn1s/ns，n1s n1s 和和n2s n2s 分别为溶剂和溶质吸附量，且有分别为溶剂和溶质吸附量，且有 ns nsn1sn1s

30、n2sn2s。由于。由于 x2sx2sn2s/nsn2s/ns ，故可写作，故可写作 自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附式即为兰格缪尔式即为兰格缪尔LangmuirLangmuir等温式。其直线式方式为等温式。其直线式方式为 对于不均匀外表，对于不均匀外表，b b 不是常数，而是随覆盖分数而变，这不是常数，而是随覆盖分数而变，这时，可用弗伦德里胥公式时，可用弗伦德里胥公式FreundlichFreundlich 或或其中其中 K K 和和 n n 为常数，为常数，n1n1。自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附图为脂肪酸的吸附等温线。其中图为脂肪酸的吸附等温线。其中(a)(a)为活性炭自水溶液中的为活

31、性炭自水溶液中的吸附，而吸附，而b b为硅胶自苯溶液中的吸附。脂肪酸为硅胶自苯溶液中的吸附。脂肪酸RCOOHRCOOH一端具有憎水基，另一端具有亲水基。在水溶液中非极性的一端具有憎水基，另一端具有亲水基。在水溶液中非极性的吸附剂活性炭选择吸附憎水基，故吸附量顺序为丁酸吸附剂活性炭选择吸附憎水基，故吸附量顺序为丁酸 丙丙酸酸 乙酸，而在苯溶液中极性的吸附剂硅胶选择吸附亲水乙酸，而在苯溶液中极性的吸附剂硅胶选择吸附亲水基，吸附量顺序为乙酸基，吸附量顺序为乙酸 丙酸丙酸 丁酸。丁酸。 自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的吸附等温线，在稀溶液右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的

32、吸附等温线，在稀溶液中对苯而言表现为正吸附，而在浓溶液中那么为负吸附。中对苯而言表现为正吸附，而在浓溶液中那么为负吸附。固体自溶液中吸附涉及吸附剂、溶质和浓剂之间的相互作用固体自溶液中吸附涉及吸附剂、溶质和浓剂之间的相互作用，关系较为复杂。原那么上说，降低固液界面自在能愈多，关系较为复杂。原那么上说，降低固液界面自在能愈多的组分易被吸附。详细地说，可总结出如下数条定性规律：的组分易被吸附。详细地说，可总结出如下数条定性规律：1 1极性的吸附剂易于吸附极性的溶质而非极性的吸附剂易于极性的吸附剂易于吸附极性的溶质而非极性的吸附剂易于吸附非极性的溶质。吸附非极性的溶质。2 2溶解度愈小的溶质愈易被吸

33、附。一溶质在溶剂中的溶解度溶解度愈小的溶质愈易被吸附。一溶质在溶剂中的溶解度愈小，阐明其稳定性愈低，自在能愈大，故脱离本相进入外愈小，阐明其稳定性愈低，自在能愈大，故脱离本相进入外表相的倾向就愈大。表相的倾向就愈大。自稀溶液中的吸附 例如，脂肪酸的碳链愈长，在水中的溶解度愈小，愈易被活性炭所吸附。相反地，在四氯化碳中，脂肪酸的溶解度随碳链的增长而增大，它们被活性炭吸附的规律和在水中恰好相反。3吸附剂的影响 吸附剂的化学组成及其外表性质对吸附作用有很大影响。例如，炭自水中可吸附有机物，而硅胶自水中对低分子有机物几乎不吸附，这是由于两种吸附剂的性质有极大的不同。对同一类吸附剂，当其比外表、孔构造、

34、后处置条件不同时，吸附才干也可有很大差别。自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附4、无机盐的影响、无机盐的影响 当有强电解质存在时可使吸附量发生变化，普通规律是：当有强电解质存在时可使吸附量发生变化，普通规律是：无机盐的存在可使有机物水溶液中溶质的吸附量添加。这无机盐的存在可使有机物水溶液中溶质的吸附量添加。这是由于无机盐剧烈的水协作用减少水的有效浓度，因此有是由于无机盐剧烈的水协作用减少水的有效浓度，因此有机物的溶解度减少。另一种说法是无机盐与水的相互作用机物的溶解度减少。另一种说法是无机盐与水的相互作用减少了有机物与水构成氢键的时机，从而降低其溶解度。减少了有机物与水构成氢键的时机，从而降低其溶

35、解度。 假设有机物含有分子内氢键，那么其溶解度与无机盐存在假设有机物含有分子内氢键，那么其溶解度与无机盐存在与与否关系不大，以此可判别有机物的构造。否关系不大，以此可判别有机物的构造。自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附5温度对吸附量的影响 吸附过程多数是放热的,故吸附量常随温度升高而下降。但温度对溶解度也有影响，普通情况下温度升高溶解度增大，因此，温度与溶解度对吸附的影响普通来说是一致的，即温度升高，吸附量降低。对于溶解度随温度增高而降低的场所如具有低会溶点的体系，有时能够产生吸附量随温度增高而添加的情况。4.4.自电解质溶液中的吸附自电解质溶液中的吸附1、离子吸附与电双层、离子吸附与电双层 1

36、 离子吸附的缘由离子吸附的缘由 a、 体相中和固液界面上某组分的化学势不同，体相中和固液界面上某组分的化学势不同，从而发生离子的迁移和吸附；从而发生离子的迁移和吸附； b、 固体外表的可离解基团由于介质固体外表的可离解基团由于介质pH的变化而的变化而产生不同程度的离解而使外表带电。产生不同程度的离解而使外表带电。2、双电层构成、双电层构成由于固体外表带有电荷，因此溶液中的反离子必由于固体外表带有电荷，因此溶液中的反离子必将接近外表而构成双电层。将接近外表而构成双电层。自电解质溶液中的吸附自电解质溶液中的吸附 关于固体溶液界面电双层产生的缘由，最早提出见解关于固体溶液界面电双层产生的缘由，最早提

37、出见解的是赫姆霍茨的是赫姆霍茨(Helmholtz)。他以为，当将金属片插入水。他以为，当将金属片插入水或金属盐溶液中时，金属外表晶格上的离子，遭到极性或金属盐溶液中时，金属外表晶格上的离子，遭到极性水分子的吸引，有脱离金属外表进入溶液构成水合离子水分子的吸引，有脱离金属外表进入溶液构成水合离子的趋势，这时，金属外表由于电子过剩而带负电而溶液的趋势，这时，金属外表由于电子过剩而带负电而溶液相带正电。另一方面，溶液中的金属离子亦有由溶液相相带正电。另一方面，溶液中的金属离子亦有由溶液相进入金属相而使电极外表带正电的趋势。金属离子的这进入金属相而使电极外表带正电的趋势。金属离子的这种相间转移趋势取

38、决于金属离子在两相中的电化学势的种相间转移趋势取决于金属离子在两相中的电化学势的相对大小，即金属离子总是从电化学势较高的相转入电相对大小，即金属离子总是从电化学势较高的相转入电化学势较低的相中。化学势较低的相中。双电层模型双电层模型 最后由于受相间电化学势差的制约及静电引力的作用而达平衡。赫姆霍茨将达平衡时电极溶液界面电荷分布比较为一平行板电容器，如左图所示。 双电层模型双电层模型 虽然这一模型在数学上较易处置，但不免过于虽然这一模型在数学上较易处置，但不免过于简化。实践上，由于热运动，溶液一侧的水合简化。实践上，由于热运动，溶液一侧的水合离子只需一部分是比较严密地附着在电极外表离子只需一部分

39、是比较严密地附着在电极外表上，另一部分，那么类似德拜上，另一部分，那么类似德拜-休克尔离子氛休克尔离子氛模型，分散地分布到本体溶液中。故此，如今模型，分散地分布到本体溶液中。故此，如今的看法是构成分散双电层，其中较严密地固定的看法是构成分散双电层，其中较严密地固定在固体外表上的部分称为严密层，另外部分称在固体外表上的部分称为严密层，另外部分称为分散层。这种为分散层。这种“分散双电层的概念最早由分散双电层的概念最早由查普曼查普曼(chapman)提出，而在此以后逐渐完善提出，而在此以后逐渐完善。详细图象上图中所示。详细图象上图中所示。双电层模型双电层模型 继查普曼之后，继查普曼之后，1924年，

40、斯特恩年，斯特恩(O.Stern)将赫姆霍将赫姆霍茨模型和查普曼模型结合起来，他思索到一部分水化茨模型和查普曼模型结合起来，他思索到一部分水化正离子是以严密吸附的方式，聚集在赫姆霍茨平面上；正离子是以严密吸附的方式，聚集在赫姆霍茨平面上；而其他那么构成分散双电层。此模型与赫姆霍茨模型而其他那么构成分散双电层。此模型与赫姆霍茨模型和查普曼模型的一个主要区别在于它把吸附在固体外和查普曼模型的一个主要区别在于它把吸附在固体外表上的离子看成是固定在固体外表的一部分而不是流表上的离子看成是固定在固体外表的一部分而不是流动的。同时，它思索到离子特别是水合离子占有一定动的。同时，它思索到离子特别是水合离子占

41、有一定体积而不是点电荷。体积而不是点电荷。 1947 年，格拉哈姆年，格拉哈姆(D:C Grahame)又作了进一步改良。又作了进一步改良。他以为离子在固体外表上还能够存在化学吸附，被吸他以为离子在固体外表上还能够存在化学吸附，被吸附后溶剂化去除，因此在电极外表上有两个赫姆霍茨附后溶剂化去除，因此在电极外表上有两个赫姆霍茨平面见上图中。平面见上图中。双电层模型双电层模型 图上画出被化学吸附的去水化负离子，它的中图上画出被化学吸附的去水化负离子，它的中心连线构成的平面称为内赫姆霍茨平面，以心连线构成的平面称为内赫姆霍茨平面，以 IHP 表示。而由于静电作用吸附在外表上的水表示。而由于静电作用吸附

42、在外表上的水化正离子的中心连线构成的平面称为外赫姆霍化正离子的中心连线构成的平面称为外赫姆霍茨平面，以茨平面，以 OHP 表示。在此以内至电极外表称表示。在此以内至电极外表称为严密层，在此以外延伸至本体溶液，称为分为严密层，在此以外延伸至本体溶液，称为分散层，分散双电层即由严密层和分散层共同构散层，分散双电层即由严密层和分散层共同构成。其电势分布如上图右所示。其中成。其电势分布如上图右所示。其中 为热力为热力学电势，学电势，(Zeta) 称为分散层电势，称为分散层电势，(-) 为严密为严密层电势。层电势。双电层模型双电层模型 双电层与 电势 (1)胶团构造 由于胶粒的大小介于 1100nm 之

43、间，故每一胶粒必然是由许多分子或原子聚集而成的。我们往往将组成胶粒中心部分的固态微粒称为胶核。例如用稀 AgNO3 溶液和 KI 溶液制备 AgI 溶胶时，由反响生成的 AgI 微粒首先构成胶核。胶核常具有晶体构造，它很容易从溶液中选择性地吸附某种组成与之类似的离子而使胶核带电，因此，胶核实践上应包括固体微粒表层的带电离子。双电层模型双电层模型 胶核表层荷电后，留在溶液中的反离子即与胶核表层荷电后，留在溶液中的反离子即与被胶核吸附的离子带相反电荷的离子由于离被胶核吸附的离子带相反电荷的离子由于离子静电作用必围绕于胶核周围，但离子本身的子静电作用必围绕于胶核周围，但离子本身的热运动又使一部分反离

44、子分散到较远的介质中热运动又使一部分反离子分散到较远的介质中去。可见，一些紧紧地吸引于胶核近旁的反离去。可见，一些紧紧地吸引于胶核近旁的反离子与被吸附于胶核表层的离子组成子与被吸附于胶核表层的离子组成严密层严密层，而其他的反离子那么组成而其他的反离子那么组成分散层分散层。胶核与严。胶核与严密层组成胶粒密层组成胶粒(Colloidal particle)，而胶粒与分，而胶粒与分散层中的反离子组成胶团散层中的反离子组成胶团(micelle)。胶团分散。胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。于液体介质中便是通常所说的溶胶。双电层模型双电层模型 用 AgNO3 稀溶液和 KI 溶液制备 AgI 溶胶

45、时，其胶团构造式可以表示为： 双电层模型双电层模型 以下引见滑动面和 电势。 滑动面是当固液两相发生相对挪动时呈如今固液交界处的一个高低不平的曲面，它位于严密层之外，分散层之中且距固体外表的间隔约为分子直径大小处。滑动面与溶液本体之间的电势差称为 电势。有时也称为电动电势，这是由于只有当固液两相发生相对挪动时才有 电势，可见， 电势是滑动面存在的结果，而滑动面是 电势产生的根底。双电层模型双电层模型 当电解质的浓度添加时，介质中反离子的浓度加大，将紧缩分散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使 电势在数值上变小，如以下图所示。当电解质的浓度足够大时，可使 电势为零。此时相应的形状，称为等

46、电态。处于等电态的粒子是不带电的，处于等电态的粒子是不带电的，电泳，电渗的速度也必然为零。电泳，电渗的速度也必然为零。此时，溶胶非常容易聚沉。此时，溶胶非常容易聚沉。 电势可自电泳，电渗等实验电势可自电泳，电渗等实验中求得。中求得。双电层模型双电层模型 另外，处于分散层中的离子可被参与溶液中的同性离子取代。假设原来半径小的离子被半径大的离子所交换，那么由于后者能较强地吸附在外表，从而导致双电层变薄和电势下降。 当高价离子交换低价离子时，不仅能降低电势，而且有能够改动外表带电的符号。这是由于高价反离子具有特别强的吸附才干，在外表上可能超量吸附。双电层模型双电层模型电解质离子在固液界面上的吸附电解

47、质离子在固液界面上的吸附 在一定条件下，电解质可以分子形状在固液界面上吸附，在一定条件下，电解质可以分子形状在固液界面上吸附，但大多数情况是以离子方式被吸附，电解质的吸附主要有但大多数情况是以离子方式被吸附，电解质的吸附主要有两种方式。两种方式。1Stern层吸附层吸附静电吸附静电吸附 可用可用Langmuir吸附等温式描画吸附等温式描画 (1)bc0()expazebbkT离子交换离子交换d为严密层电势，为严密层电势，为吸附势能，可见，决议为吸附势能，可见，决议吸附才干大小的除静电作用外，还有非静电作用，吸附才干大小的除静电作用外，还有非静电作用，也有离子在带电符号一样的固体外表上吸附的例也

48、有离子在带电符号一样的固体外表上吸附的例子，此时吸附主要是非电性力起作用，如范得华引力子，此时吸附主要是非电性力起作用，如范得华引力2离子交换离子交换 M1 + RM2 M2+RM1 交换离子交换离子 固体固体 离子交换剂离子交换剂 交换吸附的平衡常数交换吸附的平衡常数K的大小反映了离子交换过程的趋的大小反映了离子交换过程的趋势，有时也用势，有时也用G的值来表示交换才干大小。离子交换剂的值来表示交换才干大小。离子交换剂的根本特性称为交换容量或交换才干，通常用的根本特性称为交换容量或交换才干，通常用mmol/g表示表示 离子交换离子交换 离子交换已在分别如含磺酸基的交联聚苯乙烯树脂可分别一切的稀

49、士元素 ，含羟基和磺酸基的酚醛树脂可分别蛋白质水解产生的20多种氨基酸，燃料电池的隔膜如全氟磺酸膜 交换。等方面得到应用。3选择性吸附a、选择吸附与固体类似的溶质晶体扩展b、选择易在固体外表生成难溶化含物的离子。如当KI过量 吸附I-，当 AgNO3过量，吸附Ag+ 。 H5.5.自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附 大分子化合物在固液界面的吸附在分散体系的稳定和聚凝作用中有广泛的运用。 特点：大分子在固液界面上可有多种构型，故吸附平衡慢。 分子量大，外形可变，可发生多点吸附，且脱附慢。 1、吸附等温式为大分子化合物的链节数，C为平衡浓度，为覆盖度 2、影响吸附的要素 1吸附速度 由于大分

50、子分子量大，分散慢，且吸附时常伴随着分子构型的变化，故其吸附速度慢，这就给讨论大分子吸附带来困难。1KC自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附2分子量的影响分子量的影响 对孔性固体，对孔性固体， 分子量添加，吸附量减少。分子量添加，吸附量减少。对大孔或非孔固体对大孔或非孔固体 =1只需只需1个吸附点个吸附点 =0表表示大分子完全平躺。示大分子完全平躺。 s=KM， s=KM， s与与M成正比；成正比； 当当=0，s与与M无关，无关，s=K。3溶剂的影响溶剂的影响 在良溶剂中，大分子较伸展，吸附量减少。在良溶剂中，大分子较伸展，吸附量减少。 假设溶剂产生竞争吸附，吸附量减少。假设溶剂产生竞争吸

51、附，吸附量减少。自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附4温度的影响温度的影响 存在着温度升高使吸附量下降和温度升高使吸附量升高两存在着温度升高使吸附量下降和温度升高使吸附量升高两种情况。第二种情况种情况。第二种情况 可以为吸附是吸热过程可以为吸附是吸热过程Ho，但，但G0，故，故S必大于零，这可以为大分子的吸附顶替了固体必大于零，这可以为大分子的吸附顶替了固体外表上的溶剂分子第一种情况外表上的溶剂分子第一种情况 可以为是焓控制。可以为是焓控制。 5吸附剂性质的影响吸附剂性质的影响 主要是外表的化学性质、比外表和孔性的影响。主要是外表的化学性质、比外表和孔性的影响。 如弱氧化的炭黑比强氧化的炭

52、黑可易吸附非极性大分子，如弱氧化的炭黑比强氧化的炭黑可易吸附非极性大分子，当外表化学性质一样时，外表积添加，吸附量添加。当外表化学性质一样时，外表积添加，吸附量添加。 同样的孔径，低分子量大分子易被吸附，而高分子量大分同样的孔径，低分子量大分子易被吸附，而高分子量大分子那么较难。子那么较难。 6 . 6 . 外表活性剂在固液界面上的吸附外表活性剂在固液界面上的吸附1、吸附等温线、吸附等温线 主要有三种方式主要有三种方式 L型型 S型型 LS型型 出现最高点是存在少量高活性杂质，在构成胶团前，杂质出现最高点是存在少量高活性杂质，在构成胶团前，杂质的吸附使吸附量偏大，形在胶团后杂质加溶其中，使杂质

53、浓的吸附使吸附量偏大，形在胶团后杂质加溶其中，使杂质浓度下降。度下降。2、影响要素、影响要素 1外表活性剂的性质外表活性剂的性质 普通固体在水中外表上大多带负电，因此，更易吸附阳离普通固体在水中外表上大多带负电，因此，更易吸附阳离子外表活性剂。子外表活性剂。 外表活性剂链长添加，吸附越易，这是由于链长添加，极外表活性剂链长添加，吸附越易，这是由于链长添加，极性减少，在水中溶解度低，而对聚氧乙烯型外表活性剂，链性减少，在水中溶解度低，而对聚氧乙烯型外表活性剂，链长添加极性添加，结果相反。长添加极性添加，结果相反。外表活性剂在固液界面上的吸附外表活性剂在固液界面上的吸附2固体的性质固体的性质 固体

54、可分为带电、极性和非极性，假设固体外表固体可分为带电、极性和非极性，假设固体外表带带电，易吸附反离子外表活性剂，如硅酸带负电，易电，易吸附反离子外表活性剂，如硅酸带负电，易吸附阳离子外表活性剂，而对阴离子外表活性剂那吸附阳离子外表活性剂，而对阴离子外表活性剂那么么起排斥作用，极性固体外表遵照类似相吸原那么。起排斥作用，极性固体外表遵照类似相吸原那么。 聚氧乙烯型非离子外表活性剂可以经过分子中的聚氧乙烯型非离子外表活性剂可以经过分子中的氧与硅酸外表的羟基构成氢键而被吸附。氧与硅酸外表的羟基构成氢键而被吸附。3温度温度 对离子型活性剂，温度升高使吸附量下对离子型活性剂，温度升高使吸附量下降，这可从

55、溶解度随温度变化解释。降，这可从溶解度随温度变化解释。外表活性剂在固液界面上的吸附外表活性剂在固液界面上的吸附 对非离子型活性剂那么相反 ，这是由于温度升高使溶解度下降。4溶液的pH和离子强度 某些吸附剂的外表性质随pH而变化，可从原来的电性变为相反的电性。因此，外表电性的改动对不同类型的外表活性剂的吸附产生不同影响。 参与中性无机盐将改动溶液的离子强度，普通情况下，将使吸附量上升，吸附等温线向低浓度方向挪动。外表活性剂在固液界面上的吸附外表活性剂在固液界面上的吸附3、吸附层性质1润湿性 一旦外表活性剂在固体外表构成吸附层，憎水固体外表经过吸附，将改善其润湿性，如石蜡对水的接触角大于100，而

56、对外表活性剂的接触角降至0，同样，固体亦可经过外表吸附使之变为憎水，而一些亲水固体外表经过活性剂的吸附后会先憎水再变为亲水，这预示着吸附层构造发生变化。7.固液界面吸附的运用2外表增溶外表增溶 当外表吸附到达一定程度后，会把一些不具有当外表吸附到达一定程度后，会把一些不具有吸附才干的物质带入吸附层，这称为外表加溶。吸附才干的物质带入吸附层，这称为外表加溶。 固液界面吸附的运用固液界面吸附的运用1、水处置、水处置 对有阳离子的废水，如电镀废水，可采用硅对有阳离子的废水，如电镀废水，可采用硅 土及某些粘土等吸附。土及某些粘土等吸附。对水的软化，脱盐，常用离子交换吸附对水的软化，脱盐，常用离子交换吸

57、附固液界面吸附的运用固液界面吸附的运用 2RNa+CaCl2 R2Ca+2NaCl 软化 2RH+CaCl2 R2Ca+2HCl 脱盐 ROH+HCl RCl+H2O 用酸再生 R2Ca+2HCl 2RH+CaCl2 用碱再生 RCl+KOH ROH+KCl 经脱盐处置过的水称为“去离子水。固液界面吸附的运用固液界面吸附的运用2洗涤 主要作用 a、当外表活性剂浓度远大于CMC时，以增溶方式去降固体外表的油污。 b、当外表活性剂的HLB值适宜于构成O/W乳状液时可使油污被乳化。 c、润湿 假设洗涤剂可良好润湿底物，那么可将油污从底物表面置换除去。假设污垢为固体，那么应设法减少垢-水和底-水以使G

58、变得更负， G=垢-水+底-水-垢-底 2、选矿 矿物+外表活性剂 吸附 第七章第七章. .固体外表的吸附固体外表的吸附 固体外表上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，而且不像液体外表分子可以挪动，通常它们是定位的。 固体外表是不均匀的，即使从宏观上看似乎很光滑，但从原子程度上看是凹凸不平的。 同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的外表性质，而且实践晶体的晶面是不完好的，会有晶格缺陷、空位和位错等。 正由于固体外表原子受力不对称和外表构造不均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使外表自在能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。1、吸附剂和吸附质(adsorbent,adsorbate)

59、 当气体或蒸汽在固体外表被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。 为了测定固体的比外表，常用的吸附质有：氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。吸附量的表示吸附量的表示 吸附量通常有两种表示方法：3-1/ mgqV m单位：(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。-1/ mol gqn m单位：(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。体积要换算成规范情况(STP)吸附量与温度、压力的关系吸附量与温度、压力的关系 对于一定的吸附剂与吸附质的体系，到达吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即： 通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如

60、：( , )qf T p(1)T=常数，q = f (p)，得吸附等温线。(2)p=常数，q = f (T)，得吸附等压线。(3)q=常数，p = f (T)，得吸附等量线。3 3、吸附等温线的类型、吸附等温线的类型 从吸附等温线可以反映出吸附剂的外表性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。 常见的吸附等温线有如下5种类型：(图中p/ps称为比压，ps是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压，p为吸附质的压力)吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()在在2.5nm2.5nm以下微孔以下微孔吸附剂上的吸附等温吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。例线属于这种类型。例如如78K78K时时N2N2