[化学]胶体与表面化学ppt课件

1、胶体与外表化学胶体与外表化学2021.02罗士平: 61469128绪论绪论一、胶体与外表化学研讨内容一、胶体与外表化学研讨内容胶体化学：研讨胶体、大分子溶液及乳状液等类分散胶体化学：研讨胶体、大分子溶液及乳状液等类分散体系和与界面景象相关联的体系的性质及规律的一个体系和与界面景象相关联的体系的性质及规律的一个学科分支。学科分支。外表化学：凡是在相界面上所发生的一切物理化学景外表化学：凡是在相界面上所发生的一切物理化学景象统称为界面景象象统称为界面景象interface phenomena或外表景或外表景象象surface phenomena。 研讨各种外表景象本质研

2、讨各种外表景象本质的科学称为外表化学。的科学称为外表化学。 v 胶体体系的重要特点是，具有很大的外表积。在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学景象，总称为外表景象。外表化学就是胶体化学的一个重要分支，二者关系亲密。v 胶体化学所研讨的领域是化学、物理学、资料科学、生物化学等诸多学科的交叉与重叠，它已成为这些学科的重要根底实际。 2021年5月24日，台湾地域有关方面向国家质检总局通报，发现台湾“昱伸香料制售的食品添加剂“起云剂中含邻苯二甲酸二2-乙基己基酯DEHP， “起云剂是一种正规的食品添加剂，也被称作乳化香精。它普通用在橙汁饮料等产品中，作用是添加饮料浊度、稳定饮料体系。它属于增稠剂

3、、乳化稳定剂的范畴，主要成分包括阿拉伯胶、乳化剂、葵花油、棕榈油等。用廉价的塑化剂D EH P替代棕榈油。例一：塑化剂事件。v酒鬼酒事件白酒 v 2021年11月19日，21世纪网发表酒鬼酒中含邻苯二甲酸二丁酯(DBP) ，该文披露酒鬼酒“塑化剂超标。当日，酒鬼酒暂时停牌，酒类板块应声下跌，一日市值蒸发高达300多亿元。v例二：水银泻地 Corrosion抗海水腐蚀；要防磁；要耐高温 例三：腐蚀与防腐v “瓦良格外表根本完好，没有什么腐蚀景象。经检测后发现，瓦良格用的钢，通畅是可以自然抵抗海水腐蚀的，而且，根本是绝磁的，这么多年了，磁力依然为零！ Thats one small step fo

4、r a man, one giant leap for mankind 1969年年7月月16日由日由土星土星5号火箭运载阿波号火箭运载阿波罗罗“Apollo11号飞船登月飞行，于号飞船登月飞行，于7月月20-21日日初次实现人登上月球的理想。初次实现人登上月球的理想。 阿姆斯特朗阿姆斯特朗(2021-08)、科林斯、奥尔德林、科林斯、奥尔德林 外表化学的运用与意义外表化学的运用与意义外表化学在当代科技中占有重要的位置外表化学在当代科技中占有重要的位置 90%的化学品经过非均相催化消费。非均的化学品经过非均相催化消费。非均相反响发生在催化剂外表上相反响发生在催化剂外表上? 集成电路的制造是经过

5、将膜堆积在半导体外集成电路的制造是经过将膜堆积在半导体外表上实现的表上实现的Gate OxideUMC.Fab8B. Generic 0.25um logic Ti-Salicide ProcessPolyTiSi2SpacerSourceDrainChannel Length晶体管晶体管外表化学的运用与意义外表化学的运用与意义胶体化学的运用与意义胶体化学的运用与意义v 钻井液钻井泥浆是钻井工程的血液，起到携带悬浮岩屑、冷却光滑的作用。外表活性剂是钻井的命根子！对加快钻井速度、防止卡钻和塌井景象发生起重要作用。v 原油降粘剂对于粘度高的原油的开采、管道运输等作用。石油化工行业：钻井、采油、储运

6、、原油破乳脱水、炼油等v催化、涂料、造纸、农药、纺织、食品、化催化、涂料、造纸、农药、纺织、食品、化装品、染料、医药和环境维护等工业部门和装品、染料、医药和环境维护等工业部门和技术领域技术领域:u2.1 胶体及其根本特性第二章 胶体与纳米粒子的制备u2.2 溶胶的制备与净化u2.6 纳米资料与纳米污染u2.7 纳米液滴与纳米气泡u2.3 单分散溶胶u2.4 胶体晶体u2.5 纳米粒子的制备第三章 胶体系统的根本性质3.1 溶胶的运动性质3.2 溶胶的光学性质3.3 溶胶的电学性质3.5 溶胶的稳定性3.4 胶体系统的流变性质3.6 胶体粒子大小和外形的测定第四章 外表张力、毛细作用与润湿作用4

7、.1 外表张力和外表能4.2 液-液界面张力4.1毛细作用与Laplace 公式和Kelvin公式4.5 固体的外表能4.4 润湿作用和Young 方程第五章 外表活性剂溶液5.1 外表活性剂5.2外表活性剂水溶液的性质5.6 外表活性剂的重要作用5.4 Gibbs吸附公式及外表活性剂吸附层构造第六章 乳状液6.1 乳状液概念及类型6.2乳状液的制备和物理性质6.4 乳化剂的分类与选择6.3 乳状液类型的鉴别和影响类型的要素6.5 乳状液稳定性的影响要素6.6 乳状液的变型与破乳6.7 微乳状液第七章 吸附作用与吸附剂7.1 固-气界面上的吸附作用7.2 气体吸附等温方程式7.4 固-液界面上

8、的吸附作用7.3 吸附法气体分别7.5 水处置中的吸附作用7.6 吸附法测定固体比外表、孔径分布及外表分维值第八章 常用吸附剂的构造、性能和改良8.1 多孔性物质性能参数的测定方法8.2 常用吸附剂的构造和性能8.3 固体的外表改性及其运用第九章 凝胶、气溶胶、泡沫和膜9.1 凝胶 亲密接触的两相之间的过渡区大约几个分子层厚度称为界面，通常有液气,固气,固液,液液,固 固等界面。假设亲密接触的两相中有一相是气体那么称为外表。 通常的情况下处于系统界面层的分子比物系内部的分子少得多，因此可以忽略不计。 界面层分子受的力与内部分子受的力不同，因此表现出一些特殊的性质，当物系的分散度很大时，那么必需

9、思索界面层分子的特殊性质和由此产生的界面景象。第四章第四章 外表张力、毛细作用与润湿作用外表张力、毛细作用与润湿作用 4-1 4-1 外表吉布斯函数和外表张力外表吉布斯函数和外表张力 1 1、比外表和外表功、比外表和外表功 用比外表来表示物系的分散度，比外表的定义用比外表来表示物系的分散度，比外表的定义为单位体积的为单位体积的物质所具有的外表积，或单位质量的物质所具有的外表物质所具有的外表积，或单位质量的物质所具有的外表积，分别积，分别用用 As As和和 Aw Aw表示，即表示，即 As = A / V (m- As = A / V (m-1)1) A w = A / m A w = A /

10、 m (m 2.kg -1)(m 2.kg -1)A A为系统的外表积。为系统的外表积。 处于物系界面层的分子与处于处于物系界面层的分子与处于内部的分子受的力不同，能量也不内部的分子受的力不同，能量也不同，以最简单的液体蒸气组成的系同，以最简单的液体蒸气组成的系统为例加以阐明。如下图。统为例加以阐明。如下图。 用比外表来表示物系的分散度，比外表的定义用比外表来表示物系的分散度，比外表的定义为单位体积的为单位体积的物质所具有的外表积，或单位质量的物质所具有的外表物质所具有的外表积，或单位质量的物质所具有的外表积，分别积，分别用用 As As和和 Aw Aw表示，即表示，即 As = A / V

11、(m- As = A / V (m-1)1) A w = A / m A w = A / m (m 2.kg -1)(m 2.kg -1)A A为系统的外表积。为系统的外表积。 处于物系界面层的分子与处于处于物系界面层的分子与处于内部的分子受的力不同，能量也不内部的分子受的力不同，能量也不同，以最简单的液体蒸气组成的系同，以最简单的液体蒸气组成的系统为例加以阐明。如下图。统为例加以阐明。如下图。 图10-1界面层分子与体相 分子所处形状不同液体蒸气F0f=0其结果导致： 液体外表有自动收缩的趋势； 界面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势。 由于外表层的分子处于不对称的力场中，使外表

12、层的分子受到一个向内的拉力,因此要扩展外表积，必需对系统作功。 系统在温度、压力和组成不变的条件下，可逆地添加外表积时对系统作的非体积功称为外表功， 即 W =dA (4-1-1)式中 表示在温度、压力和组成不变的条件下，可逆地添加单位外表积对系统作的非体积功，称为比外表功。 Wr = dG =dA 所以又称为比外表吉布斯函数。单位是J.m-2。 2、外表热力学根本方程 以前在讨论热力学根本方程式时，都假设只需体积功，如今思索到外表功时，热力学根本方程式中应添加dA 一项。 G = G (T , p, nB, nC,，A ) dG = - SdT Vdp + dA + B BdnB同理： dU

13、 = TdS - pdV + dA + B BdnB dH = TdS Vdp + dA + B BdnB dA = -SdT - pdV + dA + B BdnB上面四个关系式称为热力学根本方程式，由以上关系式可得dAAGdnnGdppGdTTGdGnpTBnpTBnTnpBC,)()()()(式中npTAG,)(，称为比外表吉布斯函数。nVSAU,)(npSAH,)(nVTAA,)(npTAG,)( 是在指定相应变量不变的条件下，添加单位外表积时，系统相应的热力学函数的增量。4-1-2 3、外表张力、外表张力 将一金属框澆上肥皂液后，再可将一金属框澆上肥皂液后，再可逆地用力逆地用力F拉动

14、金属框上可挪动的边，拉动金属框上可挪动的边，使之挪动使之挪动d x 的间隔，的间隔，nVSAU,)(npSAH,)(nVTAA,)(npTAG,)( 是在指定相应变量不变的条件下，添加单位外表积时，系统相应的热力学函数的增量。n表示各相各物质的物质的量均不变。4-1-2 3、外表张力、外表张力surface tension 将一金属框澆上肥皂液后，再可将一金属框澆上肥皂液后，再可逆地用力逆地用力F拉动金属框上可挪动的边，拉动金属框上可挪动的边，使之挪动使之挪动d x 的间隔，的间隔，ldxF 肥皂膜的外表积扩展dA，由于肥皂膜有两个外表，所以 dA = 2ld x在此过程中环境对系统作的外表功

15、为 Wr= dG = dA Fdx = dA = 2ldx 所以， = F / 2l，这是作用在单位长度上使液体外表减少的力，称为外表张力，单位是N.m-1 。当温度、压力和组成恒定时，npTAG,)(再看一个实验，把一个系有细线圏的金属丝环在肥皂液中浸一下，使环中构成一层液膜，细线圏可以在液膜上游动，如图 Wr= dG = dA Fdx = dA = 2ldx 所以， = F / 2l，这是作用在单位长度上使液体外表减少的力，称为外表张力书上为，单位是N.m-1 。当温度、压力和组成恒定时，npTAG,)( 实验：实验： 把一个系有细线圏的金属丝环在肥皂液中浸把一个系有细线圏的金属丝环在肥皂

16、液中浸一下，使环中构成一层液膜，细线圏可以在液膜上游动，如图一下，使环中构成一层液膜，细线圏可以在液膜上游动，如图 ab 对于平液面来说，外表张力的方向与液面平行，而对于弯曲液面来说，外表张力的方向总是在弯曲液面的切面上。 比外表吉布斯函数数和外表张力是同一景象不同角度察看 的结果，因此外表张力与比外表吉布斯函数数值相等,量纲一样, 但它们的物理意义是不同的。 4 4、影响外表张力的要素、影响外表张力的要素 表界面张力是一种强度性质，纯液体的外表张力通常表界面张力是一种强度性质，纯液体的外表张力通常是是指液体与饱和了本身蒸气的空气而言。影响表界面张力的指液体与饱和了本身蒸气的空气而言。影响表界

17、面张力的要素主要有：要素主要有： 与液体本身的性质分子间作用力越大，与液体本身的性质分子间作用力越大，也越大也越大有关外，还与共存的另一相的性质有关；有关外，还与共存的另一相的性质有关； 温度：温度添加，外表张力降低。温度：温度添加，外表张力降低。 压力：压力添加，外表张力降低。压力：压力添加，外表张力降低。表表4-14-1某些液体、固体的外表张力和液液界面张力某些液体、固体的外表张力和液液界面张力立 方 体 边 长l/m粒 子 数总 表 面 积As/m2体 积 表 面AV m-110-21610-4610210-3103610-3610310-4106610-2610410-5109610-

18、1610510-610126100610610-710156101610710-810186102610810-9102161036109 表表4-1 1cm34-1 1cm3立方体分散为小立方体时体积外表的变化立方体分散为小立方体时体积外表的变化 高度分散的物质系统具有宏大的外表积，外表效应明显。因此对高度分散具有宏大外表积的物质系统，必需充分思索界面性质对系统的影响。exp. 例例41 20时，将时，将1克汞分散成直径为克汞分散成直径为710-8m微粒，试求过微粒，试求过 程的程的G。知汞的密度为。知汞的密度为13.6103kg.m-3，汞的外表张，汞的外表张 力为力为48310-3N.m

19、-1。解：解：1克汞的体积克汞的体积V = 110-3/，分散成，分散成 直径为直径为710-8m微粒微粒的的 粒数粒数3334103) 3/4(rrVNG = A = N4r 2 r3103=3.04J J1053106 .13103104838333 总结：由根本方程可知，在等温、等压和组成不变的条件下，当或A， dG = dA 0 ，过程都可自发进展，这就是外表景象产生的热力学缘由。1、毛细管上升法、毛细管上升法如图，将一干净的半径为如图，将一干净的半径为 R 的均匀的均匀毛细管插入能润湿该毛细管的液体毛细管插入能润湿该毛细管的液体中，那么由于外表张力所引起的附加中，那么由于外表张力所引

20、起的附加压力，压力， 将使液柱上升，达平衡时，将使液柱上升，达平衡时，上升力上升力F与液柱所构成的重力与液柱所构成的重力大小相等，方向相反：大小相等，方向相反：外表张力的测定方法外表张力的测定方法22cosRRgh 2cosghRv2 、脱环法 在图中，程度接触面的圆环通常用铂环被提拉在图中，程度接触面的圆环通常用铂环被提拉时将带起一些液体，构成液柱时将带起一些液体，构成液柱(b)。环对天平所施。环对天平所施之力由两个部分组成：环本身的重力之力由两个部分组成：环本身的重力 mg 和带起液和带起液体的重力体的重力 p。p 随提起高度添加而添加，但有一极随提起高度添加而添加，但有一极限，超越此值环

21、与液面脱开，此极限值取决于液体限，超越此值环与液面脱开，此极限值取决于液体的外表张力和环的尺寸。这是由于外力提起液柱是的外表张力和环的尺寸。这是由于外力提起液柱是经过液体外表张力实现的经过液体外表张力实现的,因此，最大液柱重力因此，最大液柱重力 mg 应与环遭到的液体外表张力垂直分量相等。设拉起应与环遭到的液体外表张力垂直分量相等。设拉起的液柱为圆筒形，那么的液柱为圆筒形，那么其中其中 R 为环的内半径，为环的内半径，r 为环丝的半径。但为环丝的半径。但实践上拉起的液柱并不是圆筒形，而常如实践上拉起的液柱并不是圆筒形，而常如图图c所示的那样偏离圆筒形。为修正实所示的那样偏离圆筒形。为修正实践所

22、测重力与实践值的偏向，引入校正因践所测重力与实践值的偏向，引入校正因子子 F。即。即v脱环法操作简单，但由于运用阅历的校正系脱环法操作简单，但由于运用阅历的校正系数使方法带有阅历性。对于溶液，由于液面数使方法带有阅历性。对于溶液，由于液面构成的时间遭到限制，所得结果不一定是平构成的时间遭到限制，所得结果不一定是平衡值。衡值。v3、最大气泡压力法、最大气泡压力法v例题例题3. 用最大气泡法丈量液体外表张力的安用最大气泡法丈量液体外表张力的安装如下图：将毛细管垂直地插入液体中，其装如下图：将毛细管垂直地插入液体中，其深度为深度为h 。由上端通入气体，在毛细管下端。由上端通入气体，在毛细管下端呈小气

23、泡放出，小气泡内的最大压力可由呈小气泡放出，小气泡内的最大压力可由 U 型管压力计测出。型管压力计测出。知知 300K 时，某液体的密度时，某液体的密度 1.6103kgm-3，毛细管的半径，毛细管的半径 r0.001m ，毛细管插入液体中的深度毛细管插入液体中的深度 h0.01m ，小气，小气泡的最大表压泡的最大表压 p(最大最大)207Pa。问该液体在。问该液体在 300k 时的外表张力为假设干？时的外表张力为假设干？解：当毛细管中足够细时，管下端出现的弯月解：当毛细管中足够细时，管下端出现的弯月形液面，可视为球面的一部，随着小气泡的形液面，可视为球面的一部，随着小气泡的变大，气泡的曲率半

24、径将变小，当气泡的半变大，气泡的曲率半径将变小，当气泡的半径等于毛细管的半径时，液面曲率半径最小。径等于毛细管的半径时，液面曲率半径最小。由拉普拉斯公式可知，小气泡所接受的附加由拉普拉斯公式可知，小气泡所接受的附加压力，在数值上应为气泡内外的压力差。压力，在数值上应为气泡内外的压力差。普通丈量时，假设保证毛细管口刚好与液面相接普通丈量时，假设保证毛细管口刚好与液面相接触，那么可忽略液柱压差触，那么可忽略液柱压差 gh。4、吊片法、吊片法与脱环法相比，吊片法的原理根本一样。但此法与脱环法相比，吊片法的原理根本一样。但此法具有全平衡的特点，不需求密度数据且不需作任具有全平衡的特点，不需求密度数据且

25、不需作任何校正，也不用将片拉离液面，而是只需将片与何校正，也不用将片拉离液面，而是只需将片与液面接触即可。液面接触即可。吊片法的根本原理是：吊片不动，液面上升，待吊片法的根本原理是：吊片不动，液面上升，待液面刚好与吊片接触时，拉力液面刚好与吊片接触时，拉力f 等于平衡时沿吊等于平衡时沿吊片周边作用的液体外表张力片周边作用的液体外表张力2()fld其中，l、d分别为吊片的宽和厚度，2l+d表示吊片底周长，可由知外表张力的液体得到。 假设要获得较好的丈量结果，应使吊片润湿且接触角为零可将吊片打毛，测油的外表张力时，可将吊片在煤气焰上熏上一层灯黑。外表张力的其他测定方法如停滴法和悬滴法请参考教材。

26、4-2 4-2 液体的外表性质液体的外表性质 1 1、弯曲液面的附加压力、弯曲液面的附加压力 在一定的外压下，程度液面下的液体所受的力在一定的外压下，程度液面下的液体所受的力等于外压，这等于外压，这是由于程度面内外表张力也在程度面上，且各处外表是由于程度面内外表张力也在程度面上，且各处外表张力相互张力相互抵消，所以程度液面的外表张力不会影响液体内、外抵消，所以程度液面的外表张力不会影响液体内、外的压力。的压力。弯曲液面下的液体，情况与平面液体不同，如下图，弯曲液面下的液体，情况与平面液体不同，如下图，pgplpgpgplplppp = pl - pgp = pl - pg式中：pg为气相压力，

27、pl为液面内接受的压力。 p 称为弯曲液面的附加压力。 弯曲液面的附加压力p与液体的外表张力以及液滴的曲率半径有关，如下图，半径为r的球形液滴，在其上部取一小切面AB，圆形切面的半为r1。 弯曲液面的附加压力p与液体的外表张力以及液滴的曲率半径有关，如下图，半径为r的球形液滴，在其上部取一小切面AB，圆形切面的半为r1。 OO1ABrr1 切面周界限上外表张力在程度方向上的分力，相互抵消；而在垂直方向上的分力为cos。因此在垂直方向上这些分力的合力为 F = 2r1 cos 因 cos = r1 / r 所以 F = 2r12/r p = F /r12 = 2/r p = 2/r 4-2-2p

28、 的大小与弯曲液面的曲率半径成反比，与外表张力成正比。为了表示附加压力的方向，规定： 对于凸液面，r 0，p 0，附加压力的方向指向液体， 对于凹液面，r 0，p 900，cos 0， pr p0，即液滴的蒸气压大于平面液体的蒸气压，且r 越小，其饱和蒸气压越大， 对于凹液面气泡，r 0， pr 0 dAs 0，是一个非自是一个非自发过程。因此新相的生成非常困难，常构成过饱和溶发过程。因此新相的生成非常困难，常构成过饱和溶液、过饱液、过饱和蒸气、过热液体、过冷液体，它们是热力学上的不和蒸气、过热液体、过冷液体，它们是热力学上的不稳定形状，稳定形状，但在一定的条件下可以长期存在，称为亚稳态或介安

29、但在一定的条件下可以长期存在，称为亚稳态或介安态。态。 先看一个例子。在100时，水的密度为0.9982103 kg.m-3，外表张力为58.910-3N.m-1。试计算在此条件下，水中产生一个半径为10-8m小气泡的蒸气压和附加压力。 蒸气压：833010299815373314810015181095822lnRTrMppr 附加压力： p = 2/ r = 2 58.910-3 /(-10-8)Pa =117.8105Pa0685. 0ln0ppr934. 00ppr过饱和蒸气 一定压力的蒸气当降温到其蒸气压超越该温度的饱和蒸气压仍不凝结成液体，这种蒸气称为过饱和蒸气。 这是由于新生成的

30、微小液滴的蒸气压远高于平液面上的蒸气压，一定温度、压力的蒸气对平液面来说到达了饱和，应凝结成液体，但首先凝结出的是微小液滴，对微小液滴来说并没有到达饱和，所以小液滴不能生成，构成了过饱和蒸气。 过饱和溶液 假设溶液的浓度超越了该温度下的饱和溶液的浓度仍无溶质晶体析出，这种溶液称为过饱和溶液。溶质从饱和溶液中结晶，首先结晶出来的是微小晶体，微小晶体的溶解度高于大晶体的溶解度，到达大晶体的溶解度时，对微小晶体却未到达饱和，微小晶体不能析出，构成了过饱和溶液。 过热液体 液体的饱和蒸气压超越了外压仍不沸腾的液体称为过热液体。液体加热到该温度的饱和蒸气压等于外压时应沸腾，沸腾是液液体不仅从外表气化，而

31、且从内部气化。液体内部首先生成的是微小气泡，一方面微小气泡内的蒸气压远小于平液面的蒸气压，另一方面微小气泡内的气体所受的压力除了外压，还有液体的静压力和弯曲液面的附加压力，远高于平液面受的压力，所以微小气泡不能构成，液体不能从内部气化，因此液体不能沸腾，构成了过热液体。 过冷液体 液体降温到凝固点温度以下仍不凝结成固体，这种液体称为过冷液体。在凝固点液相和固相的饱和蒸气压相等。在熔点时，大晶体的蒸气压和同温度下液体的蒸气压相等，化学势也相等，因此大晶体能生成，而微小晶体的蒸气压高于大晶体的蒸气压，小晶体的化学势也高于大晶体的化学势，所以小晶体不能存在，构成了过冷液体。v例例4-3 v 在正常沸

32、点时，假设水中只含有半径为在正常沸点时，假设水中只含有半径为510-7m的空气泡，问使这样的水开场沸的空气泡，问使这样的水开场沸腾需过热多少度？知水在腾需过热多少度？知水在100时的外表时的外表张力为张力为58.910-3N.m-1，气化热为，气化热为40.656kJ.mol-1。解：泡内的附加压力为解：泡内的附加压力为 Pa103562Pa1051095822573rp 泡内气体受的压力为 p = p大p = (1.013252.356)105 Pa = 3.36925105 Pa 根据克克方程121211lnTTRHpp1537311314840656013251369253ln2TT2

33、= 411K 或例例1将正丁醇摩尔质量将正丁醇摩尔质量 M0.074kgmol-1蒸气聚冷至蒸气聚冷至 273K，发现其过饱和度约到达，发现其过饱和度约到达4时方能自行凝结为液滴，假设时方能自行凝结为液滴，假设 273K时正丁醇时正丁醇的外表张力的外表张力 0.0261Nm-1，密度，密度 1103kgm-3 ，试计算，试计算a在此过饱和度下所凝结成液滴的半径在此过饱和度下所凝结成液滴的半径 r ；b每一液滴中所含正丁醇的分子数。每一液滴中所含正丁醇的分子数。解解: a过饱和度即为过饱和度即为 ，根据开尔文公式，根据开尔文公式 43 液液-固体界面固体界面 润湿是固体或液体外表上的气体被液体取

34、代的过程。 在一定温度和压力下，润湿过程的推进力趋势可用外表Gibbs函数G来衡量，假设Gibbs函数减少得愈多 ,那么固体易愈被液体所润湿。图一 沾附润湿图二 浸渍润湿图三 铺层润湿润湿作用的分类：图一图二图三 把液体滴在固体外表上，视其气液、液固和固气界面张力的大小，液体可以在固体外表上呈薄膜状，或构成凸透镜状，或构成椭球状，分别称为铺展、润湿和不润湿。把液体滴在完全不互溶的另一种液体上，也可以构成铺展和不铺展。 1) 铺展 恒温恒压以及W /= 0的条件下，G 900那么表示液体不能润湿固体，假设 900 那么表示液体能润湿固体。接触角的是由三个界面张力的相对大小决议的，O点是这三个界面

35、张力的交点，如下图：s-gl-sg-lg-ls-gl-sOO平衡时有： g-s=l-s+g-l cos l -gs - ls -gcos即4-3-2上式称为杨氏Young方程，由式4 -3- 2可看出： 当g-s-l-s 0时，cos900，液体不能润湿固体。 如下图。这阐明用液-固界面替代气-固界面将引起总表 面吉布斯函数添加，因此液体不能润湿固体，当g-l一定 时,g-s-l-s值愈小，那么愈大，那么液体愈不能润湿固体， 到=1800时，那么液体完全不能润湿固体。 当g-s-l-s 0时， cos 0， 0 故水能在汞上铺展。第五章 外表活性剂溶液5.1 外表活性剂5.2外表活性剂水溶液的

36、性质5.6 外表活性剂的重要作用5.4 Gibbs吸附公式及外表活性剂吸附层构造 外表活性剂1溶液的外表张力和吸附景象 将溶质参与到溶剂中构成溶液时，溶液的外表张力也将随溶质的参与而发生变化。溶液的外表张力随溶质浓度的变化大致可分为三种类型，如下图。c 曲线I，随着溶质浓度的添加，溶液的外表张力稍有升高，以水溶液而言，无机盐、酸、碱、蔗糖、甘油等属于此类。 曲线II，随着溶质浓度的添加，溶液的外表张力缓慢地降低，许多有机酸、醇等属于此类。 曲线III，在水中参与少量溶质，就能使溶液的外表张力急剧降低，至浓度到达某一值后，溶液的外表张力几乎不随溶质浓度的上升而变化，肥皂、合成洗涤剂等属于此类。

37、这种参与少量就能显著降低溶液外表张力的物质称为外表活性剂，或外表活性物质。 实验发现溶质在外表层有相对富集或相对贫化的景象，即溶质在外表层浓度发生了变化。这种物质在界面层中浓度能自动发生变化的景象称为吸附。 对于曲线 I (外表张力升高)，溶质在外表层的浓度小于溶液内部的浓度，发生了负吸附； 对于曲线II、III外表张力降低，溶质在外表层的浓度大于溶液内部的浓度，发生了正吸附。 v 溶液的外表吸附景象可用外表吉布斯函数自动减小的趋势阐明。v 通常溶液的外表积是一定的，在恒温恒压下溶液只能经过降低外表张力来降低外表吉布斯函数。参与溶质后使溶液的外表张力降低，那么溶质将自动在外表层富集，添加外表层

38、的浓度，进一步降低溶液的外表张力。另一方面，外表层浓度与本体浓度差的存在，又导致溶向溶液本体分散，而使浓度趋于均匀一致，当这两种相反的趋势到达平衡时，溶质在外表层的浓度一定，这就是正吸附。 反之,参与溶质后使溶液的外表张力升高，那么构成负吸附。 2吉布斯吸附等温式 在单位外表积的外表层的中，所含溶质的物质的量与等量溶剂在溶液本体中所含溶质的物质的量之差，称为溶质的外表吸附量或外表过剩量，用表示，其单位为mol.m-2。A A1212/nnnnss 式中n1s、n2s分别表示外表层中溶剂和溶质的物质的量，n1、 n2 分别表示溶液本体中溶剂和溶质的物质的量，吉布斯用热力 学方法导出了，外表过剩量

39、与温度、浓度和外表张力的关系：5-1cRTcdd式中为外表张力, c为溶液本体的浓度.根据式5-2，测定溶液的外表张力随溶质浓度的变化，可以计算不同浓度时的外表过剩量。 3)外表活性剂分子在外表层的定向陈列 对于外表活性物质，普通情况下吸附等温线，如下图。 相应的吸附等温式可用阅历公式表示如下：c= KcKcKc15-210-4-14式中K 为常数，与溶质的外表活性有关。由上式可以看出： 浓度很小时，与c成直线关系； 浓度较大时，与c成曲线关。 浓度足够大时，吸附到达饱和，吸附量不再随浓度变化，此时的吸附量称为饱和吸附量，用表示。 可以以为吸附到达饱和时溶质分子在外表层作定向陈列。饱和吸附量可

40、以近似看作是溶质分子在单位外表上排一个单分子层的物质的量。由实验测出的值，即可计算一个外表活性物质分子所的占面积AS，即LA1s5-3 4) 4)外表活性剂的构造特征外表活性剂的构造特征 普通外表活性剂分子都是由亲水性的极性基团普通外表活性剂分子都是由亲水性的极性基团( (亲水基亲水基) )和憎水和憎水( (亲油亲油) )性的非极性基团两部分所构成，如下图。性的非极性基团两部分所构成，如下图。 油酸外表活性剂的构造特征COO- CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+ 因此外表活性剂分子参与水中时，憎水基为了逃逸水的包围，使得分子构成如下两种排布方式，如以下图所示。 其一，憎水基被推出水面，伸

41、向空气，亲水基留在水中，结果外表活性剂分子在界面上定向陈列，构成单分子外表膜； 其二，分散在水中的外表活性剂分子以其非极性部位自相结合，构成憎水基向里、亲水基朝外的多分子聚集体，称为缔合胶体或胶束。 外表活性物质的分子在溶液本体及外表层中的分布(a) 稀溶液(b)开场构成胶束的溶液(c)大于临界胶束的溶液小型小型胶束胶束球状球状胶团胶团单分子膜单分子膜 外表膜中分子在二维平面上作热运动，对周围边缘产生压力，称为外表压力()，与外表张力方向相反，使外表张力降低。 外表活性剂分子开场构成缔合胶体的最低浓度称作临界胶束外表活性剂分子开场构成缔合胶体的最低浓度称作临界胶束浓度浓度(CMC)：缔合胶束，

42、呈近似球状、层状或棒状，如下图。缔合胶束，呈近似球状、层状或棒状，如下图。 各种缔合胶束的外形球状层状棒状 5外表活性剂的分类外表活性剂的分类如下：外表活性剂外表活性剂离子型外表活性剂两性外表活性剂两性外表活性剂阳离子外表活性剂阳离子外表活性剂阴离子外表活性剂阴离子外表活性剂如肥皂 RCOONa如胺盐 C18H37NH3+Cl-如氨基酸型R-NH-CH2COOH非离子型外表活性 如聚乙二醇类 HOCOH2CH2OCH2nCH2OH1.高级脂肪酸盐高级脂肪酸盐 肥皂类，通式：肥皂类，通式：(RCOO-)nMn，如硬脂酸钠等。，如硬脂酸钠等。分类：一价金属皂分类：一价金属皂(钾、钠皂钾、钠皂)；二

43、价或多价皂；二价或多价皂(铅、铅、钙、铝皂钙、铝皂)；有机胺皂；有机胺皂(三乙醇胺皂三乙醇胺皂)。性质：具有良好的乳化才干，易被酸及多价盐破坏，性质：具有良好的乳化才干，易被酸及多价盐破坏，电解质使之盐析。电解质使之盐析。 运用：硬脂酸钠作化装品乳化剂、月桂酸钾用于液运用：硬脂酸钠作化装品乳化剂、月桂酸钾用于液体皂和香波消费等。体皂和香波消费等。 一阴离子外表活性剂一阴离子外表活性剂2.硫酸酯盐：硫酸酯盐： 通式：通式：ROSO3-M+,高级脂肪醇硫酸酯类。高级脂肪醇硫酸酯类。 分类：高级脂肪醇硫酸酯，如十二烷基硫酸钠分类：高级脂肪醇硫酸酯，如十二烷基硫酸钠SDS，又称月桂醇硫酸钠，又称月桂醇

44、硫酸钠SLS ；硫酸化油，；硫酸化油，如硫酸化蓖麻油，俗称土耳其红油；脂肪醇聚氧乙如硫酸化蓖麻油，俗称土耳其红油；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠烯醚硫酸钠AES。性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂和润湿剂；性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂和润湿剂；乳化性很强，稳定、耐酸、钙，起泡好，。乳化性很强，稳定、耐酸、钙，起泡好，。 运用：替代肥皂洗涤皮肤去污才干弱于肥皂；运用：替代肥皂洗涤皮肤去污才干弱于肥皂；洗涤剂。洗涤剂。3.磺酸盐：磺酸盐： 通式：脂肪族磺酸化物通式：脂肪族磺酸化物 RSO3-M+ 和烷基芳基磺和烷基芳基磺酸化物酸化物 RC6H5SO3-M分类：脂肪族磺酸化物，如二辛基琥珀酸磺酸钠分类

45、：脂肪族磺酸化物，如二辛基琥珀酸磺酸钠阿洛索阿洛索-OT、二己基琥珀酸磺酸钠；烷基芳、二己基琥珀酸磺酸钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠常用洗涤基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠常用洗涤剂；胆酸盐，如牛磺胆酸钠、甘胆酸钠。剂；胆酸盐，如牛磺胆酸钠、甘胆酸钠。 性质：水溶性及耐酸、耐钙、镁盐性比硫酸化物性质：水溶性及耐酸、耐钙、镁盐性比硫酸化物差，但不易水解。差，但不易水解。 运用：运用： OT用于香波、泡沫浴和牙膏消费用于香波、泡沫浴和牙膏消费 ；石油；石油磺酸盐用于石油开采。磺酸盐用于石油开采。(二二)阳离子型外表活性剂阳离子型外表活性剂1、构造：含有一个五价氮原子。、构造：含有一个五价氮

46、原子。胺盐型，通式：胺盐型，通式：RNH3+X-，R2NH2+X-，如氯苄甲，如氯苄甲乙胺；乙胺；季铵盐型，通式：季铵盐型，通式：R1R2N+R3R4X-，如新洁尔灭。，如新洁尔灭。 2、特点：良好的外表活性作用，具有很强的杀菌作用。、特点：良好的外表活性作用，具有很强的杀菌作用。 3、运用：杀菌、防腐、皮肤、粘膜手术器械的消毒。、运用：杀菌、防腐、皮肤、粘膜手术器械的消毒。4、常用种类：、常用种类： 苯扎氯铵苯扎氯铵(洁尔灭洁尔灭)、苯扎溴铵、苯扎溴铵 (新洁尔灭新洁尔灭) ：常用浓度：常用浓度0.01-0.02%，杀菌力强、稳定。，杀菌力强、稳定。(三三)两性离子型外表活性剂两性离子型外表

47、活性剂分类及常用种类分类及常用种类: 卵磷脂豆磷脂、蛋磷脂：是一类天然外表活性卵磷脂豆磷脂、蛋磷脂：是一类天然外表活性剂，组成复杂，可用于静注用乳剂与脂质体的制备。剂，组成复杂，可用于静注用乳剂与脂质体的制备。 阴离子部分阴离子部分磷酸型；阳离子部分磷酸型；阳离子部分季胺盐类季胺盐类 合成活性剂：阴离子部分主要是羧酸盐，其阳离子部合成活性剂：阴离子部分主要是羧酸盐，其阳离子部分分为：分分为： 氨基酸型氨基酸型胺盐胺盐RNH2CH2CH2COO- 甜菜碱型甜菜碱型季胺盐季胺盐RN(CH3)2CH2COO-性质：性质： 碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良好、去污力碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良

48、好、去污力亦强；亦强； 酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。 四、非离子外表活性剂四、非离子外表活性剂1、构造组成：、构造组成：亲水基团亲水基团 (甘油、聚乙二醇、山梨醇甘油、聚乙二醇、山梨醇)；亲油基团亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；酯键、醚健。酯键、醚健。 2、性质：、性质： 毒性小，溶血作用较小，化学上不解离，毒性小，溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质，不易受电解质，pH值的影响；能与大多数药物配伍，值的影响；能与大多数药物配伍，广泛运用于外用、口服制剂和注射剂。广泛运用于外用

49、、口服制剂和注射剂。3、常用种类、常用种类 脂肪酸甘油酯脂肪酸甘油酯 类别：脂肪酸单甘油酯、二甘油酯，如单硬脂酸甘油类别：脂肪酸单甘油酯、二甘油酯，如单硬脂酸甘油酯。酯。 性质：不溶于水，在水、热、酸、碱及酶等下易水解。性质：不溶于水，在水、热、酸、碱及酶等下易水解。 运用：外表活性弱，用作运用：外表活性弱，用作W/O型辅助乳化剂。型辅助乳化剂。 多元醇型多元醇型蔗糖脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯(sucrose esters，SE) 简称蔗糖酯，简称蔗糖酯， 是蔗糖和脂肪酸反响生成的一大类是蔗糖和脂肪酸反响生成的一大类化合物，分为单酯、二酯、三酯及多酯。化合物，分为单酯、二酯、三酯及多酯。 性质：溶于

50、丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、性质：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、碱及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸。碱及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸。 运用：外表活性弱，用作运用：外表活性弱，用作O/W型乳化剂。型乳化剂。脂肪酸山梨糖：脂肪酸山梨糖：山梨糖醇及其单酐和二酐山梨糖醇及其单酐和二酐+各种脂肪酸各种脂肪酸 脱水山梨醇脂肪酸酯的混合物脱水山梨醇脂肪酸酯的混合物 (司盘，司盘，span) 种类：种类：span20脱水山梨醇单月桂酸酯，脱水山梨醇单月桂酸酯，span40(脱水脱水山梨醇单棕榈酸酯山梨醇单棕榈酸酯)；span60脱水山梨醇单硬脂酸酯；脱水山梨醇单硬脂酸酯；span65脱水

51、山梨醇三硬脂酸酯；脱水山梨醇三硬脂酸酯；span80脱水山梨脱水山梨醇单油酸酯；醇单油酸酯；span85脱水山梨醇三油酸酯。脱水山梨醇三油酸酯。运用：粘稠白色至黄色的油状液体或蜡状固体，亲油性运用：粘稠白色至黄色的油状液体或蜡状固体，亲油性较强，较强， 普通用作普通用作W/O型乳剂的乳化剂或混合乳化剂。用型乳剂的乳化剂或混合乳化剂。用于搽剂、软膏，亦作为乳剂的辅助乳化剂。于搽剂、软膏，亦作为乳剂的辅助乳化剂。OOHOHOHCH2OOCR聚山梨酯聚山梨酯(polysorbate)：脱水山梨醇脂肪酸酯脱水山梨醇脂肪酸酯+环氧乙烷环氧乙烷 聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯 (吐温

52、，吐温，Tween) 种类：种类：Tween 20聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯，聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯，Tween 40聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯，聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯，Tween 60聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯，聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯，Tween 80聚聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，Tween 85聚氧乙烯脱聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯。水山梨醇三油酸酯。 运用：粘稠性黄色液体，亲水性化合物，为水溶性外表运用：粘稠性黄色液体，亲水性化合物，为水溶性外表活性剂，用作增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂。活性剂，用作增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂。OCH2

53、OOCRO(C2H4O)yHO(C2H4O)zHH(C2H4O)xO聚氧乙烯型：聚氧乙烯型：1聚氧乙烯脂肪酸酯聚氧乙烯脂肪酸酯 聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯。聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯。通式：通式：RCOOCH2(CH2OCH2)nCH2OH，商品名为，商品名为卖泽卖泽(Myrij)，如聚氧乙烯，如聚氧乙烯40硬脂酸酯硬脂酸酯(polyoxyl 40 stearate)。运用：具有较强水溶性，乳化才干强，作增溶剂和运用：具有较强水溶性，乳化才干强，作增溶剂和O/W乳化剂。乳化剂。 2聚氧乙烯脂肪醇醚聚氧乙烯脂肪醇醚 聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚。聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚。通式：通

54、式：RO(CH2O CH2)nH。平平加。平平加O(Perogol O)：是：是15个单位的氧乙烯与油醇的缩合物。个单位的氧乙烯与油醇的缩合物。 6外表活性剂的溶解性质v Krafft点：离子外表活性剂在水中的溶解度随温度升高至某一温度时，其溶解度急剧升高，该温度称为Krafft点。n 浊点：因加热非离子外表活性剂溶液发生混浊浊点：因加热非离子外表活性剂溶液发生混浊的景象称为起浊，此时的最低温度称为浊点的景象称为起浊，此时的最低温度称为浊点cloud pointcloud point。 Griffin提出了用一个相对的值即HLB值来表示外表活性物质的亲水性。 将外表活性剂的HLB值范围限定在0

55、20之间。亲水性外表活性剂有较高的HLB值,亲油性外表活性剂有较低的HLB值。完全由疏水碳氢基团组成的石蜡分子的HLB值为0,完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯HLB值为20。 7外表活性剂的亲水亲油平衡值HLB值计算：值计算： (1)多元醇型和聚乙二醇型非离子外表活性剂：多元醇型和聚乙二醇型非离子外表活性剂： HLB20()亲水基重量疏水基重量亲水基重量(2)大多数多元醇脂肪酸酯：大多数多元醇脂肪酸酯： HLB201S/A S为酯的皂化值，为酯的皂化值，A为脂肪酸的酸值。为脂肪酸的酸值。皂化值的定义是皂化皂化值的定义是皂化1克试样所需氢氧化钾的毫克数。皂化值是酯值克试样所需氢氧化钾的毫克数

56、。皂化值是酯值与酸值的总和。与酸值的总和。 v(3)混合的非离子外表活性剂：混合的非离子外表活性剂：v HLBab=(HLBaWa+HLBbWb)/(Wa+Wb) v(4)官能团官能团HLB计算法：计算法：v HLB=(亲水基团亲水基团HLB)+(亲油基团亲油基团HLB)+7v 并不是所以外表活性剂并不是所以外表活性剂HLB值能用算式计算，须用实验值能用算式计算，须用实验方法加以验证。方法加以验证。HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | 石蜡 W/O乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂 | | 聚乙二醇 O/W乳化剂 根据需求，可根据HLB值选择适宜

57、的外表活性剂。例如：HLB值在26之间，可作油包水型的乳化剂；810之间作润湿剂；1218之间作为水包油型乳化剂。8) 外表活性剂的重要作用外表活性剂的重要作用 外表活性剂的用途极广，主要有五个方面：1.润湿作用 外表活性剂可以降低液体外表张力，改动接触角的大小，从而到达所需的目的。 例如，要农药润湿带蜡的植物外表，要在农药中加外表活性剂； 假设要制造防水资料，就要在外表涂憎水的外表活性剂，使接触角大于90。2.起泡作用 泡沫是气体分散在液体中所构成的热力学不稳定的体系。“泡就是由液体薄膜包围着气体。有的外表活性剂和水可以构成一定强度的薄膜，包围着空气而构成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去

58、污等，这种活性剂称为起泡剂。如十四烷基硫酸钠、十四烷基苯磺酸钠等。 在泡沫体系中普通还必需有稳泡剂存在，其主要作用在于使泡沫更稳定。常用的稳泡剂有12-16碳的脂肪醇。 也有时要运用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要参与适当的外表活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。常用的消泡剂有5-6个碳的醇或醚、有机硅等。外表活性剂的起泡机理主要表如今以下几个方面：外表活性剂的起泡机理主要表如今以下几个方面：1 1降低气降低气液界面张力，使泡沫体系稳定。液界面张力，使泡沫体系稳定。2 2在液膜上构成双层吸附。在液膜上构成双层吸附。3 3外表活性剂的亲油基相互吸引、拉紧，使吸附层的外表活性剂的亲油基

59、相互吸引、拉紧，使吸附层的强度提高。强度提高。4 4离子型外表活性剂因电离而使泡沫荷电，其相互斥离子型外表活性剂因电离而使泡沫荷电，其相互斥力妨碍了外表活性剂的接近和聚集。力妨碍了外表活性剂的接近和聚集。3.乳化作用 要使乳状液稳定存在必需加乳化剂。根据乳化剂构造的不同可以构成以水为延续相的水包油乳状液(O/W)，或以油为延续相的油包水乳状液(W/O)。 有时为了破坏乳状液需参与另一种外表活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需求参与破乳剂将油与水分开。4.洗涤作用 洗涤剂中通常要参与多种辅助成分，添加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁外表不被再次污染

60、等功能。 其中占主要成分的外表活性剂的去污过程可用表示图阐明：A.水的外表张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。B.参与外表活性剂后，憎水基团朝向织物外表和吸附在污垢上，使污垢逐渐脱离外表。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，干净外表被活性剂分子占领。第六章 乳状液6.1 乳状液概念及类型6.2乳状液的制备和物理性质6.4 乳化剂的分类与选择6.3 乳状液类型的鉴别和影响类型的要素6.5 乳状液稳定性的影响要素6.6 乳状液的变型与破乳6.7 微乳状液第七章 吸附作用与吸附剂7.1 固-气界面上的吸附作用7.2 气体吸附等温方程式7.4 固-液界面上的吸附作用7.3 吸附法气体分别