第五章 胶体溶液和表面现象

1、NoImage 第一节第一节 溶胶、凝胶和天然有机高分子溶胶、凝胶和天然有机高分子 第五章第五章 胶体溶液和表面现象胶体溶液和表面现象例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠 把一种或几种物质分散在另把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散系统。一种物质中就构成分散系统。 其中，其中，被分散的物质称被分散的物质称为分散相。为分散相。 另一种物质称为分散介另一种物质称为分散介质质 。 一、一、 分散系统的分类分散系统的分类 1. 低分子分散系统低分子分散系统 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是是均匀的单相均匀的单相，分子

2、直径在，分子直径在1 nm 以下以下 。2. 胶体分散系统胶体分散系统 分散相粒子的直径在分散相粒子的直径在1 nm100 nm之间，目测是均匀的，但之间，目测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。实际是多相不均匀系统。3. 粗分散系统粗分散系统 当分散相粒子大于当分散相粒子大于100 nm，目测是混浊不均匀系统，放置后会，目测是混浊不均匀系统，放置后会沉淀或分层。沉淀或分层。按分散相粒子的大小，通常有三种分散系统按分散相粒子的大小，通常有三种分散系统分散系分散系分子或离子分散系分子或离子分散系（真溶液）（真溶液）d 1 nm胶体分散系胶体分散系（溶胶（溶胶&高分子溶液）高分子溶液）1 d 100

3、 nm 若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类 1. 液溶胶液溶胶 将将液体作为分散介质液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A. 液液-固溶胶固溶胶 如油漆，如油漆，AgI溶胶溶胶B. 液液-液溶胶液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液如牛奶，石油原油等乳状液C. 液液-气溶胶气溶胶 如泡沫如泡沫 2. 固溶胶固溶胶 将将固体作为分散介质固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.

4、 固固-固溶胶固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金如有色玻璃，不完全互溶的合金B. 固固-液溶胶液溶胶 如珍珠，某些宝石如珍珠，某些宝石C. 固固-气溶胶气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛如泡沫塑料，沸石分子筛 3. 气溶胶气溶胶 将将气体作为分散介质气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气形成气-固或气固或气-液溶胶，液溶胶，但没有气但没有气-气溶胶气溶胶，因为不同的气体混合，因为不同的气体混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。后是单相均一系统，不属于胶体范围。A. 气气-固溶胶固溶胶 如烟，含尘的空气如烟，含尘的空气B. 气气-液溶胶液

5、溶胶 如雾，云如雾，云二、溶胶的性质二、溶胶的性质 1、光学性质、光学性质（丁达尔现象）丁达尔现象） 粒子直径大于照射光的波长时，粒子表面反射光；直径略小于波长时，发生散射成乳光。 当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在射或散射。可见光的波长约在400700 nm之间。之间。 （1）当光束通过）当光束通过粗分散系统粗分散系统，由于粒子大于入射光的波长，主要，由于粒子大于入射光的波长，主要发生发生反射反射，使系统呈现混浊。，使系统呈现混浊。 （2）当光束通过）当光束通过胶体溶液胶体溶液，由于胶粒直

6、径小于可见光波长，主要，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生发生散射散射，可以看见乳白色的光柱。，可以看见乳白色的光柱。 （3）当光束通过）当光束通过低分子溶液低分子溶液，由于溶液分子体积很小，且十分均，由于溶液分子体积很小，且十分均匀，散射光很弱，匀，散射光很弱，看不见明显的散射光看不见明显的散射光。NoImage 2.动力学性质(布朗运动) 布郎运动（溶胶的运动性质之一）布郎运动（溶胶的运动性质之一） 溶胶中的分散相粒子由于受到溶胶中的分散相粒子由于受到来自四面八方的做热运动的分散介质的撞击而引起的无规则的运动。来自四面八方的做热运动的分散介质的撞击而引起的无规则的运动。 1827 年植物

7、学家年植物学家 Brown 用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等的粉末也都有类似化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为的现象。人们称微粒的这种运动为Brown运动运动。 1903年发明了年发明了超显微镜超显微镜，为研究，为研究Brown运动提供了物质条件。运动提供了物质条件。 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之之”字形的字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。

8、运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。 通过大量观察，得出结论：通过大量观察，得出结论：粒子越小，粒子越小，Brown运动越激烈。运动越激烈。其运其运动激烈的程度不随时间而改变，但动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。随温度的升高而增加。 溶胶是高度分散系统，胶粒一方面受溶胶是高度分散系统，胶粒一方面受到重力吸引而下降（沉降），另一方面由到重力吸引而下降（沉降），另一方面由于于Brown运动促使浓度趋于均一。运动促使浓度趋于均一。 当这两种效应相反的力相等时，粒子当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯

9、度，如图所示。同有一定的梯度，如图所示。 这种平衡称为这种平衡称为沉降平衡沉降平衡。NoImage 电泳：电泳：在外加电场作用下，在外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散带电的分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移介质中向相反符号电极移动的现象。动的现象。 3.溶胶的电学性质+电泳电泳NoImage电渗电渗：在外加电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛在外加电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛 细管移动的现象细管移动的现象(此时带电的固相不动此时带电的固相不动)。 电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。的

10、干燥等。 从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。关信息。 胶粒带电的原因 ：1、胶粒在溶液中选择性吸附与胶粒组成有关的粒子。 2、胶粒表面的分子电离，一种离子脱离胶粒进入溶液，另一种离子留在胶粒表面。Fe(OH)3mnFeO+ (n-x)Cl-x+ xCl- 胶核胶核 电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子 如 Fe(OH)3溶胶： 电位离子:能使固体表面带电的离子称为电位离子。反离子:溶液中与电位离子带相反电荷的离子称为反离子。吸附作用吸附作用 固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的离子，固体吸附剂优先选择吸附与它

11、组成相关的离子，或者能够在固体表面上形成难电离或难溶解物质的或者能够在固体表面上形成难电离或难溶解物质的离子。离子。“相似相吸原理相似相吸原理” 例如：例如：Fe(OH)3胶体粒子很容易吸附与它结构相似胶体粒子很容易吸附与它结构相似的的FeO+离子，而带正电荷。离子，而带正电荷。 Fe(OH)3mnFeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+分散质分散质Fe(OH)3mFe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图胶核吸附电位离子的示意图 当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，当固体

12、与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，相分别带有不同符号的电荷，在界面上形成了双电层的结构。在界面上形成了双电层的结构。 扩散双电层 1910年年Gouy和和1913年年Chapman，提出了，提出了扩散双电层模型扩散双电层模型；后来后来Stern又提出了又提出了Stern模型模型。 胶粒的结构比较复杂，胶粒的中心是由许多分散相分子或原子胶粒的结构比较复杂，胶粒的中心是由许多分散相分子或原子聚集而成的固体颗粒，称为聚集而成的固体颗粒

13、，称为胶核胶核； 然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层吸附层；由于正、负电荷相吸，在吸附层外形成反离子的包围圈（扩散层）；由于正、负电荷相吸，在吸附层外形成反离子的包围圈（扩散层）；胶核和吸附层形成了带与吸附层相同电荷的胶核和吸附层形成了带与吸附层相同电荷的胶粒胶粒； 胶粒与扩散层中的反离子，形成一个电中性的胶粒与扩散层中的反离子，形成一个电中性的胶团胶团。 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解子，用同离子效应使胶核不易溶解 三

14、、胶团结构 以以AgI为例：为例： AgNO3 + KI = AgI +KNO3 当当AgNO3 过量时，过量时， 胶粒带正电荷，胶团结构如下：胶粒带正电荷，胶团结构如下：Fe(OH)3mnFeO+ (n-x)Cl-x+ xCl- 胶核胶核 电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子 I胶核胶核(AgI)(AgI)m mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+吸附层吸附层扩扩 散散 层层胶粒胶粒胶胶团团 胶团结构式： （AgI）mnI-(n-x)K+X-xK+例题：制备例题：制备AgI溶胶时，三支烧杯

15、盛有溶胶时，三支烧杯盛有25mL，0.016molL1的的AgNO3 溶液，分别加入溶液，分别加入0.005moLL1的的NaI溶液溶液60mL，80mL和和100mL 1)三种不同加入量的烧杯中各有什么现象三种不同加入量的烧杯中各有什么现象? 2) 溶胶中加入直流电压，胶体粒子如何运动溶胶中加入直流电压，胶体粒子如何运动?答：答：1) 第一只烧杯中第一只烧杯中AgNO3过量，第二只烧杯中过量，第二只烧杯中AgNO3与与NaI物质的量相等，第三只烧杯中物质的量相等，第三只烧杯中NaI过量。过量。因此第一只烧杯和第三只烧杯生成因此第一只烧杯和第三只烧杯生成AgI溶胶，第二溶胶，第二只烧杯生成只烧

16、杯生成AgI沉淀。沉淀。 2) 第一只烧杯中溶胶胶团结构为第一只烧杯中溶胶胶团结构为(AgI )m n I- - (n - x ) Na+ x- - x Na+ (AgI )m n Ag+ (n - x ) NO3- - x x NO3- - 3）第三只烧杯中溶胶胶团结构为）第三只烧杯中溶胶胶团结构为胶粒带正电，向阴极移动。胶粒带正电，向阴极移动。胶粒带负电，向阳极移动。胶粒带负电，向阳极移动。四、溶胶的稳定性和聚沉1. 溶胶的稳定性 溶胶稳定的主要原因:（2 2）胶粒的溶剂化作用）胶粒的溶剂化作用 胶团扩散双电层中反离子是水化的，胶粒胶团扩散双电层中反离子是水化的，胶粒被水化离子包围，阻碍了

17、粒子的合并。被水化离子包围，阻碍了粒子的合并。 （1 1）胶粒间同种电荷的排斥作用）胶粒间同种电荷的排斥作用 溶液中的颗粒都带有相溶液中的颗粒都带有相同的电荷，具有静电斥力，因此不易聚结。同的电荷，具有静电斥力，因此不易聚结。 （3 3）胶粒的布朗运动）胶粒的布朗运动 胶粒在介质中的布朗运动可使其不胶粒在介质中的布朗运动可使其不致于因重力而沉降。致于因重力而沉降。 2、溶胶的聚沉溶胶的聚沉 定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。浑浊。 1、加入电解质，

18、中和胶粒电荷；、加入电解质，中和胶粒电荷； 2、加入带相反电荷的胶体；加入带相反电荷的胶体； 3、长时间加热。、长时间加热。 促使胶体聚沉的方法有：促使胶体聚沉的方法有：注意：胶体的聚沉是不可逆的。注意：胶体的聚沉是不可逆的。 电解质聚沉的主要原因: 中和了胶粒的电荷 加入电解质后，吸附层的反离子增多，加入电解质后，吸附层的反离子增多， 胶胶粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。 破坏了胶粒的溶剂化膜 电解质聚沉能力的大小:聚沉能力主要取决于与胶粒带相反电荷的离子的价数。价数越高, 聚沉能力越强。同价离子的聚沉能力随

19、离子水化半径的增大而减小。聚沉值:使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度。聚沉值越小, 聚沉能力越强。应用：、土壤中的Fe(OH)3、Al(OH)3等正电溶胶和粘土、腐殖质等负电溶胶互相聚沉，对土壤胶粒的结构有重要影响； 、明矾的净水作用：明矾溶于水，水解形成Al(OH)3溶胶，结构为 Al(OH)3mn Al3+（n-x）SO42-2x+x SO42- ;胶粒带正电，而天然水中的悬浮粒子一般带负电荷。(2) 溶胶的相互聚沉聚沉的主要原因: 胶粒所带电荷被中和。 与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电

20、荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。OH12)KAl(SO224明矾明矾水中悬浮体和胶体微粒带负电荷水中悬浮体和胶体微粒带负电荷3Al(OH)胶体带正电荷胶体带正电荷(3)温度对溶胶稳定性的影响加热能破坏胶体的主要原因:胶粒运动加剧,碰撞机会增多。胶粒所带电量减少。五、五、 凝胶作用和触变作用凝胶作用和触变作用 凝胶是固凝胶是固- -液或固液或固- -气所形成的一种分散系统，其中分散相粒子气所形成的一种分散系统，其中分散相粒子相互连接成网状结构，分散介质填充于其间。相互连接成网状结构，分散介质填充于其间。 如果凝胶溶液

21、的浓度足够大，在久置过程中就会失去流动性而如果凝胶溶液的浓度足够大，在久置过程中就会失去流动性而成为半固体状态的成为半固体状态的“胶冻胶冻” 由凝胶自动形成胶冻的过程称为胶凝由凝胶自动形成胶冻的过程称为胶凝 新制成的凝胶都含有大量的液体新制成的凝胶都含有大量的液体( (液体含量在液体含量在95%95%以上以上) )。若液。若液体是水，则该凝胶称为水凝胶。体是水，则该凝胶称为水凝胶。水凝胶经过干燥脱水后即成为干凝胶水凝胶经过干燥脱水后即成为干凝胶 形成凝胶主要有两种途径：即形成凝胶主要有两种途径：即分散法和凝聚法分散法和凝聚法 分散法较容易，如某些固态聚合物吸收适宜的溶剂后，体积膨分散法较容易，

22、如某些固态聚合物吸收适宜的溶剂后，体积膨胀，粒子分散而形成凝胶胀，粒子分散而形成凝胶 凝聚法是使溶液或溶胶在适当条件下，使分散颗粒相联而形成凝聚法是使溶液或溶胶在适当条件下，使分散颗粒相联而形成凝胶，这一过程称为凝胶，这一过程称为胶凝胶凝 触变作用： 摇 动 （ 发 生 触 变 作 用 ）静 止 （ 发 生 胶 凝 作 用 ）凝 胶溶 胶六、六、 高分子化合物对胶体稳定性的影响高分子化合物对胶体稳定性的影响 在溶胶内加入极少量的高分子化合物，会降低溶胶的稳定性，甚在溶胶内加入极少量的高分子化合物，会降低溶胶的稳定性，甚至发生聚沉，这种现象称为至发生聚沉，这种现象称为敏化作用敏化作用。1 1高分

23、子化合物对溶胶的絮凝作用高分子化合物对溶胶的絮凝作用 胶体聚沉时胶体聚沉时沉淀物的结构沉淀物的结构亲液溶胶亲液溶胶 凝胶凝胶憎液溶胶憎液溶胶 粉末或絮状沉淀粉末或絮状沉淀蛋白质蛋白质 淀粉淀粉 硅胶硅胶无机盐类无机盐类胶体聚沉变成絮状沉淀的凝聚作用叫胶体聚沉变成絮状沉淀的凝聚作用叫絮凝絮凝。能使溶胶变成絮状沉淀的凝聚剂，叫做能使溶胶变成絮状沉淀的凝聚剂，叫做絮凝剂絮凝剂。 高分子的絮凝作用则是由于吸附了溶胶粒子以后，高分子化合物高分子的絮凝作用则是由于吸附了溶胶粒子以后，高分子化合物本身的链段旋转和运动，将固体粒子聚集在一起而产生沉淀。本身的链段旋转和运动，将固体粒子聚集在一起而产生沉淀。 絮

24、凝作用具有迅速、彻底、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用量少等絮凝作用具有迅速、彻底、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用量少等优点，特别对于颗粒较大的悬浮体尤为有效。这对于污水处理、钻井优点，特别对于颗粒较大的悬浮体尤为有效。这对于污水处理、钻井泥浆、选择性选矿以及化工生产流程的沉淀、过滤、洗涤等操作都有泥浆、选择性选矿以及化工生产流程的沉淀、过滤、洗涤等操作都有极重要的作用。极重要的作用。 高分子对胶粒的絮凝作用与电解质的聚沉作用不同：高分子对胶粒的絮凝作用与电解质的聚沉作用不同： 由电解质所引起的聚沉过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒紧密、由电解质所引起的聚沉过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒紧密、体积小，这是由

25、于电解质压缩了溶胶粒子的扩散双电层所引起的；体积小，这是由于电解质压缩了溶胶粒子的扩散双电层所引起的； 2 2高分子化合物对溶胶的稳定作用高分子化合物对溶胶的稳定作用 在溶胶中加入一定量的高分子化合物或缔合胶体，能显著提在溶胶中加入一定量的高分子化合物或缔合胶体，能显著提高溶胶对电解质的稳定性，这种现象称为保护作用，又称之为空高溶胶对电解质的稳定性，这种现象称为保护作用，又称之为空间稳定性间稳定性 溶胶被保护以后，其电泳、对电解质的敏感性等会产生显著溶胶被保护以后，其电泳、对电解质的敏感性等会产生显著的变化，显示出一些亲液溶胶的性质，具有抗电解质影响、抗老的变化，显示出一些亲液溶胶的性质，具有

26、抗电解质影响、抗老化、抗温等优良性质。化、抗温等优良性质。第二节、表面现象和表面活性剂第二节、表面现象和表面活性剂 1 1、界面（、界面（interfaceinterface）：密切接触的两相之间的过渡区：密切接触的两相之间的过渡区 （约几个分子的厚度）（约几个分子的厚度）一、表面现象铁管铁管CrCr镀层镀层固固- -固界面固界面玻璃板玻璃板H g2HO液液- -固固界面界面气气液液 气气固固 液液液液 液液固固 固固固固界面称为界面称为表面（表面（surface）2 2、界面现象、界面现象界面现象界面现象所讨论的是在相的界面上发生的一些行为所讨论的是在相的界面上发生的一些行为p 水滴会自动呈

27、球状水滴会自动呈球状p 固体表面易自动吸附气体物质固体表面易自动吸附气体物质p 微小的晶体易溶解微小的晶体易溶解p 毛巾能被润湿毛巾能被润湿液体对固体的润湿作用液体对固体的润湿作用液液固界面现象固界面现象什么是润湿过程？润湿过程可以分为三类，即：粘湿、浸湿和铺展 滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固气界面，产生了新的液固界面。这一过程称之为润湿过程 粘湿过程 液体与固体从不接触到接触，使部分液-气界面和固-气界面转变成新的固-液界面的过程 在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气固界面转变为液固界面的过程称为浸湿过程 等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固

28、界面并产生了单位面积的气液界面，这种过程称为铺展过程接触角接触角 在气、液、固三相交界点，气-液与固-液界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。 若接触角大于90，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面； 若接触角小于90，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。 接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算最简单例子最简单例子液体及其蒸气组成的表面。液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可以彼此抵液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），低），所以表面

29、分子受到被拉入体相的所以表面分子受到被拉入体相的作用力。作用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。等。毛细现象毛细现象 液体沿缝隙上升或扩散，从而润湿含细小缝隙物体的液体沿缝隙上升或扩散，从而润湿含细小缝隙物体的现象。现象。 如：如： 毛细管插入水中，水会沿管柱上升到一定高度。毛细管插入水中，水会沿管柱上升到一定高度。 毛巾吸水毛巾吸水 灯芯吸油灯芯吸油NM2H OHg 由于表面张力的作用，在弯曲表面

30、下的液体与平面不由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体与平面不同，它受到一种附加的压力，同，它受到一种附加的压力，附加压力的方向都指向曲面附加压力的方向都指向曲面的圆心的圆心。 凹面凹面上受的总压力上受的总压力小于小于平面上的压力平面上的压力凸面凸面上受的总压力上受的总压力大于大于平面上的压力平面上的压力附加压力的大小与附加压力的大小与曲率半径曲率半径有关有关 二、表面张力： 液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出的这部分能量液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出的这部分能量称为体系的表面能。由于内外受力不均匀存在着使液面紧缩的力，称为体系的表面能。由于内外受力不均匀存在着使液面紧缩的力，

31、称为表面张力。称为表面张力。液体表面的最基本的特性是趋向于收缩。液体表面的最基本的特性是趋向于收缩。 将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。中，然后取出悬挂，活动边在下面。 由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。边会被向上拉，直至顶部。 从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识表面张力从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识表面张力。 2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W2l2W 如果在活动边框上挂一

32、重物，使重物如果在活动边框上挂一重物，使重物质量质量W2与边框质量与边框质量W1所产生的重力与总所产生的重力与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。不再滑动。 这时这时 l 是滑动边的长度，因膜有两个面，是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为所以边界总长度为2l， 或或g就是就是作用于作用于单位边界上的表面张力。单位边界上的表面张力。2W1W2l12=()FWWg=F=2 l 如果在金属线框中间系一线圈，一起如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。膜。(a)(b) 由于以线

33、圈为边界的两边表面张力大由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见在液膜上移动，见(a)图。图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈内如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出图，清楚的显示出表面张力的存在。表面张力的存在。三、表面活性剂三、表面活性剂 1、 表面活性物质：溶于水后能显著降低溶液的表面活性物质：溶于水后能显著降低溶液的表面能（表面张力）的物质，又称为表面活性剂。表面能（表面张力）的物质，又称为表面活

34、性剂。 表面活性物质若使表面张力增加，则称为具有正表面活性，为正表面活性剂；反之，则称为具有负表面活性，为负表面活性剂。2、表面活性剂的结构 从分子结构来看，其特点是具有从分子结构来看，其特点是具有双亲基团双亲基团的物的物质质：亲水基：亲水基：如如-OH,-COOH,-NH2,-SO3H等，是极性等，是极性部分，溶于水；部分，溶于水；憎水基憎水基(亲油性亲油性)如烷基、苯基等，是如烷基、苯基等，是非极性部分，溶于油。非极性部分，溶于油。亲油基亲油基 亲水基亲水基如：如：CH3(CH2)16COONa乳化剂在水面上定向排列乳化剂在水面上定向排列肥皂是最常见的表面活性物质，它是硬脂酸的钠盐。肥皂是

35、最常见的表面活性物质，它是硬脂酸的钠盐。 C17H35-COONa。亲油基亲油基 亲水基亲水基 注：表面活性物质在两相间的排列注：表面活性物质在两相间的排列十二烷基硫酸钠为典型的表面活性剂。十二烷基硫酸钠为典型的表面活性剂。亲水基亲水基亲油基亲油基憎水基憎水基 表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外。部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外。 随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状棒状、层状层状或球状等或球状等多

36、种形状。多种形状。 这种多分子聚集体称为胶束（胶团）。这种多分子聚集体称为胶束（胶团）。临界胶束浓度临界胶束浓度 表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束。的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束。 这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而曲线上会出现转折。

37、继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。体相中的胶束不断增多、增大。 这种开始这种开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度，简称形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度，简称CMC 表面活性剂的性质之差异主要取决于亲水和亲油基团的性质表面活性剂的性质之差异主要取决于亲水和亲油基团的性质特别是亲水基团的性质。因此通常采用按化学结构的分类方法将特别是亲水基团的性质。因此通常采用按化学结构的分类方法将其分为其分为离子型离子型和和非离子型非离子型两大类，离子型中又可分为两大类，离子型中又可分为阴阴离子型、离子型、阳阳离子型和离子型和两性两性型表面活性剂。除此之外，还有高分子型。型表

38、面活性剂。除此之外，还有高分子型。3、表面活性剂的分类、表面活性剂的分类1.离子型离子型2.非离子型非离子型表面活性剂表面活性剂阴阴离子型离子型阳阳离子型离子型两性型两性型阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐磷酸酯盐如肥皂一般是含如肥皂一般是含14141818个碳的羧酸盐，这类表面活性剂一般不个碳的羧酸盐，这类表面活性剂一般不适用于硬水、酸性溶液和海水。适用于硬水、酸性溶液和海水。十二烷基硫酸钠是硫酸酯盐的典型代表。它具有良好的十二烷基硫酸钠是硫酸酯盐的典型代表。它具有良好的乳化和起泡性能。

39、乳化和起泡性能。磺酸盐类表面活性剂主要有：烷基苯磺酸盐、烷基磺酸磺酸盐类表面活性剂主要有：烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基萘磺酸盐。盐、烷基萘磺酸盐。q 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂脂肪醇硫酸酯钠脂肪醇硫酸酯钠NaOSOCHCHCHCH32223溶于水溶于水32223OSOCHCHCHCHH2OH2OH2OH2OH2ONaH2OH2OH2OH2O阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐伯胺盐 CH3 |R-N-HCl仲胺盐仲胺盐 | H CH3 |R-N-HCl叔胺盐叔胺盐 | CH3 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺盐季胺盐 | CH3q 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂烷基三甲基氯化铵烷基三甲基氯化铵溶于水溶于水ClH2OH2OH2OH2OH2O32223CHNCHCHCHCH3CH3CHH2OH2OH2OH2OH2OH2OClCHNCHCHCHCH322233CH3CH两性表面活性剂两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型氨