物化与胶化界面现象课件(编辑修改稿)

物化与胶化界面现象课件(编辑修改稿)内容摘要：

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， 这种多分子聚集体称为胶束。 随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现 棒状 、 层状或球状等 多种形状。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 胶束 (micelle) 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 胶束 (micelle) 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 胶束 (micelle) 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 胶束 (micelle) 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 临界胶束浓度 (critical micelle concentration) 临界胶束浓度简称 CMC 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的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束， 这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。 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，而体相中的胶束不断增多、增大。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 临界胶束浓度 (critical micelle concentration) 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 亲水亲油平衡 (hydrophilelipophile balance) 表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油基团的不同，很难用相同的单位来衡量，所以Griffin提出了用一个相对的值即 HLB值来表示表面活性物质的亲水性。 对非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为： HLB值 = 亲 水基质量 亲水基质量 +憎水基质量 100/5 例如：石蜡无亲水基，所以 HLB=0 十二烷基硫酸钠 ， 全部是亲水基， HLB=40。 其余非离子型表面活性剂的 HLB值介于 0～ 40之间 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 亲水亲油平衡 (hydrophilelipophile balance) 根据需要，可根据 HLB值选择合适的表面活性剂。 例如： HLB值在 2～ 6之间，可作油包水型的乳化剂； 8～ 10之间作润湿剂； 12～ 18之间作为水包油型乳化剂。 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 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 表面活性剂的重要作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面： 表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。 例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂； 如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于 90176。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 表面活性剂的重要作用 “泡”就是由液体薄膜包围着气体。 有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为 起泡剂。 也有时要使用 消泡剂 ，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 表面活性剂的重要作用 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 表面活性剂的重要作用 非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。 增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。 经 X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 表面活性剂的重要作用 一种或几种液体以大于 107m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的 粗分散 体系称为乳状液。 要使它稳定存在必须加乳化剂。 根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的 水包油 乳状液 (O/W)，或以油为连续相的 油包水 乳状液 (W/O)。 有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为 破乳剂 ，将乳状液中的分散相和分散介质分开。 例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 表面活性剂的重要作用 洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。 其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明： ，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 表面活性剂的重要作用 ，憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。 泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 固体表面的吸附 固体表面的特性 吸附剂和吸附质 吸附量的表示 吸附等温线的类型 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 固体表面的吸附 Langmuir吸附等温式 BET吸附等温式 物理吸附 化学吸附 吸附热 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 固体表面的特性 固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通常它们是定位的。 固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。 同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的表面性质，而且实际晶体的晶面是不完整的，会有晶格缺陷、空位和位错等。 正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它可以 吸附气体或液体分子 ，使表面自由能下降。 而且不同的部位吸附和催化的活性不同。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附剂和吸附质 (adsorbent,adsorbate) 当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，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。 为了测定固体的比表面，常用的吸附质有： 氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附量的表示 吸附量通常有两种表示方法： 3 1/ V m m k g  单 位 ：(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。 1/ n m m ol k g  单 位 ：(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。 体积要换算成标准状况 (STP) 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 物理吸附 具有如下特点的吸附称为物理吸附： 的，一般比较弱。 ，接近于气体的液化热，一般在几个 kJ/mol以 下。 ，任何固体可以吸附任何气体，当然 吸附量会有所不同。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 物理吸附 ，吸附与解吸速率都很快。 ，但也可以是多分子层的。 ，吸附速率并不因温度的升高而 变快。 总之： 物理吸附仅仅是一种物理作用， 没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 化学吸附 具有如下特点的吸附称为化学吸附： 力，一般较强。 ，接近于化学反应热，一般在 40kJ/mol 以 上。 ，固体表面的活性位只吸附与之可发 生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦 然。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 化学吸附 ，一旦吸附，就不易解吸。 ，温度升高，吸附和解吸速率加快。 总之： 化学 吸附相当与吸附剂表面分子与吸附质分子 发生了化学反应 ，在红外、紫外 可见光谱中会出现新的特征吸收带。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附热 吸附热的定义： 吸附热的取号： 在吸附过程中的热效应称为吸附热。 物理吸附过程的热效应相当于气体凝聚热，很小；化学吸附过程的热效应相当于化学键能，比较大。 吸附是放热过程，但是习惯把吸附热都取成正值。 固体在等温、等压下吸附气体是一个自发过程，ΔG0， 气体从三维运动变成吸附态的二维运动，熵减少， ΔS0， ΔH=ΔG+TΔS， ΔH0。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 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，达到吸附平衡时，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： ( , )f T p(1)T=常数， Γ = f (p)， 得吸附定温线。 (2)p=常数， Γ = f (T)， 得吸附等压线。 (3)Γ =常数， p = f (T)， 得吸附等量线。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附等温线 保持温度不变，显示吸附量与比压之间的关系曲线称为吸附等温线。 纵坐标是吸附量，横坐标是比压 p/ps， p是吸附质蒸汽的平衡压力， ps是吸附温度时吸附质的饱和蒸汽压。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附等温线的类型 从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、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 ) 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附等温线的类型 (Ⅰ) 在 吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。 例如 78K时 N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的吸附。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附等温线的类型 (Ⅱ) 常称为 S型等温线。 吸附剂孔径大小不一，发生多分子层吸附。 在比压接近 1时，发生毛细管和孔凝现象。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附等温线的类型 (Ⅲ) 这种类型较少见。 当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温线，如 352K时， Br2在硅胶 上的吸附。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附等温线的类型 (Ⅳ) 多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。 在比压较高时，有毛细凝聚现象。 例如在 323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 吸附等温线的类型 (Ⅴ) 发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。 例如 373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 2020/10/5 Langmuir吸附等温式 Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之间的定量关系。 他在推导该公式的过程引入了两个重要假设： (1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用。 设：表面覆盖度 q = V/Vm Vm为吸满单分子层的体积 则空白表面为 (1 q ) V为吸附体积 达到平衡时，吸附与脱附速率相等。 r(吸附 )=k1p( 1q ) r(脱附 )=k。