第七章表面现象课件

2024/7/13第七章 表面现象温州医学院药学院温州医学院药学院化化 学学 教教 研研 室室版权所有：温州医学院药学院化学教研室 Copyright 22010 Chemistry Department of School of Pharmacy,WZMC All rights reserved.物理化学物理化学2上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 物理化学物理化学第七章第七章3上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13第七章 表面现象7.1 表面积与表面吉布斯能7.2 弯曲液面的性质7.3 铺展与润湿7.4 溶液的表面吸附7.5 不溶性表面膜7.6 表面活性剂7.7 气体在固体表面上的吸附7.8 固体自溶液中的吸附4上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 7.1 表面积与表面吉布斯能一一.比表面比表面二二.表面吉布斯能和表面张力表面吉布斯能和表面张力三三.表面的热力学关系式表面的热力学关系式四四.影响表面吉布斯能的因素影响表面吉布斯能的因素 5上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13基本概念 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。6上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13气气-液界面液界面空气空气气气-液液界面界面7上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13气气-固界面固界面气-固界面8上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13液液-液界面液界面液-液界面9上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13液液-固界面固界面玻璃板玻璃板液液-固界面固界面10上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13固固-固界面固界面铁管铁管CrCr镀层镀层固固-固界面固界面11上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13表面现象的本质 表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同，受力不等。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵消；如红色球所示12上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13如兰色球所示 处在界面层的分子，由于两相密度不等，其作用力未必能相互抵消 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:如表面张力表面吸附毛细现象 润湿与铺展等等。13上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 比表面：比表面通常用来表示物质分散的程度即分散度，有两种常用的表示方法：式中，m和V分别为物质的质量和体积，As为其总表面积。1.一种是单位质量的物质所具有的表面积一种是单位质量的物质所具有的表面积2.另一种是单位体积物质所具有的表面积另一种是单位体积物质所具有的表面积单位是单位是一、比表面14上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13分散度与比表面 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 15上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。边长l/m 立方体数 比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。16上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13二.表面吉布斯能和表面张力式中 为比例系数 在温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统做的功，称为表面功。用公式表示为：在数值上等于在等T，等p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对系统做的可逆非膨胀功。由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。表面功17上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 1、表面吉布斯能 在等温、等压和组成不变的条件下，环境对系统做的可逆表面功就等于系统吉布斯自由能的增加值 保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面吉布斯能或表面能。则表面自由能为单位为18上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 1、表面吉布斯能 在等温、等压和组成不变的条件下，系统总的表面自由能有自发向减小的方向变化趋势 所以液体表面有自动收缩的趋势。为什么小液滴、小气泡都呈球形？相同体积的物质，构成球形时表面积最小，具有的总表面自由能最低。19上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 2、表面张力 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。去掉活动边插销，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。20上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 2、表面张力这时：l 是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l 如果在活动边框上挂一重物使重物质量m2与边框质量m1所产生的重力F与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。就是作用于单位边界上的力，称为表面张力。21上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 2、表面张力 在表面上，表面张力无处不在，只是在液体表面中间，任意边界两边的表面张力对消，看不出来罢了。表面张力的单位是：表面张力：在一定温度和压力下，在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，这种力垂垂直直于单位长度的边界，指向液体方向并与表面相切。于单位长度的边界，指向液体方向并与表面相切。22上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 2、表面张力 若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绷成一个圆形，如图，清楚的显示出表面张力的存在。由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，故线圈成任意形状可在液膜上移动。23上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、影响表面张力的因素1.分子间作用力的影响l对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。(金属键)(离子键)(极性共价键 (非极性共价键)固体物质一般比液体物质具有更高的表面张力.在液-液界面上,两种液体间的界面张力，介于两种液体表面张力之间。24上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/132.温度的影响 温度升高时物质的体积膨胀,分子间相互作用减弱,大多数物质的表面张力减小。3.压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。25上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、影响表面张力的因素某些液体、固体的表面张力和液/液界面张力T/K物质物质 /(10-3 Nm-1)T/K物质物质/(10-3 Nm-1)293水水(液液)72.752000W(固固)2900293乙醇乙醇(液液)22.751673Fe(固固)2150293苯苯(液液)28.881808Fe(固固)1880293丙酮丙酮(液液)23.7293Hg(液液)485293正辛醇正辛醇(液液)/水水8.5298NaCl(固固)227293正辛酮正辛酮(液液)27.5298KCl(固固)110293正己烷正己烷(液液)/水水51.1298MgO(固固)1200293正己烷正己烷(液液)18.478CaF2(固固)450293正辛烷正辛烷(液液)/水水50.82.5He(液液)0.308293正辛烷正辛烷(液液)21.8163Xe(液液)18.626上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13第二节 弯曲液面的性质一、1.弯曲液面附加压力的产生 附加压力附加压力D DP:表面张力的作用使弯曲液面内外产生的压力差。pl弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力 pgD Dp pgD Dp pl附加压力总是指向液面的曲率中心,使凹面一侧的压力p内比凸面一侧的p外高。定义D Dp=p内内-p外外,总是大于零。27上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/132、Yong-Laplace Equation杨杨-拉普拉斯方程拉普拉斯方程:所以，P与 成正比、与r 成反比。r 减小，P增大；增大，P增大。28上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13若是球面：若是平面：空气中的气泡：对液体中的气泡：29上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/133、毛细现象弯曲液面的附加压力可引起毛细现象。将毛细管插入液体后,若液体能润湿毛细管壁,两者的接触角 90,形成凹液面,导致管内液面上升;反之液面下降。r1rh 毛细管上升毛细管上升以图示凹液面为例,液面上升至平衡时,有式中液面曲率半径 r1 与毛细管半径 r 及接触角 间的关系为：:液体表面张力;：液体密度;g:重力加速度30上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13二、曲面的蒸气压 纯液体的饱和蒸气压与温度和液体压力温度和液体压力有关。微小液滴的蒸气压因附加压力的作用而比普通体积时高。用用p*和和pr*分分别别表表示示平平面面液液体体和和微微小小液液滴滴的的蒸蒸气气压压,结合拉普拉斯方程结合拉普拉斯方程,得得开尔文公式:31上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/131.开尔文公式开尔文公式:对凹液面(气泡内，毛细管中水的液面),r 0,pr*0,pr*p*。可见pr*(凸面)p*(平面)pr*(凹面)且曲率半径越小,偏离程度越大.0.1 1 10 100 1000r/nm123Pr/p曲率半径对水的蒸曲率半径对水的蒸气压的影响气压的影响(25)小液滴小液滴小气泡小气泡平面液体平面液体32上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/132、开尔文公式应用(1)毛细管凝结 多孔性物质内有很多毛细孔隙，和该固体相润湿的液体可以在这些孔隙内形成凹液面。在一定温度下，液体的蒸汽压低于其正常的饱和蒸汽压，但对于这些凹液面已经过饱和了，蒸汽分子就会自发地在这些毛细孔内凝结成液体。这就是硅胶作为干燥剂的工作原理。（2）熔点下降 晶粒分割得越小，越易熔化，熔点越低33上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/132、开尔文公式应用溶质遵守亨利定律，所以 （3）高分散度对溶解度的影响代入开尔文公式得：r减小，pr增大，xr增大，即溶解度增大。34上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13三、亚稳状态亚稳状态:热力学不完全稳定的状态。按照相平衡条件应当相变的物质,由于初始新相体积极小,具有很大的比表面积和表面吉布斯函数而难以形成,系统仍以原相存在,处于亚稳状态。35上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13 按相平衡条件应当凝结而未凝结的蒸气。原因是蒸气不能变成化学势更高的微小液滴。过饱和蒸气的压力超过了相应温度下通常体积液体的饱和蒸气压,但仍小于该液体微小液滴的饱和蒸气压(见图示).p过饱和蒸气的产生过饱和蒸气的产生gT引入凝结中心可使液滴核心易于生成,减轻过饱和程度(如人工增雨).1.过饱和蒸气36上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/132.过热液体 在表面光洁的容器中加热纯净的液体，当温度升至液体的沸点时，由于液体内生成的微小气泡曲率半径很小，在凹液面上的附加压力使气泡难以生成，只有继续加热液体，使其蒸汽压大到和外界压力相等时，液体才会沸腾。这种温度高于沸点但仍不沸腾的液体称作过热液体。过热水的产生过热水的产生373.15Kp(大气大气)h=0.02m在液体中加入少量素烧瓷片或毛细管等物质可大大降低过热的程度.37上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13p过冷液体的产生过冷液体的产生气相区气相区TfT f按相平衡条件应当凝固而未凝固的液体.原因是新生相微粒具有高表面吉布斯能(高的饱和蒸气压)而不能在正常凝固温度下生成。在过冷液体中投入小晶体作为新相的种子,剧烈搅拌或用玻棒摩擦器壁可以破坏过冷状态，使液体迅速凝固。3.过冷液体38上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13与微小液滴一样,微小晶体的饱和蒸气压大于普通晶体。蒸气压与溶解度有密切的关系,微小晶粒具有比普通晶体更大的溶解度。晶体的颗粒愈小,溶解度愈大。(见图)p分散度对溶解度的影响c3c2c1可知,当溶液浓度达到普通晶体的饱和浓度时,相对于微小晶粒还未饱和,微小晶粒就不能从中析出.4.过饱和溶液:在一定温度下,浓度超过饱和浓度,而仍未析出晶体的溶液.原因是微小晶粒具有高表面吉布斯函数(高的饱和蒸气压)而不能在正常饱和浓度下析出。39上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13第三节 铺展与润湿铺展铺展系数系数 G液,气固,液固,气 S=固,气液,气固,液自发铺展的条件是 G 0,S0。固体的润湿 等温、等压条件下等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。若S0，说明液体可以在固体表面自动铺展。40上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气液体在固体表面上的铺展S=-G=-(l-g+s-l-s-g)41上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13固体的润湿下图是一液滴位于固体上达平衡时的两种形态下图是一液滴位于固体上达平衡时的两种形态.气气液液固固 气气液液固固 90 接触角接触角 与各个界面张力与各个界面张力接触角接触角 :在气、液、固三相交界处在气、液、固三相交界处,s-l 与与g-l之间的夹角之间的夹角.平衡时平衡时,s-g=s-l+g-l cos 杨氏杨氏(T.Young)方程方程:42上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13固体的润湿若s-g-s-l=g-l，cos=1，=0 完全润湿；若 s-g-s-l g-l，0 cos 1，0 90 润湿；若s-gs-l，cos 0，90 180 不润湿铺展润湿、浸湿、沾湿43上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13在讨论润湿性时，一般把90。的接触角作为是否润湿的标准：90。不润湿，90。润湿防雨设备,农药配制,机械润滑,矿物浮选,注水采油,金属焊接,印染及洗涤等方面都与润湿有关。药物制剂中很多方面要用到润湿，如外用的散剂，片剂中的崩解剂，注射瓶中的针剂。44上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13第四节 溶液的表面吸附一、溶液的表面吸附现象一、溶液的表面吸附现象溶液的表面吸附溶液的表面吸附:溶质在溶液表面层溶质在溶液表面层(表面相表面相)中的浓度与在中的浓度与在溶液本体溶液本体(体相体相)中浓度不同的现象。中浓度不同的现象。溶液的表面张力与溶质的浓度有关溶液的表面张力与溶质的浓度有关(见图示见图示 3 种情况种情况)。水溶液表面张力与溶质浓度的关系水溶液表面张力与溶质浓度的关系cI 无机酸无机酸,碱碱,盐等盐等.有机酸有机酸,醇醇,酯酯,醚醚,酮酮等等.肥皂肥皂,合合成洗涤剂成洗涤剂等等.0 溶液表面吸附产生的原因溶液表面吸附产生的原因是体系为尽可能降低表面吉布是体系为尽可能降低表面吉布斯函数而自动调整溶质在表面斯函数而自动调整溶质在表面相和体相中的分布相和体相中的分布.包括两种情包括两种情况：况：正吸附和负吸附正吸附和负吸附45上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13正吸附正吸附:若溶质的加入使溶液表面张力降低若溶质的加入使溶液表面张力降低,则溶质自则溶质自动地从体相富集至表面动地从体相富集至表面,增大其表面浓度。增大其表面浓度。负吸附负吸附:若溶质的加入使溶液表面张力升高若溶质的加入使溶液表面张力升高,则溶质表则溶质表面浓度自动低于体相浓度。面浓度自动低于体相浓度。46上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13溶液表面的吸附表面吸附产生的浓度差又导致溶质在反方向上的表面吸附产生的浓度差又导致溶质在反方向上的扩散扩散,当这两种相反的趋势达到平衡时当这两种相反的趋势达到平衡时,即达到溶液即达到溶液表面吸附平衡。表面吸附平衡。表面惰性物质表面惰性物质:能使溶液表面张力增大的物质。能使溶液表面张力增大的物质。表面活性物质表面活性物质(表面活性剂表面活性剂):能使溶液表面张力降低的物质。能使溶液表面张力降低的物质。习惯上指溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质。习惯上指溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质。47上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13表表面面活活性性剂剂显显著著降降低低水水的的表表面面张张 力力。(左左)将将 硫硫(密密 度度2.1g/cm3)小小心心地地放放到到水水面面上上,水水硫硫界界面面张张力力大大而而难难以以增增大大其其界界面面积积,使使硫硫不不能能浸浸湿湿。(右右)向向水水中中滴滴入入几几滴滴清清洁洁剂剂,水水硫界面张力减小硫界面张力减小,硫沉入水底。硫沉入水底。48上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13三、表面活性物质在溶液表面的定向排列表面活性剂分子是两亲分子,具有亲水和亲油基团亲水和亲油基团亲水基团进入水中亲水基团进入水中,亲油基团朝向空气亲油基团朝向空气表面活性剂分子在溶液表面定向排列定向排列溶液表面溶液表面碳氢链碳氢链49上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13第六节 表面活性剂一.表面活性剂的分类三.胶束和临界胶束浓度二.亲水亲油平衡四.表面活性剂的作用50上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13第六节 表面活性剂 溶溶解解少少量量就就能能显显著著减减小小溶溶液液表表面面张张力力的的物物质质称称为为表表面面活活性性剂剂。也也就就是是说说，表表面面活活性性剂剂的的基基本本性性质质:溶溶入入少少量量就就可可使使溶溶液液的的表表面面张张力力急急剧剧降降低低;当当浓浓度度达达到到一一定定值值后后,浓浓度度几几乎乎不不影影响响表表面面张张力力.表面张力与浓度关系表面张力与浓度关系 c 051上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13表面活性剂一、表面活性剂分类一、表面活性剂分类一般表面活性剂分子都是由亲水性的极性基团和憎水一般表面活性剂分子都是由亲水性的极性基团和憎水(亲油亲油)性的非极性基团两部分所构成性的非极性基团两部分所构成(见图示见图示)。油酸分子模型图油酸分子模型图COOCH3(CH2)7=CH(CH2)7H+52上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13一、表面活性剂的分类表面活性表面活性物质物质分类分类离子型表离子型表面活性剂面活性剂两性表面活性剂两性表面活性剂阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂如肥皂如肥皂 RCOONa如胺盐如胺盐 C18H37NH3+Cl如氨基酸型如氨基酸型R-NH-H2COOH非离子型非离子型 表面活性剂表面活性剂如聚乙二醇类如聚乙二醇类 HOCOH2CH2OCH2nCH2OH阴离子型和阳离子型表面活性剂不可混用阴离子型和阳离子型表面活性剂不可混用.53上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13三、胶束 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。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。这种多分子聚集体称为胶束。这种多分子聚集体称为胶束。54上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13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。这种开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度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，继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而胶束不断增多、增大。55上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13胶束和临界胶束浓度活性剂浓度低于CMC小型胶束活性剂浓度等于CMC层状胶束 活性剂浓度大于CMC56上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13胶束和临界胶束浓度各种形状的胶束57上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13胶束和临界胶束浓度58上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13胶束和临界胶束浓度59上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：1.润湿作用 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90。60上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用泡泡水矿物浮游选矿的原理图 选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。有用矿物废矿石憎水表面61上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用2.起泡作用 “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。62上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用63上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用3.增溶作用 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，而整个溶液的依数性变化不大。64上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用3.增溶作用 被增溶的碳氢化合物表面活性剂分子66上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用4.乳化作用乳化剂也是两亲分子乳化剂在分散相周围定向排列油滴水滴活性剂分子油水水包油油包水67上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用5.洗涤作用 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。洗涤过程是包括润湿、增溶、乳化、起泡和保护清洁表面等一连串复杂过程 肥皂硬酯酸钠 肥皂粉长直链烷基苯磺酸钠污垢一般由油脂和灰尘组成，不易被水润湿68上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13四、表面活性剂的几种作用加表面活性剂后的去污过程示意图上.水不易润湿油污中.表面活性剂的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。下.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。69上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13第七节 气体在固体表面的吸附1.吸附剂与吸附质2.物理吸附与化学吸附3.吸附等温线4.吸附等温式70上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13吸附剂与吸附质固体表面的特性 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。71上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13吸附剂与吸附质 正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它可以吸附气体分子，使固体表面自由能下降。由于表面分子的位置不同,不同部位的吸附和催化的活性也不同。吸附剂 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。能吸附其他气体的固体 吸附质被吸附的气体72上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13吸附剂与吸附质常用的吸附剂1.活性炭按活性炭的制备原料不同,可分为:植物活性炭 用于食品和药物的提纯、除杂动物活性炭 如骨炭，用于高温吸附矿物活性炭 用做化工工业的吸附剂和催化剂活性炭种类很多，用途各异，必须选择合适的使用活性炭使用前必须活化，活化温度随活性炭的品种不同而不同。活性炭是非极性吸附剂，优先吸附非极性物质。73上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13吸附剂与吸附质2.硅胶硅胶是硅酸的干凝胶，是极性无色吸附剂。硅胶在使用前必须活化，活化温度约120左右，温度太高会破坏硅胶的结构。硅胶广泛用作吸水干燥剂或催化剂载体。在制备硅胶时，常加入少量钴盐，使干燥硅胶呈兰色，吸饱水后呈粉红色，提醒人们需活化后再用。硅胶优先吸附极性、溶解度小的大分子物质，在制药工业上用来提纯生物碱和甾体类药物。74上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13吸附剂与吸附质3.分子筛 分子筛又称为人造沸石，是人工合成的多孔硅铝酸盐，是高效的极性吸附剂和催化剂。分子筛的基本结构是硅氧或铝氧四面体 根据合成条件不同，硅与铝的比例不同，四面体排列的方式不同，得到了各种不同型号的分子筛：如A型，X型，Y型，L型，ZSM型等等。75上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13吸附剂与吸附质 由于分子筛中铝氧四面体中的价态不平衡，根据平衡阳离子的不同，还可以分出H+，Na+，K+，Ca2+等等不同型号。分子筛在使用前必须活化，活化温度随型号不同而不同，一般多在350以上，温度太高会破坏分子筛的骨架结构。分子筛优先吸附极性物质.不同型号的分子筛，孔的形状不同，孔径大小不同，表面酸碱性不同，因而催化性能也不同。76上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13吸附剂与吸附质分子筛的特点:1.比表面大。一般多在400m/g以上，是高效吸附剂 2.孔径均一，同种分子筛有相同的孔径，可起到筛分分子的作用。也是很好的择形催化剂。3.吸附选择性好，优先吸附极性物质，可起到分离氧气和氮气的作用。4.吸附强度较大，可以活化被吸附分子，是一种选择性高的优质催化剂。77上页上页下页下页回主目录回主目录返回返回2024/7/13物理吸附与化学吸附的比较物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附力吸附力范德华力范德华力化学键力化学键力吸附层数吸附层数多分子层或单分子层多分子层或单分子层单分子层单分子层可逆性可逆性“可逆可逆”“不可逆不可逆”吸附热吸附热小小(近于冷凝热近于冷凝热)大大(近于反应热近于反应热)吸附速率吸附速率快快慢慢吸附选择性吸附选择性无或很差无或很差有有