林化表面化学

1、会计学1林化表面化学林化表面化学界面化学与其他学科的联系界面化学与其他学科的联系界面化学界面化学 生命科学（生物膜及膜模拟化学）生命科学（生物膜及膜模拟化学） 能源科学（三次采油、煤的液化、化学电源）能源科学（三次采油、煤的液化、化学电源） 材料科学（超细材料、材料的表面改型）材料科学（超细材料、材料的表面改型） 信息科学（信息科学（LBLB膜，微电子器件）膜，微电子器件）2021-12-7v8.1 8.1 表面张力与表面表面张力与表面GibbsGibbs自由能（自由能（掌握概念掌握概念）v8.2 8.2 弯曲液面的特性弯曲液面的特性 掌握掌握弯曲液面的特性及拉普拉斯方程、开尔文方程的应用弯曲

2、液面的特性及拉普拉斯方程、开尔文方程的应用v8.3 8.3 吸附现象吸附现象 1.1.溶液的表面吸附；溶液的表面吸附；2 2 气固界面吸附；气固界面吸附；3 3 液固界面吸附液固界面吸附 v8.4 8.4 润湿作用润湿作用 了解了解液体对固体表面的润湿作用；液体对固体表面的润湿作用；理解理解杨氏方程杨氏方程v8.5 8.5 表面活性剂表面活性剂 了解了解表面活性物质的结构特点及其应用；表面活性物质的结构特点及其应用； 了解了解HLBHLB值，值，了解了解表面膜、胶束；表面膜、胶束；v表面和界面表面和界面v界面现象的本质界面现象的本质v比表面比表面v分散度与比表面分散度与比表面v表面功表面功v表

3、面自由能表面自由能v表面张力表面张力v影响表面张力的因素影响表面张力的因素8.1 8.1 表面张力与表面表面张力与表面GibbsGibbs自由能自由能 界面是指两相接触的约界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区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，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面表面。 常见的常见的界面界面有：气有：气-液界面，气液界面，气-固界面，液固界面，液-液液界面，液界面，液-固界面，固固界面，固-固界面。固界面。 严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的的界面界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为，但习惯上把液

4、体或固体与空气的界面称为液体或固体的液体或固体的表面表面。常见的界面有：常见的界面有：1.气气-液界面液界面2.气气-固界面固界面3.液液-液界面液界面4.液液-固界面固界面5.固固-固界面固界面 最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可以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彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），拉力小（因为气相密度低），所所以表面分子受到被拉入体相的作以表面分子受到被拉入体相的作用力。用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势

5、，并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，使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。附、毛细现象、过饱和状态等。 比表面通常用来表示物质分散的程度，有两比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：面积。即：/ /mVAA mAA V或式中，式中，m和和V分别为固体的质量和体积，分别为固体的质量和体积，A为其为其表面积。目前常用的测定表面积的方法

6、有表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法法和色谱法。和色谱法。 把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。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，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。比表面也越大。 例如，把边长为例如，把边长为1cm的立方体的立方体1cm3逐渐分割逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：成小立方体时，比表面增长情况列于下表：边长边长l/m 立方体数立方体数 比表面比表面Av/（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107

7、 110-9 1021 6 109 从表上可以看出，当将边长为从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分的立方体分割成割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。的小立方体时，比表面增长了一千万倍。边长边长l/m 立方体数立方体数 比表面比表面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 可见达到可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积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，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和

8、多相催化方面的研究热点。相催化方面的研究热点。(a)(b)m1m2表面张力示意图v从力学角度考虑，表面从力学角度考虑，表面层分子因受到来自体相层分子因受到来自体相分子的引力，液体表面分子的引力，液体表面有自动收缩能力。有自动收缩能力。v其方向平行或切于液体其方向平行或切于液体表面。表面。v定义定义作用在单位长度上作用在单位长度上的表面收缩力的表面收缩力，称作，称作表表面张力面张力 。v的量纲的量纲 N.mN.m-1-1（1）分子间相互作用力的影响）分子间相互作用力的影响（2）温度的影响）温度的影响 温度升高，表面张力下降。温度升高，表面张力下降。（3）压力的影响）压力的影响 表面张力一般随压力

9、的增加而下降。表面张力一般随压力的增加而下降。一般一般化学键越强，表面张力越大化学键越强，表面张力越大。(金属键金属键) (离子键离子键) (极性共价极性共价键键) (非极性共价键非极性共价键)式中式中为比例系数，它为比例系数，它在数值上等于当在数值上等于当T，P及组及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的系做的可逆非膨胀功可逆非膨胀功。 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，就果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须必须克服体系内部

10、分子之间的作用力克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。，对体系做功。 温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为所需要对体系作的功，称为表面功表面功。用公式表示为。用公式表示为：W=dA由此可得：由此可得： 考虑了考虑了表面功，热表面功，热力学基本公力学基本公式中应相应式中应相应增加增加 dA一项，即：一项，即：BBBddddGS TV pAdn BBBddddUT Sp VAdnBBBddddHT SV pAdnBBBddddFS Tp VAdn B,)(nVSAUB,)(nPSAHB,)(nVTAFB,)(nPTAG 广

11、义的表面自由能定义：广义的表面自由能定义： 狭义的表面自由能定义：狭义的表面自由能定义： 保持温度、压力和组成不变，增加单位表面上保持温度、压力和组成不变，增加单位表面上的分子比体相内部相当量分子所多出的那部分能的分子比体相内部相当量分子所多出的那部分能量，又叫量，又叫表面过剩表面过剩Gibbs自由能自由能，也称，也称表面能表面能，单，单位为位为Jm-2。 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。积时，相应热力学函数的增值。nPTAG,)(v在煤粉或在面粉厂，因为细小的煤粉或面在煤粉或在面粉厂，因为细小的煤粉或面粉悬浮在空中，形成

12、巨大的表面，有着巨粉悬浮在空中，形成巨大的表面，有着巨大的表面能。大的表面能。v一个小小的火星，会加速煤粉或面粉表面一个小小的火星，会加速煤粉或面粉表面上发生的氧化反应，反应中放出的热量又上发生的氧化反应，反应中放出的热量又加速了其它颗粒表面的氧化反应加速了其它颗粒表面的氧化反应，因，因此，引起爆炸！此，引起爆炸！v一大块煤燃烧为什么不爆炸？一大块煤燃烧为什么不爆炸？ 为什么把泉水小心注入干燥杯子时，水面会高为什么把泉水小心注入干燥杯子时，水面会高 出杯面？为什么井水比河水有较大的表面张力？出杯面？为什么井水比河水有较大的表面张力？ 比表面比表面GibbsGibbs自由能、表面张力二者的概念、

13、单自由能、表面张力二者的概念、单 位是否相同？位是否相同？ 固体表面有过剩的固体表面有过剩的GibbsGibbs自由能吗？它与液体的自由能吗？它与液体的 有何不同？有何不同？ 大小相同的水泡，水滴，气泡，表面自由能大小相同的水泡，水滴，气泡，表面自由能 的大小的大小gglggl 弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力1.在平面上在平面上2.在凸面上在凸面上3.在凹面上在凹面上 Young-Laplace公式公式 Klvin公式公式附加压强附加压强p p：由表面张力的合力产生，指向由表面张力的合力产生，指向“球心球心”的压强的压强pABp0p = p0 + p凸面凸面AB pp0p = p0 -

14、p凹面凹面ABABp0平面平面p = p0334rV2s4 rAppp0dppprrAd8dsrrVd4d2sdAWVpWd 1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：rp0pprdr8drr42prp2杨杨- -拉普拉斯公式拉普拉斯公式特殊式（对球面）：特殊式（对球面）：rp2 根据数学上规定根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值凸面的曲率半径取正值，凹凹面的曲率半径取负值。面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是即附加压力总是指向球面的球心。指向球面的球心。一

15、般式：一般式：1211()prr杨杨- -拉普拉斯公式拉普拉斯公式水泡的附加压力水泡的附加压力 肥皂泡两个肥皂泡两个l-g界面，界面，r1r2 p= p外外+ p内内= 4/r r1r2ps,1ps,2气气n2.2.旱季为何要锄地？旱季为何要锄地？n土壤间隙被认为是一些毛细管，水在其中呈凹液面土壤间隙被认为是一些毛细管，水在其中呈凹液面。天旱无雨时，农民通过锄地来保持土壤水分，因。天旱无雨时，农民通过锄地来保持土壤水分，因为锄地可切断地表的土壤间孔隙为锄地可切断地表的土壤间孔隙( (即毛细管即毛细管) )，以防，以防止土壤中水分沿毛细管进一步上升蒸发。止土壤中水分沿毛细管进一步上升蒸发。 把半

16、径为把半径为r的毛细管插入液体中，若液体能润湿管的毛细管插入液体中，若液体能润湿管壁，管中将形成凹面，壁，管中将形成凹面，液体在毛细管中上升液体在毛细管中上升；若不能；若不能润湿管壁，管中将形成凸面，润湿管壁，管中将形成凸面，液体在毛细管中下降液体在毛细管中下降，如图所示。如图所示。毛细管现象毛细管现象图图 毛细管现象毛细管现象 (a) 液体在毛细管中上升液体在毛细管中上升h(b) 液体在毛细管中下降液体在毛细管中下降h2021-12-71.1.曲率半径曲率半径r与毛细管半径与毛细管半径r r的关系的关系： r=r/cosq q2.2. p=2/ /r=(r rl-r rg)gh如果曲面为球面

17、，则如果曲面为球面，则r= =r。因因r rlr rg ps=2/ /r=r rlgh一般式：一般式：2 cosq q/ /r=rrgh2021-12-7 二、弯曲液面的蒸气压现象：小液滴消失，大液滴变大现象：小液滴消失，大液滴变大原因：小液滴蒸汽压比大液滴大原因：小液滴蒸汽压比大液滴大Kelvin公式公式 弯曲液面的蒸气压rRTMpp12ln0rr 凹液面，凹液面，r0，则：则：pr= p凹凹 p0 且且|r|越小越小，p凹凹越小；越小； 凸液面，凸液面，r0，则：则：pr= p凸凸 p0 r/m 10-6 10-7 10-8 10-9 pr / p0 1.001 1.011 1.114 2

18、.95rRTMpp12ln0rr 物质要小到一定程度，表面效应才显著物质要小到一定程度，表面效应才显著 微小物质的饱和蒸气压微小物质的饱和蒸气压p pr r增大，其化学势增高增大，其化学势增高 微小物质的熔点低（凸面）微小物质的熔点低（凸面） ppRTBr,Br,ln微小物质化学势大块物质化学势ppRTBBlnBr,B，熔融时，B(l)B则：Br,B(l)微物熔融应满足：B(l)Br,只有降低熔点，才能使 减小，故有： Br,Tf（微小） Tf（大块） 微小固体物质的溶解度大微小固体物质的溶解度大rRTMcc12ln0rr)11(2ln1212rrRTMccr和若r2r1，则c2 c1，即：物

19、质颗粒越小，其溶解度越大物质颗粒越小，其溶解度越大；因为固体颗粒的r0，所以微小物质的溶解度(cr)大于正常条件下物质的溶解度(c0)将开尔文公式与亨利定律结合，推导得：高温液体中微小的起泡难逸出高温液体中微小的起泡难逸出液体达到沸点，表面可自由气化，液体内部若出现液体达到沸点，表面可自由气化，液体内部若出现的极微小气泡的极微小气泡( (新相新相) )，气泡内为凹液面，压力为，气泡内为凹液面，压力为p。但小气泡受到的压力为：但小气泡受到的压力为： p外外 = p大气大气+ ps+ p静静 p静静=gh ps = 2/rpphhp?rRTMpp12ln0rr 根据开尔文公式，气泡内液面上的液体饱

20、和蒸气压为根据开尔文公式，气泡内液面上的液体饱和蒸气压为p pr r：所以，必须升高液体温度，使气泡凹液面的饱和蒸气压等所以，必须升高液体温度，使气泡凹液面的饱和蒸气压等于或超过于或超过p外外 ，才能使液体沸腾，这样就会引起过热导致，才能使液体沸腾，这样就会引起过热导致溶液暴沸。加入多孔沸石、毛细管等可避免暴沸。溶液暴沸。加入多孔沸石、毛细管等可避免暴沸。n微小气泡上承受着外压和很大的附加压力微小气泡上承受着外压和很大的附加压力n p = 2/r. n p外外 = p大气压大气压+ 2/r +p静静p大气ph 亚稳态与新相难成亚稳态与新相难成 易蒸发，易升华，易融化，易溶解，其逆过程易蒸发，易

21、升华，易融化，易溶解，其逆过程 难冷凝，难凝华，难凝固，难结晶。难冷凝，难凝华，难凝固，难结晶。 共同特征：从原体系中形成新的相态，初成的共同特征：从原体系中形成新的相态，初成的 新相颗粒是极微小的，则新相颗粒是极微小的，则i大，大，微粒微粒很快很快蒸发蒸发 ( (升华，融化，溶解升华，融化，溶解),),形成亚稳态（介安体系）形成亚稳态（介安体系） 过饱和蒸气过饱和蒸气 过冷液体过冷液体 过热液体过热液体 过饱和溶液过饱和溶液 亚稳态亚稳态固固液液气：易气：易气气液液固：难固：难对一些现象的解释人工增雨，降温节能人工增雨，降温节能人工增雨，驱除空气中的灰尘人工增雨，驱除空气中的灰尘对一些现象的

22、解释对一些现象的解释2021-12-74ln12ln*0*rRTMpprr4ln298314. 8100010180715. 024ln2113131kmolkJmkgmolkgmNRTMrr(1) 根据根据Kelvin公式，求在此饱和蒸气压时液滴的半径公式，求在此饱和蒸气压时液滴的半径 =7.49 10-102021-12-759.1018/10023. 6.1000)1049. 7(14. 334/341323333103molkgmkgmMLrNr表面活性物质表面活性物质非表面活性物质非表面活性物质Gibbs吸附公式吸附公式正吸附和负吸附正吸附和负吸附两亲分子在气液界面上的定向排列两亲分

23、子在气液界面上的定向排列溶液的表面张力和吸附现象溶液的表面张力和吸附现象将溶质加入到溶剂中形成溶液时，溶液的表面张力随将溶质加入到溶剂中形成溶液时，溶液的表面张力随溶质浓度的变化大致可分为三种类型，如图所示。溶质浓度的变化大致可分为三种类型，如图所示。c 曲线曲线I，以水溶液而言，无机，以水溶液而言，无机盐、酸、碱、盐、酸、碱、蔗糖、甘油蔗糖、甘油等属于等属于此类。此类。 曲线曲线II，许多有机酸、醇等属，许多有机酸、醇等属于此类。于此类。 曲线曲线III，肥皂、合成洗涤剂等属于此类。，肥皂、合成洗涤剂等属于此类。溶液表面张力和吸附现象溶液表面张力和吸附现象 能使能使水水的表面张力的表面张力明

24、显降低明显降低的的溶质溶质称为表面活性物质称为表面活性物质。 这种物质通常含有这种物质通常含有亲水的极性基团亲水的极性基团和和憎水的非极性基憎水的非极性基团的团的有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。水而指向空气，在界面定向排列。 表面活性物质表面活性物质的的表面浓度大于本体浓度，增加单位面表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。c 能使水的能使水的表面张力明显升高表面张力明显升高的溶质称为非表的溶质称为非表面活性物质

25、。如无机盐和不挥发的酸、碱等。面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。 这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分子拖入水中，非表面活性物质在子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于表面的浓度低于在本体的浓度在本体的浓度。 如果要增加单位表面积，所作的功中还必须如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升高。高。它的物理意义是它的物理意义是：在单位面积的表面层中，所含溶在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中所质的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中

26、所含溶质的物质的量之差值含溶质的物质的量之差值。即：。即：Gibbs吸附公式吸附公式ddcRTc sinssB)(AccVAnB吉布斯吸附公式：吉布斯吸附公式：1.1.d/dc0，增加溶质的浓度使表面张力升高，增加溶质的浓度使表面张力升高，G G为为负值负值，是，是负吸附负吸附。表面层中溶质浓度低于本体浓度。表面层中溶质浓度低于本体浓度。非表面活性物质属于这种情况。非表面活性物质属于这种情况。ddcRTc 根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值后，它在表面层中的最大吸附量为一定值，与本体后，它在表面层中的最大吸附量为一定值，与本体浓度无关，并且和它的碳

27、氢链的长度也无关。浓度无关，并且和它的碳氢链的长度也无关。 这时，表面吸附已达到这时，表面吸附已达到饱和，脂肪酸分子合理的饱和，脂肪酸分子合理的排列是羧基向水，碳氢链向排列是羧基向水，碳氢链向空气。空气。 根据这种紧密根据这种紧密排列的形式，可以排列的形式，可以计算每个分子所占计算每个分子所占的截面积的截面积A Am m。2m1LA 式中式中L为阿伏加德罗常数，为阿伏加德罗常数，G G原来是最大吸附量，当达原来是最大吸附量，当达到饱和吸附时到饱和吸附时, ,G G 可以作为单位表面上溶质的物质的量可以作为单位表面上溶质的物质的量。实验得到实验得到CnH2n+1X化合物在单分子膜中每个分子的截面

28、积化合物在单分子膜中每个分子的截面积 化合物种类化合物种类 X a1020/m2 酯肪酸酯肪酸 -COOH 20.5 二元酯类二元酯类 -COOC2H5 20.5 酰胺类酰胺类 -CONH2 20.5 甲基酮类甲基酮类 -COCH3 20.5 甘油三酸酯类甘油三酸酯类 -COOCH2 20.5 饱和酸的酯类饱和酸的酯类 -COOR 22.0 醇类醇类 -CH2OH 21.6表面活性剂分类常用表面活性剂类型临界胶束浓度亲水亲油平衡表面活性剂的重要作用起泡作用增溶作用乳化作用洗涤作用润湿作用 表面活性剂通常采用按化学结构来分类，表面活性剂通常采用按化学结构来分类，1.离子型2.非离子型阳离子型阴离

29、子型两性型表面活性剂阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na 硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐 CH3 |R-N-HCl仲胺盐 | H CH3 |R-N-HCl叔胺盐 | CH3 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺盐 | CH3两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜碱型 | CH3R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多

30、元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚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 聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。其余非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间。 根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。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1.1.起泡作用起泡作用 “ “泡泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可

31、以形成一定强度的薄膜，包围着空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，这种活性剂称为去污等，这种活性剂称为起泡剂起泡剂。 也有时要使用也有时要使用消泡剂消泡剂，在制糖、制中药过程，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。强度，消除气泡，防止事故。 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：2.2.增溶作用增溶作用 非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入非极性有机物如苯在水中溶解度很

32、小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大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。子形成的胶束中。 经经X X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同射线衍射证实，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。程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。3.3.乳化作用乳化作用 一种或几种液体以大于一种或几种液体以大于1010-7-7m m直径的液珠分散

33、在另一直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的不相混溶的液体之中形成的粗分散粗分散体系称为乳状液。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的不同可以形成以水为连续相的水包油水包油乳状液乳状液(O/W)(O/W)，或以油为连续相的，或以油为连续相的油包水油包水乳状液乳状液(W/O)(W/O)。 有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为，称为破乳剂破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分，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。开

34、。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。4.4.洗涤作用洗涤作用 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。面不被再次污染等功能。 其中占主要成分的表面活性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：剂的去污过程可用示意图说明：A.A.水的表面张力大，对油污润湿水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。性能差，不容易把油污洗掉。 洗涤作用洗涤作用 加活性剂将油加活性剂将油污和基质润湿污和基质润湿 增溶、从表面增溶、从表面置

35、换，使置换，使油污油污离开基质表面离开基质表面 乳化、起泡、乳化、起泡、带走带走油污，占油污，占领领基质表面基质表面表面活性剂的重要作用 首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂捕集剂和起泡剂等表面活性剂。等表面活性剂。 搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。 不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。浮游选矿的原理图浮游选矿的原理图 选择合适的捕集剂，使选择合适的捕集剂

36、，使它的亲水基团只吸在矿砂的它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。表面，憎水基朝向水。 当矿砂表面有当矿砂表面有5%被捕被捕集剂覆盖时，就使表面产集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收上一起升到液面，便于收集。集。5.5.润湿作用润湿作用 表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接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。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；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如果要制

37、造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于面活性剂，使接触角大于90。Fig. 水滴在无任何修饰的聚四氟乙烯基底表面水滴在无任何修饰的聚四氟乙烯基底表面(左左)，水滴在水滴在PAH-D修修饰的聚四氟乙烯基底表面饰的聚四氟乙烯基底表面(右右) 。粘附功浸湿功铺展系数接触角当液体与固体接触时，液体能在固体表面上铺开，即原来的气-固界面被液固界面代替的过程叫做润湿。包括沾湿、浸湿，铺展三种情况l-sl-gs-gWa=G=l-s-l-g-s-gWi= G=l-s-s-gS =G = g-l+l-s-s-g 0 接触角的示意图：g- -ls-gg- -ls- -gl- -sOO平衡时有：平衡

38、时有： s- -g=l- -s+g- -l cos g- ls - lg- scosq杨氏（young）方程l- -sWa=G=-l-g (1+cos)接触角测定仪接触角测定仪 接触角与润湿作用接触角与润湿作用qHgs-ll-gs-g完全不润湿 不润湿 能润湿 完全润湿Wa=G= -l-g (1+cos) 润湿剂作用1 1。农药中要加表面活性剂以提高杀虫效果农药中要加表面活性剂以提高杀虫效果 润湿剂作用润湿剂作用2。0.1-0.25% 的肥皂水可以杀灭水面蚊蝇的肥皂水可以杀灭水面蚊蝇海上石油泄漏可能导致大批海鸟死亡海上石油泄漏可能导致大批海鸟死亡石油泄漏的危害与治理石油泄漏的危害与治理 润湿剂

39、作用润湿剂作用3 3。安瓿瓶和针剂管的玻璃内壁要疏水化。安瓿瓶和针剂管的玻璃内壁要疏水化 润湿剂作用4 4。用不同的活性剂制备疏水、疏油织物。用不同的活性剂制备疏水、疏油织物制备吸油不吸水的除油纤维和织物制备吸油不吸水的除油纤维和织物 润湿剂作用5 5。采油管和输油管内壁要。采油管和输油管内壁要亲水化亲水化以降低阻力以降低阻力6 6。热交换器的内壁要。热交换器的内壁要疏水化，疏水化，提高热效提高热效 润湿剂作用7 7。电焊、电镀、印刷、涂料中的润湿剂。电焊、电镀、印刷、涂料中的润湿剂仿生界面化学 表面的防水与自洁作用表面的防水与自洁作用莲花效应莲花效应自然界中的“超疏水”与人工合成的“超疏水”

40、植物界中的“超疏水”自清洁作用一些植物的叶子为什么需要一些植物的叶子为什么需要“自清洁自清洁”上述图文材料摘自从自然到仿生的超疏水纳米界面材料科技导报, 第23卷, 第2期 2005 年2月，作者：江雷 研究员 中科院化学所 动物界中的“超疏水” 表面的防水与自洁作用 通过化学蒸镀法，将纳米丝进行地毯状组装。纳米丝，免洗布 水在这种超级不易被水沾湿的纳米丝上形成球形水滴 水滴迅速滑落，并将讨厌的灰尘粒子带走。 超双疏性界面 由下到上、由原子到分子、由分子到聚集体，外延生长形成纳米尺寸和几何形状互补的界面，使物体表面覆盖一层气体薄膜，起到疏水、疏油的目的。 表面的防水与自洁作用 在输油管的内壁、各种建材、包装材料、布匹等方面应用有重大意义。150o5o 超双亲性界面 在表面的纳米区域形成亲水和亲油的二元协同的界面结构，在玻璃和瓷砖等建筑材料表面具有自洁和防雾的效果。 表面的防水与自洁作用 在血管和人造器官表面进行修饰，可以防止血栓的形成。 在 镜子、眼镜、橱窗、暖房薄膜、防毒面具和军用车辆视窗等方面应用也有重要意义。 表面的防水与自洁作用表面的防水与自洁作用 石料和建筑材料表面的保护石料和建筑材料表面的保护防积雪v空调防积水v冰箱防积霜L.Zhang et al. Jour