表面活性剂在固液界面的吸附作用学习教案

1、会计学1表面活性剂在固液界面的吸附作用表面活性剂在固液界面的吸附作用第一页，编辑于星期日：二十点 分。2第1页/共86页第二页，编辑于星期日：二十点 分。3于吸附而引起的溶液浓度的变化即于吸附而引起的溶液浓度的变化即可以在一定温度下测定吸附量。可以在一定温度下测定吸附量。第2页/共86页第三页，编辑于星期日：二十点 分。4P化学吸附化学吸附: 吸附剂与吸附质之间发吸附剂与吸附质之间发生化学反应生化学反应,生成化学键的吸附。生成化学键的吸附。第3页/共86页第四页，编辑于星期日：二十点 分。5物理化学P369第4页/共86页第五页，编辑于星期日：二十点 分。6n 固体的表面能具有平均值的意义。固

2、体的表面能具有平均值的意义。第5页/共86页第六页，编辑于星期日：二十点 分。7第6页/共86页第七页，编辑于星期日：二十点 分。8第7页/共86页第八页，编辑于星期日：二十点 分。9第8页/共86页第九页，编辑于星期日：二十点 分。10固体表面能/(mJ/m2)固体表面能/(mJ/m2)聚六氟丙烯 18聚对苯二甲酸乙酯43聚四氟乙烯 19.5石英325石蜡25.5氧化锡440聚乙烯35.5铂1840第9页/共86页第十页，编辑于星期日：二十点 分。11第10页/共86页第十一页，编辑于星期日：二十点 分。12第11页/共86页第十二页，编辑于星期日：二十点 分。13第12页/共86页第十三页

3、，编辑于星期日：二十点 分。14第13页/共86页第十四页，编辑于星期日：二十点 分。15第14页/共86页第十五页，编辑于星期日：二十点 分。16n 随着所用单位的不问，吸附量可以随着所用单位的不问，吸附量可以表示为表示为mol/m2，mol/cm2，g/g，mol/g等。等。第15页/共86页第十六页，编辑于星期日：二十点 分。17第16页/共86页第十七页，编辑于星期日：二十点 分。18第17页/共86页第十八页，编辑于星期日：二十点 分。19第18页/共86页第十九页，编辑于星期日：二十点 分。20第19页/共86页第二十页，编辑于星期日：二十点 分。21第20页/共86页第二十一页，

4、编辑于星期日：二十点 分。22第21页/共86页第二十二页，编辑于星期日：二十点 分。23n 固体自稀溶液吸附中应用最多的是固体自稀溶液吸附中应用最多的是Langmuir等温式。等温式。第22页/共86页第二十三页，编辑于星期日：二十点 分。24n 将溶质的吸附看作是体相溶液中溶将溶质的吸附看作是体相溶液中溶质分子与吸附层中溶剂分子交换的质分子与吸附层中溶剂分子交换的结果。结果。第23页/共86页第二十四页，编辑于星期日：二十点 分。25222(1)ssmbcnnbc22(1)mbcbc 或：n2s吸附平衡时溶质吸附量nms为极限吸附的溶质量对于均匀表面，b为常数，c2为溶质浓度第24页/共8

5、6页第二十五页，编辑于星期日：二十点 分。26第25页/共86页第二十六页，编辑于星期日：二十点 分。27022112nxxxm 第26页/共86页第二十七页，编辑于星期日：二十点 分。2802()V ccnmm 第27页/共86页第二十八页，编辑于星期日：二十点 分。29第28页/共86页第二十九页，编辑于星期日：二十点 分。30量的方法。量的方法。第29页/共86页第三十页，编辑于星期日：二十点 分。31吸附量的方法。吸附量的方法。第30页/共86页第三十一页，编辑于星期日：二十点 分。32第31页/共86页第三十二页，编辑于星期日：二十点 分。33-CH2-应平均可降低约倍。应平均可降低

6、约倍。第32页/共86页第三十三页，编辑于星期日：二十点 分。34第33页/共86页第三十四页，编辑于星期日：二十点 分。35第34页/共86页第三十五页，编辑于星期日：二十点 分。36第35页/共86页第三十六页，编辑于星期日：二十点 分。37第36页/共86页第三十七页，编辑于星期日：二十点 分。38第37页/共86页第三十八页，编辑于星期日：二十点 分。39第38页/共86页第三十九页，编辑于星期日：二十点 分。40第39页/共86页第四十页，编辑于星期日：二十点 分。41第40页/共86页第四十一页，编辑于星期日：二十点 分。42第41页/共86页第四十二页，编辑于星期日：二十点 分。

7、43第42页/共86页第四十三页，编辑于星期日：二十点 分。44第43页/共86页第四十四页，编辑于星期日：二十点 分。45第44页/共86页第四十五页，编辑于星期日：二十点 分。46处。处。第45页/共86页第四十六页，编辑于星期日：二十点 分。47第46页/共86页第四十七页，编辑于星期日：二十点 分。48第47页/共86页第四十八页，编辑于星期日：二十点 分。49第48页/共86页第四十九页，编辑于星期日：二十点 分。50第49页/共86页第五十页，编辑于星期日：二十点 分。51第50页/共86页第五十一页，编辑于星期日：二十点 分。52当介质pH9时，氧化铝表面带正电荷，随pH增大，对

8、阴离子吸附量减小第51页/共86页第五十二页，编辑于星期日：二十点 分。53第52页/共86页第五十三页，编辑于星期日：二十点 分。54第53页/共86页第五十四页，编辑于星期日：二十点 分。55第54页/共86页第五十五页，编辑于星期日：二十点 分。56第55页/共86页第五十六页，编辑于星期日：二十点 分。57第56页/共86页第五十七页，编辑于星期日：二十点 分。58第57页/共86页第五十八页，编辑于星期日：二十点 分。59第58页/共86页第五十九页，编辑于星期日：二十点 分。60第59页/共86页第六十页，编辑于星期日：二十点 分。61起的吸附。这类机制的吸附量随表起的吸附。这类机

9、制的吸附量随表面活性剂分子量增加而增加。面活性剂分子量增加而增加。第60页/共86页第六十一页，编辑于星期日：二十点 分。62第61页/共86页第六十二页，编辑于星期日：二十点 分。63极性极性第62页/共86页第六十三页，编辑于星期日：二十点 分。64第63页/共86页第六十四页，编辑于星期日：二十点 分。65区域区域I是离子交换吸附是离子交换吸附在区域在区域II中，已中，已吸附的表面活性吸附的表面活性剂离子和体相溶剂离子和体相溶液中表面活性剂液中表面活性剂离子的疏水基相离子的疏水基相互作用，形成二互作用，形成二维的缔合体，这维的缔合体，这种缔合体在文献种缔合体在文献中有的称为半胶中有的称为

10、半胶团或吸附胶团团或吸附胶团区域区域III中等中等温线斜率下降温线斜率下降，吸附量增加，吸附量增加缓慢，这是由缓慢，这是由于已吸附的表于已吸附的表面活性剂离子面活性剂离子对体相溶液中对体相溶液中相同离子的静相同离子的静电斥力作用所电斥力作用所致致当固体表面完全当固体表面完全为表面活性剂离为表面活性剂离子单层或双层覆子单层或双层覆盖时吸附量趋于盖时吸附量趋于一恒定值一恒定值(区域区域IV)，在大多，在大多数体系中，此数体系中，此吋的浓度在表吋的浓度在表面活性剂面活性剂cmc附近。附近。 此吸附此吸附过程为典过程为典型的型的S型型曲线曲线第64页/共86页第六十五页，编辑于星期日：二十点 分。66

11、第65页/共86页第六十六页，编辑于星期日：二十点 分。67第第I阶段，表面阶段，表面活性剂浓度很活性剂浓度很低，吸附剂与低，吸附剂与表面活性表面活性 剂间剂间主要作用力是主要作用力是v a n d e r Waals力，吸附力，吸附分子间距离很远分子间距离很远，它们，它们 之间的相之间的相互作用可以忽略互作用可以忽略。 随着表面活性剂浓随着表面活性剂浓度增度增 加，吸附进入第加，吸附进入第II阶段，此时界面基本阶段，此时界面基本被平躺的表面活性剂分被平躺的表面活性剂分子铺满。子铺满。 以上二阶段未涉及以上二阶段未涉及表面活性剂和固体表表面活性剂和固体表 面的性质。面的性质。 在第在第III阶

12、段，随着表面活性剂浓度阶段，随着表面活性剂浓度继续增加，吸附量增加，吸附分子不再继续增加，吸附量增加，吸附分子不再限于平躺方式。限于平躺方式。 在非极性吸附剂上，表面活在非极性吸附剂上，表面活性剂的亲水基团与固体表面作用性剂的亲水基团与固体表面作用较弱，疏水部分作用较强，亲水较弱，疏水部分作用较强，亲水基翘向水相，疏水基仍平躺于界基翘向水相，疏水基仍平躺于界面上面上(图图A)。 在极性吸附剂上则以相反方式吸在极性吸附剂上则以相反方式吸附（图附（图C)。 图图B为处于中间状态的结果。在此为处于中间状态的结果。在此阶段界面上的表面活性剂分子排列的较阶段界面上的表面活性剂分子排列的较第第II阶段紧密

13、。阶段紧密。 当表面活性剂浓度达当表面活性剂浓度达到其到其cmc时，体相溶液中时，体相溶液中开始大量形成胶团，吸附进开始大量形成胶团，吸附进入第入第IV阶段。阶段。 此时固液界面上吸附的表此时固液界面上吸附的表面活性剂分子采取定向排列面活性剂分子采取定向排列方式（图方式（图A或或C)，这种排，这种排列方式使吸附量急剧增加。列方式使吸附量急剧增加。 第第V阶段时表面活性阶段时表面活性剂浓度大于剂浓度大于cmc后后继续增加，在极性继续增加，在极性固体上可形成双层固体上可形成双层定向排列或表面胶定向排列或表面胶团，吸附量继续大团，吸附量继续大幅度增大。幅度增大。第66页/共86页第六十七页，编辑于星

14、期日：二十点 分。68根据上述模型，所有吸附等温线都有一个或两个平台区。 第一平台出现时之浓度应与吸附分子铺满单层时的浓度接近，平台结束时的浓度相应于表面活性剂的cmc。随后吸附量急剧增加则反应了固液界面上紧密定向单层(或双层)排列和半胶团(或表面胶团的形成)。 上述模型为许多体系的等温线形状、吸附分子占据面积的计算间接证实。第67页/共86页第六十八页，编辑于星期日：二十点 分。69半球形、球形等。半球形、球形等。第68页/共86页第六十九页，编辑于星期日：二十点 分。70第69页/共86页第七十页，编辑于星期日：二十点 分。71第70页/共86页第七十一页，编辑于星期日：二十点 分。72中

15、一系列探针变化中一系列探针变化就可以获得样品表就可以获得样品表面信息图像。面信息图像。第71页/共86页第七十二页，编辑于星期日：二十点 分。73第72页/共86页第七十三页，编辑于星期日：二十点 分。74LiNiCoO2的AFM 图谱，由图可分析薄膜的表面形貌，并得出薄膜的厚度为620nm第73页/共86页第七十四页，编辑于星期日：二十点 分。75第74页/共86页第七十五页，编辑于星期日：二十点 分。76第75页/共86页第七十六页，编辑于星期日：二十点 分。77在在SDS浓度低时（浓度低时（10-8 10-6 mol/L)，吸附量随，吸附量随其浓度增加线性增加。其浓度增加线性增加。 这是

16、这是SDS离子单体与正离子单体与正电表面电性吸附的结果电表面电性吸附的结果图图4.23 (b) 浓度约为浓度约为10-6 10 -5mol/L时吸附量有增长时吸附量有增长不大的区域，此时可能不大的区域，此时可能是表面正电荷大部分被是表面正电荷大部分被中和，形成半胶团或单中和，形成半胶团或单层层图图4.23(c) 。第76页/共86页第七十七页，编辑于星期日：二十点 分。78当当SDS浓度大浓度大 于于5 10-6 mol/L时界面上某些区域时界面上某些区域SDS碳氢链间的相互作用使吸碳氢链间的相互作用使吸附量大增，形成部分的吸附胶附量大增，形成部分的吸附胶团，此时甚至可使表面电荷符团，此时甚至可使表面电荷符号改变号改变 图图4.23(d)。 当当SDS浓度大于浓度大于10-3 mol/L (即接近或超过即接近或超过SDS 的的cmc)时，吸附趋于恒定时，吸附趋于恒定值，形成双层或球形吸附胶值，形成双层或球形吸附胶团，这些聚集体亲水基朝向团，这些聚集体亲水基朝向水相，并带有负电荷。图。水相，并带有负电荷。图。 第77页/共86页第七十八页，编辑于星期日：二十点 分。79 Kai Hu and Allen J. Bard , Langmuir, 1997, 13 (20), pp 54185425第78页/共