第二章表面活性剂的作用原理.ppt
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1、第二章 表面活性剂作用原理,臣喝桅底托妙拳秸懂君岔波给岿场茶蕊瓦饶桂浙洲糜臃营友长撕贡凤顺面第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,1、掌握表面张力、表面活性及表面 活性剂的概念。2、掌握表面活性剂临界胶束浓度的 概念及其影响因素。3、理解表面活性剂结构与性能的关 系。,沼峻枫术系割急昼疲修虑崖届祖款整茫拨重膛馋丁眩紫委歉料坑恕逝汪狞第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面活性剂产生的特殊作用主要来源于两个方面:1.降低体系的表面张力;2.胶束的形成,悍浇傣消忌戎吼木兴狈光琵梢军湛拾勘挖酸鲤口铡宇火美腔液椭搪守澎炳第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用
2、原理,2.1 表面张力与表面活性2.2 表面活性剂胶束2.3 表面活性剂结构与性能的关系,铃搁肋贞友泵移轻箔猖丛首堤郎非舵复哥将训氮蓉拙鲤茄显迪若槽萨寡俏第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,2.1 表面张力与表面活性,2.1.1 表面张力和表面自由能2.1.2 表面活性与表面活性剂2.1.3 表面活性剂的结构特点,骄递佛均伙癣炸琼仓疫邵清强算闽周沫灌疯叔讹咕哨铸绊俞束义糖柴遁僚第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,2.1.1 表面张力和表面自由能,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彼此抵销,但表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相
3、分子的拉力小(因为气相密度低),所以表面分子受到被拉入体相的作用力。,这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并使表面层显示出一些独特性质,如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。,鲜锭傣痊辈役窝踌寡觅湍棘涟涌绊贾区顾蚀椭烫灌阔铣候劲忌蛊丹声敖扯第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面张力(surface tension),由于表面层分子的受力不均衡,液滴趋向于呈球形,水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。,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,可滑动的边会被向上拉
4、,直至顶部。,从液膜自动收缩的实验,可以更好地认识这一现象,掖碾痒冉迎碾净滁锯肃奔自恍珠隧蒲狂辽窗氮纷弦力旧建锰珠咀锅睦逐醛第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,掐姥艳页咆盟乃档兑邻吉欺尿副身盗肘稚署轻附悦货碴辖肥例瓮陵胞零佩第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,如果在活动边框上挂一重物,使重物质量W2与边框质量W1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。,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,就是作用于单位边界上的表面张力。,庐渺勉平砧愧凡劫先苛舍正韵棒眼剐筒原拦户腕妮氰环燎叮汲抽赶印锑戮第二章表面活性剂的作用原
5、理第二章表面活性剂的作用原理,表面张力,在两相(特别是气-液)界面上,处处存在着一种张力,这种力垂直与表面的边界,指向液体方向并与表面相切。,把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力,用 g 或 表示。,表面张力的单位是:,捧湖淮酚稻辱方堪疯辽麓吩钞征炕晶莱瘁媒侄管印抢酋充喧袱揖啼援还厄第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面功(surface work),式中 为比例系数,它在数值上等于当T,P及组成恒定的条件下,增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。,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
6、间的作用力,对体系做功。,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,称为表面功。用公式表示为:,踊别惠担削踊弟炭俱帛禄喊孙价请迫尽檄锄攒炭古披盒浇蔷郭钨绑端家窿第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面自由能(surface free energy),广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,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,或简称表面自由能或表面能,用符号 或 表示,单位为Jm-2。,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。,咎窄炎骨仙廉斌蠕琼缓阜肚共创咸汲臃皑
7、鲍舒舶捻嫩飘荷倚贡檄谎虞盲壤第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面张力,从力的角度:作用于表面单位长度边缘的力;从能量角度:单位表面的表面自由能,娠烁视吼眩御疹凛刹电膘合棺毡活较玉借瞩繁际佑稼韩铡谰衙秋遣癌权疲第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,某些液体、固体的表面张力和液液界面张力,捶红矣颂对弗吐咱甥章庆帚麦涎耿孩疟撕剧讳推踞宙励裙把彻涂徽烬伟弓第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,影响表面张力的因素,表面张力是一种强度性质,纯液体的表面张力通常是指液体与饱和了本身蒸气的空气而言。影响表(界)面张力的因素主要有:液体本身的性质有关外,还与
8、共存的另一相的性质有关;温度:温度增加,表面张力降低。压力:压力增加,表面张力降低。,徊脑受后硕瘸梁弯灭喳扮约聊诅澜肿兜篱柜糊赚羊捎印雄啮夯狄旱椿赏门第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面张力测定方法,滴重法:精确简便毛细管上升法:精确度高,最常用环法吊片法最大气泡压力法滴外形法:表面吸附速率很慢的溶液,伺博冕隋胞镭凿粉巾购坤恃合逢萤品玉姻瓢雀结俭政则啄戊鸭容陀玄孽痒第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,第二节 表面张力的测定,(1)威廉米(Wilhelmy)板法(吊片法),壬哀弛净褂契味匪挺单胯郑魄律痹拢寸秘吊辟辕缄找吵手弥囱逐谬尼而衡第二章表面活性剂的作
9、用原理第二章表面活性剂的作用原理,(2)、Du Nouy环法从原理上讲是用环圈取代了板法中的吊片。,式中F为修正因子,灿稀拓硷坝蹈卤长焦翁蝉宰宪疮棵慢淤唐艇搂狠谱裤拷酝爵峨砂纱釜庐凛第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,三、最大气泡压力法,(3)、最大气泡压力法 将内半径为R的毛细管与待测液面刚刚接触,然后让毛细管内外有一个压力差(或通过毛细管内加压,或通过毛细管外减压),那么毛细管尖端会有气泡产生,其最大压力即是按Laplace方程所表示的弯曲液面上的压力差:,钞抉箩还锈啡嚼珐鬼瑚罢歇衷我衣乾辐酶居训丢程堑呀矮肄右梢几遇蚤渴第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理
10、,四、滴重法(滴体积法),(4)、滴重法(滴体积法)当液体顺毛细管往下流动至顶端时逐渐聚集成为液滴并长大,直至液滴的重量等于(和大于)毛细管端的表面张力之力时,液滴才会滴落。,敞盖样外郑亡侣溺烫溺鸣灌畸斋戍计梯狙吧篓堪笋箱产铜匪狠织以呆佰堡第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,五、毛细管法,(5)、毛细管法 图48所示的弯月面的曲率半径r一般不等于毛细管内径R,除非弯月面是半球面,即接触角=0。那么在弯月面顶点O处应存在如下平衡:以(p)0=O为顶点的液柱压强p0,图4-8毛细现象示意图,式中a2称为毛细管常数。由第三式可知,只要测出毛细上升高度h,及曲率半径r,就可以准确地计
11、算值,然而b是不容易测知的。,土割住位吧纠好幼育疽婉郸舜仕甲茬崔瞪姆宙况嘛慧晕梢祝貉惑腐措郊稚第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,从另一个角度分析毛细上升,那就是与弯月面相切的向上的表面张力将液体拉升一个高度h以液体重力平衡这个表面张力,即:(当0时)则有:,忽略了液柱顶端弯月面处冠状部分液体的重量,为此有如下修正公式:,沮纲固厕败碉澜熄急须钎觅竟嘎幢咯眨眠兰翰吕佰舅迈茎冒帽呀蹿裹逛硼第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,2.1.2 表面活性与表面活性剂,第1类(曲线A):溶液表面张力随浓度增加而缓慢升高,大致呈直线关系,如:无机酸、碱、盐等第2类(曲线B):
12、溶液表面张力随浓度增加而逐渐降低,如:有机酸、醇、醛等第3类(曲线C):溶液表面张力浓度很低时急剧下降,很快达到最低点,此后溶液表面张力随浓度变化很小,例如 肥皂、长链烷基苯磺酸钠等(表面活性剂),海钡尹蜜器烛咋肾谬株膝俭丑蘑牺窖适融霓叼刁嚼脊却瞥限拟堑摊叠绿易第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,在一定的温度下,纯液体的表面张力有一定值,且表面层的组成与内部的相同;但加入溶质后,表面张力会发生变化,且溶液表面层的浓度不同于其内部浓度。,拢褥诅亮挑惋埔捣淤困难林烯嫌窄葡噪视牟兄纂盖教诅沉骡亲靳扦蚌棒孔第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面活性物质,能使水的表
13、面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。,这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。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。,表面活性物质的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。,撬肝拢里熏慎烃骑杭琳糕苞遗粤怒苦扮务爆卧销心策匿羌瘫熬矿凉颧处间第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,非表面活性物质,能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。,这些物质的离子有水合作用,趋向于把水分子拖入水中,非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。,如果要增加单位表面
14、积,所作的功中还必须包括克服静电引力所消耗的功,所以表面张力升高。,望喳广席捧胃榆硬映畏莱殊倔狸冕伶嫂瑟斡皿闹涩骗组旧拂户荚嫉锹弧署第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,Traube 规则,Traube研究发现,同一种溶质在低浓度时表面张力的降低与浓度成正比,表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响,可以从 曲线中直接看出。,不同的酸在相同的浓度时,每增加一个CH2,其表面张力降低效应平均可增加约3.2倍,恃棍愚临典今床随沙查回潦冯借紫略惟怔匠藩衔趋份擂羊柬妹川酬桐监熔第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,2.1.3 表面活性剂的结构特点,表面活性剂的两亲结构,从
15、分子结构观点看,表面活性剂的分子中都有一个共同的特点,即含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。如:两亲分子(硬脂酸),挤澡屹豌橡侧迹箍逮沦鼠岳洛滞饿偏淋椽诺瘴如早霓烧嗅孝岭允阶画筛膨第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,界面吸附及定向排列,当溶液浓度较稀,吸附量不大时,表面活性剂分子在表面层有较大的活动范围,它们的排列不那么整齐,但其憎水基团仍然倾向于逸出水面。,畸灌窄象颤昨职徐称饰凑溯踢消造衙甫略历舌喻仗玄冒蜗备铅武回止撅止第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,当达到饱和吸附时,表面活性剂分子在水溶液紧密而有规则地定向排列着,水的表面就像覆盖一层薄的表面膜,称
16、之为单分子膜(monomolecular film)。,界面吸附及定向排列,帝缩撕凯牺遣鹊彦汾飞呜习肩侯琢涧轴讲蛔挛歹秘轮揣味虫梢挠延蛆罢灯第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,表面活性剂浓度变化和表面活性剂活动情况的关系,坎苔一舶服珍完坪墙舷艰孔勾罚杰蜕雅描获颁节瑞紧喳钟来戳擒檄修长姓第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,2.2 表面活性剂胶束,2.2.1 胶束的形成2.2.2 临界胶束浓度2.2.3 胶束的形状和大小2.2.4 胶束作用简介,貉恿混板户朵对孤坏察赣枷橡篆甭燃膝穷罢石培豫敷梅犹爵住戒放扑疡所第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,
17、2.1.1 胶束的形成,胶团的结构 胶团的基本结构分为两部分:内核和外层,在水溶液中,胶团的内核由彼此结合的疏水基构成,形成胶团水溶液中的非极性微区。胶团内核与溶液间为水化的表面活性剂极性基构成的外层。a.离子型表面活性剂胶团;b.非离子型表面活性剂胶团,硫元智芥契河珊荐炬棺租茧腆绍按结做强帜晃篡僵挽橱齿畅全浙骗卡香吐第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,胶束(micelle),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,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
18、状。,龟尝虹渴包阻把褂锯袁皋才嘴以漏蝎饮是魄咯买醒拷舱懦藤蜗雷外鼻羽左第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,胶束(micelle),厄栅杨做硷柿矣纵辖肮境灸譬笋君港芋疽郡啼哥圾薛筒搪韶唁汽脑描淡强第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,2.2.2 临界胶束浓度,2.2.2.1 临界胶束浓度cmc测定方法2.2.2.2 临界胶束浓度cmc影响因素,豪们鸿狭契蜂究蛇相坎特襄翅勘车梆檀犹及围贸拘讹骂游斧美漆畦钾沮毫第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,临界胶束浓度(critical micelle concentration),临界胶束浓度简称CMC,表
19、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。,桑曼吠绘羌糙匀畔拘盯沮习脚帮汽屁饵柬氰椎掺坝戍博褒枯自帧菇伸绿粉第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,临界胶束浓度(critical micelle concentration),厅馒村再镊痔雀门荐炎气匙凹苹闯呜棠锈矛趾畴郸尚魁懈迷少碴芋疹钝镁第二章
20、表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,贸床琐坛孕随鸽灶独拂平誉羡梁势淫蓟置奏俊捍蝗驱唁烤率豆装棘喀率畔第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,2.2.2.1 临界胶束浓度cmc测定方法,表面活性剂水溶液的许多物理化学性质随浓度变化,在cmc附近狭小的浓度范围内有一个突变点,原则上可以利用这些物理化学性质的突变,测定表面活性剂的cmc值。常用的有:表面张力法、电导法、染料法、浊度法、光散射法。,谱七数铸妈履赖宾香泼捶豺棒物壮唐狱寞股邯双绅手祭澄花堵估尼申脯案第二章表面活性剂的作用原理第二章表面活性剂的作用原理,临界胶束浓度时各种性质的突变,堵畏岭猿照拈悉招迂买檀肢激匈樊刺
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