大学化学PPt课件第八章 表面化学.ppt

例如： G内 : 若所有分子均为体相分子（内部分子）时的系统自由能； G表 : 表相分子比等量体相分子多出的额外（表面）势能。 当系统分散度很小时， G表 0， G = G内 当系统分散度很大时， G = G内+ G表= G内+ ?A 2、表面张力 从前面的讨论得知：“液体表面具有表面自由能。” 由于系统能量越低越稳定，所以其表面具有自动收缩，以减少表面积的趋势。 可以将这种收缩趋势理解为由表面分子之间相互吸引导致的结果。 表面张力 ?? 的定义： 表面上单位长度边界线上指向表面内部（或表面上单位长度任意曲线两边）、与液面相切的表面收缩力，叫做表面张力。 表面张力? ? 的单位：N / m 例 1：金属环皂膜 例 2 AB 受到皂膜表面张力 f 的向左拉力： f = ? ??2l （肥皂膜有两个表面） 若在 AB 上加一向右的力 F，使 AB 可逆地向右移动 △x 距离。 则外力对体系做的表面功： W ? = F△x = f △x = ? ??2l △x 即 W ? = ? ?? △A （1） （ △A= 2l? △x，为膜表面积增量，注意膜有正、反两面。) 结论：可以用同一符号 “? ” 来表示比表面吉布斯函数或表面张力。 表面功即系统表面自由能的增加，即等温等压下： W ? = Wf = ? ? △A （2） 3、比表面吉布斯函数与表面张力的异同点 异：物理概念、意义不同： 吸附只能生成单分子层； 吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol以上； 需要活化能，一般在高温下进行。温度升高，吸附和解吸速率加快 总之：化学吸附相当于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。 接触角(contact angle) 乳状液的应用 浮游选矿 两性表面活性剂 R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 | R-N+-CH2COO- 甜菜碱型 | CH3 其特点是具有良好的洗涤作用且比较温和，常与阴离子型或阳离子型表面活性剂搭配使用。 R-(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 多元醇型 R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚 其特点是安全温和，无刺激性，具有良好的乳化、增溶等作用，在化妆品中应用最广。 二、表面活性剂的性质及应用 1.性质 A 表面吸附 B 形成胶团 C 定向排列 ① 润湿作用 润湿的概念 从力学角度：当固体分子对液体分子的粘附力大于液体分子的内聚力时，发生润湿。 从热力学角度：为固液二相接触后，系统的表面吉布斯函数降低的现象。 2.表面活性剂的应用 接触角：三相接触达平衡时，过三相接触点沿液气 界面的切线与固液界面的夹角。 σl-g σs- l σs-g θ σs-g = σl-g COSθ +σs- l COSθ = (σs-g - σs-l)/ σl-g 接触角与界面张力的关系 接触角与润湿程度之间的关系： θ＝ 0 ° 完全润湿 θ＜90° 润湿 θ＞ 90° 不润湿 θ＝180 °完全不润湿 接触角的示意图： 由于固体界面张力由固体结构决定，为常数（即?s-g为常数），可通过改变液体的表面张力?l-g和固液表面张力?s-l来改变润湿状态。加入表面活性剂可使?l-g 和 ?s-l减小，?变小,即表面活性剂有增加润湿的作用。 接触角与各界面张力的相对大小有关 ?s-g ＜ ?s-l，则? ＞ 90o ?s-g ＞ ?s-l ，则? ＜ 90o 因此可通过改变界面张力来调整接触角。 COSθ = (σs-g - σs-l)/ σl-g ② 乳化作用 乳化：一种液体在另一种不溶性液体中，被分散成细小粒子称为乳化。 乳化作用：在一定条件下，使不相混溶的两种液体形成具有一定稳定性的液液分散体系的作用。 在乳浊液中，分散相呈细小的液滴分散在介质中，相界面积很大，体系能量很高，为热力学上的不稳定体系。 乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质叫乳化剂。 降低界面张力 形成牢固的乳化膜 乳化膜带电 适当的表面粘度 乳化剂大多是表面活性剂，主要稳定原因： 乳状液的类型 油包水型 水包油型 例：乳化食品和医药用乳剂 牛乳和豆浆是天然O/W型乳状液，其中的脂肪以细滴分散在水中，乳化剂均是蛋白质，故它们易被人体消化吸收。日常生活中的冰激凌、人造奶油以及营养豆奶等大多是W/O或O/W型乳剂。冰激凌由奶油、椰