表面活性剂化学-第三章ppt课件.pptVIP

表面活性剂化学 有关表面活性剂领域简介 化学科学部“十一 五”优先发展领域 （1）新的合成策略、概念与方法 （2）化学反应过程、调控及实验与理论 （3）分子聚集体的构筑、有序结构和功能 （4）复杂化学体系理论与计算方法 （5）分析测试原理和检测新技术、新方法 （6）生命体系的化学过程与功能调控 （7）绿色化学与环境化学中的关键科学问题 （8）材料科学中的关键化学问题 （9）能源和资源中的基本化学问题 （10) 化学工程中的关键科学问题 参考书目： （1）肖进新等，表面活性剂应用原理 化工出版社，2003 （2）赵国玺等，表面活性剂作用原理 中国轻工业出版社，2003 考试形式：开卷 要求：有目的的学 带开拓思维的学 第三章 表面活性剂在界面上的吸附 众所周知活性炭和硅胶有脱色的功能，肥皂有起泡和乳化的作用，这都是相关物质分子从水溶液中移至界面的结果。活性炭和硅胶的脱色是吸附发生在固－液界面上，肥皂的起泡作用是肥皂分子被吸附在气－液界面上，而乳化则是肥皂分子被吸附在液－液〔油－水〕界面上。由于这种吸附可改变表面或界面状态，影响界面性质，从而产生一系列在应用。 物质在表（界）面上的吸附导致了表（界）面张力的下降，同时也造成了溶液内部和界面上浓度的差别。Gibbs首先用热力学方法导出了表面张力、溶液浓度和表面浓度三者的关系，即Gibbs公式，这是表面和胶体科学的一个基本公式。 对液－液、气－液体系，界面张力可由实验直接测出，此时可利用Gibbs公式确定在界面上的吸附量(或表面浓度)；而对于固－液、气－固体系，吸附量容易直接测出，但表面张力的测定确有困难，此时可利用Gibbs公式来计算表面张力(或表面能)的下降值。 3.1 表面活性剂在气－液界面的吸附 3.1.1 吸附的表征－表面过剩和吉布斯（Gibbs）吸附公式 对一个溶液相而言，通常人们认为它是均匀的，并且具有相同的物理化学性质。而实际上，溶液从液相到气相的界面部分，存在—个平均密度连续变化区。也就是说，当两种不完全混溶的两相在接触时，交界处并非有一界限分明的几何面将两相分开，而是存在一界线 不很清楚的薄薄一层，其成分和性质皆不均匀。我们将此与体相不同的且组成不断变化的只有几个分子厚度的区域称为表(界)面相，以?表示。 1.表面过剩 设有一杯溶液与其蒸气成平衡。以α和β分别代表液相和气相，则溶质（对于溶剂也一样）的量， n表示物质的量（摩尔）。 注意，在前面的列出的方程式中，α和β都看成是一个均匀的液相和气相。而实际上，在两相交界处有厚度不过几分子的薄薄一层，即表面相（?），这是一个严格的二度空间的相。由于表面相的浓度和相内部的不同，因此，在计算溶质实际的量时就要考虑到表面相存在的影响。 设在表面?（相）以上或以下的浓度是全体一致的，而且就是体相的浓度，和分别代表根据这个假设所算出的α和β相的溶质的量，n是实际的溶质的量，其值为： nσ表示在表面相某一平面ss’上溶质的过剩量。单位面积上溶质的表面过剩量称为表面过剩，以 表示，若假定该表面相的面积为A。 ?与表面大小有关。其意义是若有1cm2的溶液表面和内部各取一部分，其中溶剂的数目一样多，则表面部分的溶质比内部所多的物质的量（摩尔）。单位mol/cm2。 一般说来，气相的浓度远低于液相，故： ? ? ? 也就是说，我们可将?看作是单位表面上表面相超过体相的溶质的量，有时也叫表面浓度或吸附量。 2. Gibbs吸附公式 从前面公式上， 无法求解。 ?的数值与分界面ss’放在何处有关，因此只有将分界面按一定的原则确定之后，才有明确的物理意义。 为导出?、? 和 c之间的关系，Gibbs用了一个巧妙的办法来确定分界面的位置，他把分界面放在较单一组分（通常是溶剂）的?等于零的地方，即在此分界面ss’上，溶剂的数目相等。由此导出著名的Gibbs吸附公式。 根据热力学基本公式，?表面能的微量变化为： 根据热力学偏摩尔量集合公式，对?表面相，Gibbs函数有: 对上式全微分： Gibbs公式： 对于二组分体系，以下标1代表溶剂，2代表溶质. 采用Gibbs划面法中所规定的把分界面的位置确定在溶剂的表面过剩为零的地方。即 ?1＝0 得到: 或 或 ?：mmol?m-2，?: mN?m-1，R：8.314 J?mol-1 ?K-1，c2：