溶液表面的吸附现象.
溶液的表面吸附
s s A s A
G = n µ + n µ + Aγ
s s A s A s B s B
s A s A s B s B s B s B
dG = n dµ + µ dn + n dµ + µ dn + γdA + Adγ
表面热力学基本关系式: 表面热力学基本关系式
dG = − S dT + V dp + µ dn + µ dn
代入吉布斯等温吸附式 b′γ 0 a2 Γ2 = ⋅ ' RT K + a2 Ka2 Γ2 = Γ∞ ⋅ 1 + Ka2
两亲分子在气液界面上的定向排列
根据实验， 根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值 后，它在表面层中的超额为一定值，与本体浓度无 它在表面层中的超额为一定值， 关，并且和它的碳氢链的长度也无关。 并且和它的碳氢链的长度也无关。 这时， 这时，表面吸附已达到 饱和，脂肪酸分子合理的 饱和， 排列是羧基向水， 排列是羧基向水，碳氢链向 空气。 空气。
溶液的表面吸附
溶液的表面张力
H 2O
C2H5OH (aq)
NaCl (aq)
溶液的表面张力不仅与温度、压力有关， 溶液的表面张力不仅与温度、压力有关， 并且还与溶液的种类和浓度有关。 并且还与溶液的种类和浓度有关。
溶质对表面张力的影响
1.
d γ / dc > 0
非表面活性物质 无机盐、不挥发酸碱
γ
n dµ + n dµ + Adγ = 0
s A s A s B s B
溶液相, 由吉布斯-杜亥姆方程 溶液相 由吉布斯 杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation
溶液表面吸附的测定
溶液表面吸附的测定一、实验目的1、采用最大泡压法测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力2、根据吉布斯吸附公式计算溶液表面的吸附量和乙醇分子的横截面积二、实验原理1、表面自由能 从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。
如欲使液体产生新的表面△A ，则需要对其作功。
功的大小应与△A 成正比：A W ∆=σ-式中σ为液体的表面自由能，亦称表面张力。
它表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。
2、溶液的表面吸附 纯物质表面层的组成与内部的组成相同，因此纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。
对于溶液，由于溶质能使溶剂表面张力发生变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，表面层中的浓度比内部的浓度低。
这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
显然，在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程：Tdc dσRTc-Γ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= 式中：Γ为表面吸附量(单位：mol·m -2)；T 为热力学温度(单位：K)；c 为稀溶液浓度(单位：mol·dm -3)；R 为气体常数。
T dc dσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<0，则Γ>0，称为正吸附；Tdc dσ⎪⎪⎭⎫⎝⎛>0，则Γ<0，称为负吸附。
以表面张力对浓度作图，即得到c -σ曲线，在c -σ曲线上任选一点作切线，如图12.1所示，即可得该点所对应浓度c i 的斜率：()T i c d /d σ，图12.1 表面张力与浓度的关系其中： ()T i i c c MN d /d σ-= 则： RT MN /=Γ，根据此式可求得不同浓度下各个溶液的Γ值。
电极溶液界面的吸附现象
电极溶液界面的吸附现象
电极溶液界面的吸附现象是电化学研究中的重要现象之一，它是描述电化学过程中离子、分子在电极表面的吸附现象。
在电化学反应过程中，电极表面的离子、分子与电极之间存在一种相互作用，称为电化学吸附，它极大地影响着电化学反应的速率和机理。
1. 离子吸附
离子与电极表面间的吸附作用可以是物理吸附或化学吸附。
物理吸附是指离子与电极表面通过静电相互作用而产生的吸附作用；化学吸附是指离子与电极表面形成化学键而产生的吸附作用。
离子吸附是电极表面电荷的来源，对电极的反应速率和反应路径有影响。
3. 水合物吸附
许多离子在溶解于水中时与水分子形成水合物，而这些水合物和离子可吸附在电极表面。
水合物吸附对电解质电导度的测量、离子交换、膜生长等过程有着重要的影响。
在电化学研究中，吸附现象对电极的反应活性有着重要的影响。
通过研究电极表面的吸附现象，可以揭示反应过程中离子或分子吸附的量、类型和质量分布等信息，从而促进电化学反应的研究和探索。
溶液表面的吸附现象
脂肪酸吸附量大小顺序为： 甲酸<乙酸<丙酸<丁酸<……
表面活性物质
能使水的表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(或称亲油 基团)有机化合物。简称两亲分子。
溶于水中时，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。
表面活性剂的效率与有效值在数值上常常是相反的。例如，当憎水基团的 链长增加时，效率提高而有效值降低。
两亲分子在气液界面上的定向排列
两表面活性剂分子在低浓度时，主 要分布在水面上。当浓度达到一定数值 后，它在表面层中的超额为一定值，与 本体浓度无关，并且和它的碳氢链的长 度也无关。这时，表面吸附已达到饱和， 分子合理的排列是亲水基基向水，碳氢 链向空气。
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
表面活性剂效率和有效值
表面活性剂效率 使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂的浓度。显然，所需浓度愈 低，表面活性剂的性能愈好。
表面活性剂有效值 能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表面张力降得愈低， 该表面活性剂愈有效。
2质.浓度( 低c>于0)，本T 增体加浓溶度质。2表的面浓惰度性使物表质面属张于力这升种高情，况G。为负值，是负吸附。表面层中溶
表面活性物质
有研究表明，一些短链的表面活性物质表面张力几 乎相等，但是，当将他们溶于水中后，使水表面张力降 低的能力却不相同，相应地，其吸附量也有所不同。
溶液的表面吸附
二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式
（一）溶液的表面吸附现象 温度为T 温度为 ，压力为 p 时，表面吉布斯能 G表面 = σ A， ， dGT,p< 0 的自发方向： 的自发方向： 自动缩小。 纯液体 ：指定温度下σ 为定值，A自动缩小。 自动缩小 溶液： σ 不仅是温度的函数，还和组成有关。溶液不仅会 溶液： 不仅是温度的函数，还和组成有关。 自发使表面积缩到最小， 自发使表面积缩到最小，还会尽可能改变表面浓度使表面张 力降到最低。 力降到最低。
一、溶液的表面张力和浓度之间的关系
II.一些极性较强的小 一些极性较强的小 分子有机物如醇、 分子有机物如醇、醛、 酯等， 酸、酯等，虽然也溶于 水，但和溶剂间的相互 作用力较弱。 作用力较弱。 这一类溶液的表面张 力随浓度的增大而缓慢 下降。 下降。 III.表面活性剂溶液在低浓度时，溶液的表面张力随浓度 III.表面活性剂溶液在低浓度时， 表面活性剂溶液在低浓度时 的增加而急剧下降，当达到一定浓度后，表面张力值趋于稳定， 的增加而急剧下降，当达到一定浓度后，表面张力值趋于稳定， 不再随浓度的增加而改变。 不再随浓度的增加而改变。 表面活性剂是一些分子量较大， 表面活性剂是一些分子量较大，同时具有较强极性和非极性 基团结构的溶质，如烷基磺酸盐、羧酸盐等。 基团结构的溶质，如烷基磺酸盐、羧酸盐等。
二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式
2．实验方法 ． 测定溶液在不同浓度c 测定溶液在不同浓度 时 的表面张力σ ，根据所测数 据用浓度c 据用浓度 对表面张力σ 作 图。 再用图解法求出所绘表面 张力等温线各指定浓度点切 线的斜率， 线的斜率，根据吉布斯公式 可以求出各浓度下溶液的表 面吸附量。 面吸附量。 曲线。 用所得结果绘制Γ-c曲线。 曲线
固体在溶液中的吸附实验报告
固体在溶液中的吸附实验报告
实验目的：研究固体在溶液中的吸附现象。
实验原理：固体在溶液中的吸附是指固体表面对溶液中的溶质发
生吸附作用。
吸附过程涉及到物质的表面化学性质和溶液中的溶质分
子结构，吸附剂的表面可以通过物理吸附和化学吸附两种方式发生吸
附作用。
实验步骤：
1. 准备实验装置：取一定量的固体样品并将其放置在一个玻璃容器中。
2. 准备溶液：根据实验需要，配制出一定浓度的溶液。
3. 将溶液倒入玻璃容器中，与固体样品接触。
4. 让溶液和固体样品充分接触，并保持一定的反应时间。
5. 根据实验要求，可以调节温度、PH值等条件，观察吸附效果的变化。
6. 取出固体样品，用适当的方法对其进行分析和测量，以获得吸附量
的数据。
7. 根据实验结果，分析固体在溶液中的吸附现象，并总结影响吸附效
果的因素。
实验结果：根据实验数据，可以得到固体在溶液中的吸附量，并
可以通过吸附等温线等图像来描述吸附效果。
实验结论：根据实验结果，可以得出固体在溶液中的吸附效果受
到多种因素的影响，包括溶液浓度、温度、PH等条件。
吸附等温线的
形状可以提供一定的信息，如吸附类型（物理吸附或化学吸附）和吸
附强度等。
实验总结：固体在溶液中的吸附现象是一个复杂的过程，需要考
虑多个因素的影响。
通过实验可以了解吸附行为，并为实际应用中的
吸附分离、废水处理等提供参考。
在实验过程中，需要注意实验条件
的准确控制和数据的准确测量，以保证实验结果的可靠性。
表面络合吸附
表面络合吸附
表面络合吸附（surface complexation adsorption）指的是溶
液中各种离子与固体表面形成络合键，从而被固体吸附的一种现象。
这种吸附方式在地质化学、环境化学和水处理等领域中具有广泛的应用。
一般情况下，表面络合吸附包括以下步骤：
第一步，固体表面的官能团与溶液中的离子发生化学反应，形成
化学络合物。
这些官能团可能是负电荷基团，如氧化物表面上的羟基、胶体表面上的硅酸基等，也可能是正电荷基团，如适量引入的铁离子。
第二步，离子以化学络合物的形式，从溶液中转移到固体表面。
这个过程需要一定能量，并且与带电的固体表面极性有关。
第三步，离子被牢牢地捕获在固体表面上，并且与表面的官能团
形成牢固的成键。
这个过程可以通过化学和物理实验手段来检测。
在环境化学和水处理中，表面络合吸附的应用广泛而重要。
例如，在地下水净化过程中，铁氧化物或铝氧化物作为吸附剂捕获水中的痕
量重金属，从而使水质得到改善。
此外，在土壤中，表面络合吸附是
影响污染物分布和流动的关键因素之一。
总的来说，表面络合吸附是一种重要的化学现象，它在环境化学
和水处理领域有着广泛的应用。
通过理解各种离子与固体表面的相互
作用，我们可以更好地处理和净化我们所处的环境。
化学表面化学练习题表面吸附和界面现象
化学表面化学练习题表面吸附和界面现象化学表面化学练习题：表面吸附和界面现象表面吸附和界面现象是化学中重要的概念，对于理解材料的特性及其应用具有重要意义。
本文将围绕表面吸附和界面现象展开论述，探讨相关练习题，旨在帮助读者进一步理解和应用相关知识。
1. 吸附现象是指气体、液体或固体在与表面接触的情况下，被物质的表面吸附或附着的现象。
根据吸附力的强弱，可以将吸附分为物理吸附和化学吸附。
2. 物理吸附主要由范德华力引起，其吸附速度快，吸附热较低；化学吸附则需要化学键的形成和断裂，吸附速度较慢，吸附热较高。
3. 表面活性剂是一类能够降低液体表面或液-固界面的表面张力的物质。
常见的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。
4. 表面活性剂具有乳化、分散、润湿等特性，被广泛应用于液体洗涤剂、乳化剂、润滑剂等领域。
5. 分散系统中，存在两种无序排列的结构，即胶束结构和微乳液结构。
胶束结构是表面活性剂在溶液中形成的球形结构，其中疏水基团聚集在内，疏水基团聚集在外；微乳液结构是指表面活性剂和一定量的溶剂形成的连续的液滴结构。
6. 界面张力是液体与气体或液体与液体交界面上的单位长度所受的力，常用符号为γ。
根据界面上的液体种类不同，可以将界面张力分为气液界面张力和液液界面张力。
7. 洗涤剂对界面张力有明显影响，能够降低液体表面的张力，使表面张力减小，达到润湿和乳化的效果。
8. 表面活性剂的胶束结构对其性能具有重要影响。
胶束的大小与表面活性剂的浓度有关，随着浓度的增加，胶束的大小逐渐增大，直至形成连续的液滴。
9. 色散系统中的分散相通常是固体微粒，而分散介质可以是气体、液体或固体。
颗粒的大小和分散体系的粘度都会影响分散体系的流变性质。
10. 界面活性剂的添加对分散系统的流变性质有重要影响，可以改变其黏度、流变曲线的形状和流动特性。
总结起来，表面吸附和界面现象是化学中不可忽视的重要现象。
溶液表面吸附的测定实验报告
溶液表面吸附的测定实验报告实验报告：溶液表面吸附的测定实验目的：1. 了解溶液表面张力的测定方法；2. 理解溶液中表面吸附现象的产生和作用；3. 掌握X方法测定特定物质的表面吸附现象。
实验原理：当溶液与固体表面接触时，由于表面活性剂的存在，表面物质会吸附在固体表面上，形成薄膜。
表面吸附现象与溶液温度、浓度、pH值等因素密切相关，其大小与固体表面性质、溶质分子结构、外界环境温度、压力、湿度等因素有关。
实验中，通过添加已知浓度的物质到溶液中，然后分别测定不同浓度下溶液表面张力值，再将数据代入公式计算出表面吸附物质的吸附量。
实验仪器和试剂：1. 表面张力计；2. 磁力搅拌器；3. 鱼油酸钠试剂（0.1mol/L）；4. 标准盐酸（0.5mol/L）；5. 微量滴定管。
实验步骤：1. 准备工作：清洁实验仪器和试剂瓶口，定量取出所需试剂。
2. 将100mL二甲苯溶液倒入清洁的烧杯中，加入脱氧鱼油酸钠浸泡1小时，搅拌均匀。
3. 用干净针头涂取适量已浸泡好的鱼油酸钠溶液滴到表面张力计的平衡槽中；4. 将磁力搅拌器调整至适当转速，使溶液中的表面张力尽量平衡；5. 记录稳定状态下的表面张力值；6. 依次加入不同浓度的标准盐酸，重复第4-5步操作，测定不同浓度下的表面张力值；7. 计算出不同浓度下的表面吸附物质的吸附量。
实验结果：根据实验数据，我们可以得到如下的表面吸附量数据（单位mg/m2）：【表格】实验结论：通过本次实验的测定，我们可以得到不同浓度下的表面张力值及表面吸附量数据。
从实验数据中可以看出，表面吸附量会随着浓度的增加而增加，这与表面吸附物质分子与溶剂分子接触几率增加的结论相符。
通过本实验可进一步认识表面吸附现象，有助于我们深入了解该现象在工业生产和实际应用中的作用。
实验注意事项：1. 实验仪器需保证干净，以免影响实验结果；2. 实验试剂需定量取用，并注意浓度值，以保证实验数据的准确性；3. 操作过程中需严格按照实验流程进行，确认数据和记录结果时应谨慎。
溶液吸附法的原理
溶液吸附法的原理
溶液吸附法是一种分离或净化溶液中目标化合物的方法，其原理基于目标分子在吸附介质上的选择性吸附能力。
溶液吸附法通常使用固体吸附介质，如活性炭、树脂或硅胶等。
这些吸附介质具有表面上的吸附位点，能够吸附目标化合物。
吸附介质通常是非极性或微极性的，而目标化合物通常是极性的。
这种极性差异导致目标化合物在吸附介质上发生吸附现象。
吸附的选择性来源于目标化合物与吸附位点之间的相互作用，如范德华力、氢键、离子交互作用等。
吸附过程一般遵循兰格缪尔等温吸附定律，即目标化合物在单位时间内吸附到吸附介质上的量与目标化合物在溶液中的浓度成正比。
因此，通过控制反应条件（如温度、pH、浓度等），可以实现目标化合物的有效吸附。
吸附过程完成后，可以通过改变吸附介质的条件，如改变温度、pH值或溶液浓度等，来实现目标化合物的脱附，从而得到纯
净的目标化合物。
溶液吸附法广泛应用于制药、化工、环保等领域，用于分离和纯化目标化合物。
化学吸附原理
化学吸附原理化学吸附是指气体或溶液中的物质被固体表面吸附的现象。
吸附是指物质沉积在固体表面上的过程，这个过程是可逆的。
化学吸附是一种物理化学过程，它在许多领域都有着重要的应用，比如环境保护、化工生产、材料制备等。
本文将从化学吸附的基本原理、影响因素和应用进行介绍。
化学吸附的基本原理是分子间的相互作用。
在化学吸附过程中，吸附剂表面的活性位点与吸附物分子之间发生相互作用，形成吸附层。
这种相互作用可以是化学键、静电作用、范德华力等。
吸附作用的强弱取决于吸附剂和吸附物之间的相互作用力，通常用吸附热来表示。
吸附热越大，吸附作用越强。
另外，吸附作用还受温度、压力等因素的影响。
影响化学吸附的因素有很多，其中包括吸附剂的性质、吸附物的性质、温度和压力等。
首先，吸附剂的性质对吸附作用有着重要的影响。
比如吸附剂的孔径大小、表面化学性质、表面积等都会影响吸附作用的强弱。
其次，吸附物的性质也是影响吸附作用的重要因素，比如吸附物的分子大小、极性、化学性质等。
此外，温度和压力对吸附作用也有着重要的影响。
一般来说，温度升高会减弱吸附作用，而压力的增加则会增强吸附作用。
化学吸附在许多领域都有着重要的应用。
在环境保护方面，化学吸附被广泛应用于废气处理、水处理等领域。
比如通过活性炭对废气中的有害气体进行吸附，达到净化空气的目的。
在化工生产中，化学吸附也被用于分离和提纯物质，比如通过吸附剂对混合物进行分离提纯。
此外，化学吸附还被用于催化剂的制备、材料的吸附性能测试等领域。
总之，化学吸附是一种重要的物理化学过程，它在许多领域都有着重要的应用。
通过对化学吸附的研究，可以更好地理解吸附作用的机理，提高吸附材料的性能，拓展吸附技术的应用领域。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解化学吸附的原理和应用。
溶液表面的吸附现象.
CH3(CH2)7=CH(CH2)7 COO－
• 油酸分子模型图
固定的 障片
可移动 的障片
• 油酸单分子膜示意图
H+
表面活性物质的亲水基
团X受到极性很强的水分子
的吸引而有竭力钻入水面的
趋势, 同时非极性的碳链倾向
于翘出水面或钻入非极性的
有机溶剂或油类的另一相中,
从而在界面上形成单分子膜.
7
表面活性物质
表面活性物质的基本性质: 溶入少量 γ 就可使溶液的表面张力急剧降低; 当浓度 γ0 达到一定值后, 浓度几乎不影响表面张力.
上述性质是由表面活性分子在溶液中
的存在形态和分布引起的(见图示).
c • 表面张力与浓度关系
单分子膜
小型 胶束
球状 胶团
(a) 稀溶液
(b)开始形成胶束 的溶液
(c)大于临界胶束 浓度的溶液
况.
3
表面过剩与吉布斯吸附等温式
总界面过剩量 nBσ = Γ B As = nB − (V α cαB + V β cBβ )
类似地, 定义界面相的其它热力学函数:
Uσ= U－(Uα+ Uβ); Sσ= S－(Sα+Sβ); Gσ= G－(Gα+ Gβ)
当界面相的吉布斯函数Gσ发生微小变化时,
dGσ =－SσdT + Vσdp +γdAs + ΣµBdnBσ
β相 Vβ(实) cBβ
b
b
σ界面层 Vσ(实)
s
a
a
α相 V α(实) cBα
β相 Vβ cBβ σ界面相
Vσ= 0
α相 V α cBα
V = Vσ(实) + Vβ(实) + V α(实) V = Vσ+ Vβ • 实际溶液界面(左)与吉布斯界面模型(右)
表面活性剂在溶液表界面上的吸附
线，用任意溶质的浓度或总浓度作γ- lgc曲线， 再用前述方法算出体系的总吸附量。
18
3.1 表面活性剂在气-液界面的吸附
3.1.2 Gibbs公式在表面活性剂溶液中的应用 2.表面吸附量的计算 (2)混合体系 ② 单组分吸附量 欲求一种表面活性剂(i)的吸附量Γi，可固定其
(γ)，由γ- c曲线(常用γ- lgc)得某一浓度(c) 时的曲线斜率dγ/dc 应用吉布斯公式，即可求出某一浓度(c)时的表面 吸附量Γ。
17
3.1 表面活性剂在气-液界面的吸附
3.1.2 Gibbs公式在表面活性剂溶液中的应用 2.表面吸附量的计算 (2)混合体系 对于表面活性剂混合物，可利用Gibbs吸附公式计
2
引言
例如：活性炭给液体脱色，分子筛催化剂起催化作用，肥 皂有乳化作用。
表面活性剂在溶液表面、油水界面或固体表面上的吸附， 会改变表面或界面状态，影响界面性质，从而产生一系列 在应用中很重要的现象，如润湿、乳化、起泡、洗涤作用。
对表面活性剂在界面上的吸附作溶液研究，是非常重要的。 吸附现象发生在各种界面上，溶液的吸附量不像固体的吸
第3章 表面活性剂在溶液表 (界)面上的吸附
1
引言
吸附 溶质从水溶液内部迁至表(界)面，在表(界)面富集的过程叫吸附。 广义地讲，凡是组分在界面上的浓度出现差异的现象统称为吸附。 若组分在界面浓度高于体相中的，称为正吸附，反之为负吸附。 一般无特别说明，均为正吸附。 吸附可发生在各种界面上。
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，存在一个平均密度连续变化区。 也就是说，两种完全不混溶物两相在接触时，交界处并非 有一个界限分明的几何面将两相分开，而是存在一个界线 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，通常以σ表示。 组分在表面和体相内部浓度的差异用表面过剩来表示。
溶液表面吸附量的测定.
溶液表面吸附量的测定（3学时）一、目的要求1、了解溶液表面吸附量的物理意义及其测定原理。
2、了解最大气泡法测定溶液表面张力的基本原理和方法。
3、了解弯曲液面的附加压力与液面弯曲度、溶液表面张力之间的关系。
二、实验原理当一种溶质溶于水形成溶液时，溶质在溶液表面的浓度与其在溶液本体中的浓度存在着差别，这种现象称为溶液的表面吸附。
理论上，可用“表面吸附量”（或称表面超量）表示溶液的表面吸附程度大小，表面吸附量的物理化学意义是指溶质在溶液表面处的浓度与其在溶液本体中浓度的差值，通常用符号表示，其SI 单位为mol.m -2。
Γ在恒温、恒压条件下，表面吸附量(mol m -2)、溶液中溶质的活度和溶液表面张力Γa 三者之间的关系可用式（8.1）中的Gibbs 等温式进行描述：()1N m γ−（8.1）a d RT da γΓ=−在浓度不太大时，可以采用浓度代替活度，因此Gibbs 等温式可写成：()1mol L c −a （8.2）c d RT dc γΓ=−可见，只要通过实验测得溶液的表面张力与溶质浓度的关系曲线，即可利用公式γc （8.2）计算得到某一个浓度条件下的表面吸附量。
c Γ例如，图8.1为溶液表面张力随溶质浓度的变化曲线，若要求溶质浓度为时溶液的表1c 面吸附量，可在浓度轴上点作浓度轴的垂线，该垂线与关系曲线相交于A 点，1Γ1c ~c γ则曲线在A 点处切线AB 的斜率即为，由图8.1可知，AD 为纵轴的垂线，则有d dc γ。
又因为，则得到，代入到式（8.2）中即可DB AD d dc γ=1AD c =()1DB c d dc γ=求出浓度为时溶液的表面吸附量。
1c对于溶液表面吸附，可以采用Langmuir 理想吸附模型描述表面吸附量与溶液浓度Γc 之间的关系，即：（8.3）1kc kc θ∞Γ==Γ+γBD 1图8.1表面张力随浓度的变化关系曲线式（8.3）中，为溶质分子对溶液表面的覆盖百分率；为溶液的最大吸附量，对于θ∞Γ给定的体系，一定条件下是常数；为吸附常数∞Γk 可以将式（8.3）重排为直线形式：（8.4）1c c k ∞∞=+ΓΓΓ以对作图可得到一条直线，根据直线的截距和斜率可以求得最大吸c Γc 1k ∞Γ1∞Γ附量和吸附常数。
§13.3 溶液的表面吸附.
起泡剂所起的主要作用有：（1）降低表面张力； （2）使泡沫膜牢固，有一定的机械强度和弹性；
（3）使泡沫有适当的表面黏度。
3.增溶作用
非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入 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。
如果2,g>(1,g+1,2)，则液体1能在液体2上铺展，
反之，则液体1不能在液体2上铺展。
单分子表面膜——不溶性的表面膜
两亲分子具有表面活性，溶解在水中的两亲 分子可以在界面上自动相对集中而形成定向的吸 附层（亲水的一端在水层）并降低水的表面张力。
1765年Franklin 就曾用油滴铺展 到水面上，得到 厚度约为2.5 nm 的很薄油层。
表面活性剂的能力
能够把水的表面张力降低到的最小值。显然， 能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有 效。活性剂的能力也称为有效值。
表面活性剂的结构对其效率及能力的影响
表面活性剂的效率与能力在数值上常常是相 反的。
例如，当憎水基团的链长增加时，活性剂的 效率提高，而能力可能降低了。
当憎水基团有支 链或不饱和程度增加 时，效率降低，能力 却增加。
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 子形成的胶束中。
经X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。
增溶作用的特点
（1）增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低， 是自发过程，使整个系统更加稳定。
显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能 混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。
langmuir吸附定律
langmuir吸附定律Langmuir吸附定律是描述气体或溶液中吸附现象的一种定律。
根据这个定律，吸附速率正比于吸附剂表面上空位数和气体或溶液中物质浓度的乘积，反比于吸附物质在表面上已占据的位置数。
本文将详细介绍Langmuir吸附定律的原理和应用。
我们来了解一下吸附现象。
吸附是指气体或溶液中的物质与吸附剂表面发生相互作用而被吸附在表面上的过程。
吸附剂可以是固体、液体或气体。
在吸附过程中，吸附剂的表面上存在着一些空位，这些空位可以吸附物质分子进入。
吸附现象在很多领域都有应用，比如催化剂、分离技术和环境污染控制等。
Langmuir吸附定律是根据吸附分子在吸附剂表面上的行为提出的。
根据这个定律，吸附速率正比于吸附剂表面上空位数和气体或溶液中物质浓度的乘积，反比于吸附物质在表面上已占据的位置数。
可以用下面的公式表示Langmuir吸附定律：R = k * C * (1 - θ)其中，R表示单位时间内被吸附的物质的量，k是吸附速率常数，C 是气体或溶液中物质的浓度，θ是吸附物质在表面上已占据的位置数与总位置数的比值。
Langmuir吸附定律的应用十分广泛。
在催化剂领域，吸附是催化反应的第一步，通过研究吸附现象可以了解催化剂的活性和选择性。
此外，吸附还可以用于分离技术，比如吸附色谱和吸附分离。
吸附色谱是一种常用的分离和分析技术，通过样品中不同化合物与吸附剂的相互作用，实现对混合物的分离和定量分析。
在环境污染控制领域，吸附被广泛应用于废水和废气处理，通过吸附剂吸附污染物，达到净化环境的目的。
然而，Langmuir吸附定律也有其局限性。
该定律假设吸附剂表面上的吸附位点是均匀分布的，而实际情况下，吸附位点的分布并不均匀。
此外，该定律还假设吸附分子之间没有相互作用，而实际情况下，吸附分子之间可能存在相互作用，从而影响吸附行为。
Langmuir吸附定律是描述气体或溶液中吸附现象的一种定律。
通过研究吸附现象，可以了解吸附剂的活性和选择性，应用于催化剂、分离技术和环境污染控制等领域。
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棒状
10
表面活性物质
在临界胶束浓度前后, 除表面张力外, 电导率, 渗透压, 蒸气压, 光学性质, 去污能力及增溶作用等皆有很大差异.
去污能力 电导率 增溶作用
渗透压
性质
表面张力
摩尔电导
C.M.C
浓度
• 表面活性剂溶液的性质与浓度关系示意图
11
表面活性物质
HLB法: HLB意指亲水亲油平衡(Hydrophile-Lipophile Balance). 用HLB值的大小表示每种表面活性物质的亲水性, HLB值愈大, 亲水性愈强. 该值可作为选择表面活性剂的参考.
(1)去污作用
肥皂的成份是硬脂酸钠(C17H38COONa), 是一种阴离子表 面活性剂. 肥皂能减小水与衣物的界面张力, 增大衣物与油污 之间的接触角而使衣物变为憎油. 这样, 油污经机械摩擦和水 流带动而很容易脱落, 并被肥皂液乳化而分散在水中.
水(w)
σow
σsw大 σso
油(o) 固(s)
洗涤前
β相 Vβ(实) cBβ
b
b
σ界面层 Vσ(实)
s
a
a
α相 V α(实) cBα
β相 Vβ cBβ σ界面相
Vσ= 0
α相 V α cBα
V = Vσ(实) + Vβ(实) + V α(实) V = Vσ+ Vβ • 实际溶液界面(左)与吉布斯界面模型(右)
h
h
cβ(溶剂)
cα(溶剂) cβ(溶质) cα(溶质)
质. 习惯上指溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质.
• 表面活性剂显著降低水的表面张力. (左) 将硫(密度2.1g/cm3)小心地放 到水面上, 水－硫界面张力大而难 以增大其界面积, 使硫不能浸湿. (右) 向水中滴入几滴清洁剂, 水－ 硫界面张力减小, 硫沉入水底.
2
表面过剩与吉布斯吸附等温式
对于恒温恒压下的二元系统, 有
dGσ =γdAs + µ1dn1σ + µ2dn2σ µ1和µ2 分别为界面相中溶剂和溶质的化学势, 因吸附平衡, 也
分别是同一物质在溶液本体中的化学势.
在各强度性质恒定的情况下对上式进行积分, 可得
G σ = µ1n1σ + µ2n2σ + γAs dG σ =µ1dn1σ +n1σdµ1 +µ2dn2σ +n2σdµ2 +γdAs +Asdγ
• 实际界面(实线)与吉布斯模型(虚线) 中不同高度处溶剂和溶质的浓度
单位界面过剩量ΓB:
对任一总量为nB 的 s 组分B,
ΓB def
nB −VαcαB −V βcBβ As
吉布斯界面的位置
以溶剂的界面过剩量为 零来确定. 下左图中两
部分阴影的面积恰好抵
消;下右图中阴影面积
为溶质的界面过剩量,
表示的是正吸附这种情
Γ2
=
−⎜⎜⎝⎛
∂γ ∂µ 2
⎟⎟⎠⎞T
=
−
1 RT
⎜⎛ ⎜⎝
∂γ
∂ ln a c , 2
⎟⎞ ⎟⎠T
对稀溶液, 活度可用浓度代替, 则有
µ2
=
µ
Θ
c,
2
+
RT lnac,2
Γ2
=
−
c2 RT
⎜⎜⎝⎛
∂γ
∂c2
⎟⎟⎠⎞T
• 若 ( ∂γ / ∂c2)T > 0, 则Γ 2 < 0, 发生负吸附;
• 若 ( ∂γ / ∂c2)T < 0, 则Γ 2 > 0, 发生正吸附. 以实测的γ对c2作图, 求出指定浓度下的斜率( ∂γ / ∂c2)T,
醇类
－CH2OH
0.216
6
表面活性物质在吸附层的定向排列
不同的长碳链有机化合物在水溶液表面饱和吸附时占 据几乎相同的面积, 该面积实际上是碳氢链的横截面积, 可 见这些活性剂分子是定向紧密在排列在表面层中的.
一般表面活性剂分子都是由亲水性的极性基团和憎水 (亲油) 性的非极性基团两部分所构成 (见图示).
• 表面活性物质的分子在溶液本体及表面层中的分布
9
表面活性物质
胶束: 分散在水中的表面活性分子以其非极性部位自相结合, 形成憎水基向里、亲水基朝外的多分子聚集体. 临界胶束浓度(C.M.C): 表面活性剂分子开始形成缔合胶体的 最低浓度.
胶束的形状除球状外, 还有层状或棒状(见图示).
球状
层状 • 各种缔合胶束的形状
即可由吉布斯吸附等温式求得该浓度 时溶质吸附量 Γ2 . 5
表面活性物质在吸附层的定向排列
一般情况下, 表面活性物质的 Γ- c 曲线如下图所示. 类
Γ
似于朗谬尔单分子层吸附, 有
Γ = Γ m kc /(1 + kc )
Γm
式中Γm为单分子层饱和吸附量. 由Γm的实
测值可算出每个表面活性分子所占面积Am,
洗涤时
• 洗涤过程示意图
13
表面活性物质
(2)助磨作用 表面活性物质(助磨剂)能增加粉碎程度, 提高粉碎效率. 物料粉碎过程是相界面显著增大的过程, 当物料颗粒很小 时, 比表面很大. 若采用干磨, 增大的表面是表面张力很大的固 －气界面, 系统吉布斯函数急剧增大, 须消耗很大的表面功. 而 湿磨时增大的是界面张力小得多的固-液(表面活性剂溶液)界 面, 因此得到同样分散度的粉末消耗的能量要小得多. 分散后 的颗粒也因表面活性物质吸附在表面而不易粘聚. 同时, 表面活性物质还发挥“劈裂”作用和助滑作用.
况.
3
表面过剩与吉布斯吸附等温式
总界面过剩量 nBσ = Γ B As = nB − (V α cαB + V β cBβ )
类似地, 定义界面相的其它热力学函数:
Uσ= U－(Uα+ Uβ); Sσ= S－(Sα+Sβ); Gσ= G－(Gα+ Gβ)
当界面相的吉布斯函数Gσ发生微小变化时,
dGσ =－SσdT + Vσdp +γdAs + ΣµBdnBσ
与前式对比, 得表面层的 吉布斯－杜亥姆方程:
n1σdµ1 + n2σdµ2 + Asdγ = 0
4
表面过剩与吉布斯吸附等温式
两边同除以 As , 得
n1σ As
dµ1 +
nσ2 As
dµ2 + dγ
=0
因 Γ B = nBσ / As , 又 Γ1 = 0, 得 Γ 2dµ 2 = −dγ
吉布斯吸附等温 式：
滑动面 • 表面活性物质的助磨作用
14
• 表面活性物质的HLB值与应用的对应关系
表面活性物质加水后的性质 HLB 值
应用
不分散
分散得不好 不稳定乳状分散体 稳定的乳状分散体 半透明至透明分散体
透明溶液
0
2 4
W/O 乳化剂 (油包水型)
6
8
润湿剂
10
12 洗涤剂
14
O/W 乳化剂
16
(水包油型)
18 增溶剂
12
表面活性物质
表面活性物质主要应用: 润湿, 助磨, 乳化, 去污, 分散, 增 溶, 发泡和消泡, 以及匀染, 防锈, 杀菌, 消除静电等作用.
表面活性物质的基本性质: 溶入少量 γ 就可使溶液的表面张力急剧降低; 当浓度 γ0 达到一定值后, 浓度几乎不影响表面张力.
上述性质是由表面活性分子在溶液中
的存在形态和分布引起的(见图示).
c • 表面张力与浓度关系
单分子膜
小型 胶束
球状 胶团
(a) 稀溶液
(b)开始形成胶束 的溶液
(c)大于临界胶束 浓度的溶液
CH3(CH2)7=CH(CH2)7 COO－
• 油酸分子模型图
固定的 障片
可移动 的障片
• 油酸单分子膜示意图
H+
表面活性物质的亲水基
团X受到极性很强的水分子
的吸引而有竭力钻入水面的
趋势, 同时非极性的碳链倾向
于翘出水面或钻入非极性的
有机溶剂或油类的另一相中,
从而在界面上形成单分子膜.
7
表面活性物质
溶液表面的吸附现象
溶液表面的吸附: 溶质在溶液表面层(表面相)中的浓度与在 溶液本体(体相)中浓度不同的现象.
溶液的表面张力与溶质的浓度有关 (见图示 3 种情况).
溶液表面吸附产生的原因是
系统为尽可能降低表面吉布斯函 γ 数而自动调整溶质在表面相和体
I 无机酸, 碱, 盐等.
相中的分布.
γ0
正吸附: 若溶质的加入使溶液表
面张力降低, 则溶质自动地从体
Ⅱ 有机酸, 醇, 酯, 醚, 酮等.
相富集至表面, 增大其表面浓度.
负吸附: 若溶质的加入使溶液表 面张力升高, 则溶质表面浓度自
Ⅲ 肥皂, 合成 c 洗涤剂等.
• 水溶液表面张力与溶质浓度的关系
动低于体相浓度. 1
溶液表面的吸附现象
表面吸附产生的浓度差又导致溶质在反方向上的扩散, 当这两种相反的趋势达到平衡时, 即达到溶液表面吸附平衡. • 表面惰性物质: 能使溶液表面张力增大的物质. • 表面活性物质(表面活性剂): 能使溶液表面张力降低的物
表面活性 物质分类
离子型表 OONa
阳离子表面活性剂 如胺盐 C18H37NH3+Cl－
两性表面活性剂 如氨基酸型R-NH-H2COOH
非离子型 如聚乙二醇类 表面活性剂 HOCOH2[CH2OCH2]nCH2OH
阴离子型和阳离子型表面活性剂不可混用.
8
表面活性物质
Am = 1 /Γm L