液体和固体的表面

aB ( )T , p RT aB
Mcbain 等验证Gibbs公式的实验结果
水溶液
4-氨基甲苯 苯酚 己酸
cB/mol dm-3
0.0187 0.0164 0.218 0.0223 0.0258 0.0452 0.0100 0.0300
Γ/(μmol m-2) 测定值 计算值
(1) Surface inactive substances: csur ＜cint negative adsorption
(2) Surface active substances and surfactant: csur ＞ cint positive adsorption
Surface inactive substance
防水
而空气可以透过。
●常见的防水材料：石蜡、硅油 多价金属皂等
合理解释一些现象？
★ 在干燥的天气里，把水泼在光洁的体面上， 很快水就蒸发，但把土地挖开，地下的土壤还 是潮湿的为什么？ ★ 实验室里判断玻璃器皿是否干净的方法是以 是否“挂水”为依据，为什么？洗干净的玻璃 杯在空气中放久了，杯壁又会从新“挂水”， 为什么？ ★ 用手拿干净的玻璃杯接非常干净的水，以后 总能发现水面上有极少的油脂污染，为什么？ 此现象说明什么问题？怎样才能不使水面污染？
S G
w
黏附功
< 0 铺展
铺展系数
平衡时
s-g s-l l-g cos
Young equation
lg
θ S L
s g
s -g s -l cos l-g
sl
θ:接触角
γs-g <γs-l , cosθ< 0 , θ> 90o, 不能润湿 θ
采油
• 油层存在于地层的毛细孔中，油与土壤 的接触角大于土壤与水的接触角
• 在水中加入润湿剂，通过井外注水，可 增加水对地层的润湿性，将油从毛细孔 中顶出，然后从井内采出。
• 缺点：表面活性剂用量太大，可能毁坏 油田
防雨布为 ●纤维织物用防湿剂处理，增加水 什么防水 ？ 布之间的接触角，使水不能透过布，
Surface active substance
3. Adsorption isothermal equation
●表面积的缩小和表面张力的降低是降低体系表
面吉布斯自由能的两种途径 ●定温下纯液体的表面张力为定值，降低体系表 面吉布斯自由能的唯一途径是尽可能缩小液体 表面积 ●溶液自动调节不同组分在表面层中的数量，改 变溶液的表面张力，促进体系吉布斯自由能的 降低 ●吉布斯吸附等温方程式描述定温下溶液浓度、 表面张力和吸附量之间的定量关系

cB
c
(b) By means of experiential equation
from 0 b 0 ln(1 b 0 cB RT K cB
cB
K
)
b 0 cB K , cB , 即 c B RTK
b 0 cB K , 即 constan t RT
润湿应用例子
●矿物的泡沫浮选 ●采油 ●防水 还有其它应用 ！
矿物的泡沫浮选
浮选
• 固体悬浮在液面上，则环绕固粒的固、液、气三相交界 的向上拉力必与固粒的表观重力相平衡，固体颗粒能否 悬浮在液面，取决与接触角的大小。通过加入表面活性 剂，可控制固体浮游的条件
矿物的浮选
利用浮选原理，提高矿石品位
注水采 油法
胶体与界面化学 基础（三）
—环境工程专业
2.3 液体和固体的界面 Interface of liquid and solid
润湿 亲液性固体
不润湿 憎液性固体
L
S
G s l ( l g s g )
G
附黏
< 0 润湿
G ( s l l g ) s g
Gibbs isothermal equation of adsorption
●ΓIs called (relative)
surface excess or amount of surface adsorption (表面过剩或表面吸附量) ●物理意义:单位面积表面 层中溶剂所含溶质的物 质的量与同样数量的溶 剂在溶液中所含溶质的 物质的量的差值.
思考题
• 液体能够润湿固体的条件是什么？能否改 变固-液润湿的状况？ • 纯液体、溶液和固体各采用什么方法来降 低表面能以达到稳定状态？这种现象在日 常生活中有什么应用？ • 表面活性剂具有什么结构特征？为什么表 面活性剂能够降低溶液的表面张力？ • 什么是吉布斯吸附等温式？它有那些应用？
-------表面活性物质 surface active substance
Szyszkowski equation
cB 0 b 0 ln(1 ) K
γ 0 ：surface tension of pure water. γ : surface tension of solution b: experiential constant dependent on function group of organic substances K: experiential constant dependent on the number of carbon atoms in a molecule
3-苄基甲酸
5.7 4.3 4.4 5.9 4.4 5.3 3.7 3.6
4.9 4.6 5.1 5.4 5.6 5.4 3.4 5.3
How to Calculate
( ) c B
(a) Tangent(切线) method
通过实验，测出不同浓度下溶液的γ值，作 γ～c 关系曲线，在指定浓度求切线的斜率 γ
NaCl (aq)
a: 无机酸、碱、盐 和多羟基有机物 (如蔗糖、甘露醇 等)。 溶液的表面张力 随浓度增加而缓 慢增大(大致成线 性关系）---表面惰性物质
γ a
surface inactive substance
b c c
B
b. 低分子量的极性有机物，如：醇、醛、
酸、酯、胺等： 溶液表面张力随浓度增加而逐渐减wenku.baidu.com。
Γ
Γ∞
cB
Gibbs公式的应用（例）
表面活性剂物质横截面积的求算 Γ= Γ∝ = bγ0/RT

Γ∝ 为饱和吸附量，与吸附剂浓度无关。 饱和吸附时，表面活性剂分子产生表面吸附和定向 的紧密排列，假设每个分子占据的面积为表面活性 剂的横截面积，则 Am = 1/L Γ∝ L 为阿佛加德罗常数
如何从实验中获得饱和吸附量？
(a) Tangent(切线) method
通过实验，测出不同浓度下溶液的γ值，作 γ～c 关系曲线，在指定浓度求切线的斜率 γ

cB
c
如何从实验中获得饱和吸附量？
从上图中的切线斜率根据吉布斯吸附等温线求得某一 温度下不同吸附质浓度的表面吸附量

Γ= Γ∝ [Kc /（1+kc）]
C/ Γ= C/ Γ∝ + 1/k Γ∝ C/ Γ— 作图，直线的斜率为Γ∝
C. 具有长碳链（碳原子数大于8）的极性 有机化合物： 当浓度很小时，溶液的表面张力便急 剧减小，但减小到一定值后就不再随 浓度增加而变化。 ------ 表面活性剂 surface active agent (surfactant)
2. Difference of concentration at surface from interior of solution ---surface adsorption of solution
γs-g>γs-l (γs-g-γs-l)<γl-g, ,00<θ<90o 能够润湿 (γs-g-γs-l)=γl-g, ,θ = 00 完全润湿 (γs-g-γs-l)>γl-g, , 铺展
毛细现象(Capillarity)
凹形液面
凸形液面
（1）为什麽会形成凹形或凸形液面？ （2）为什麽液面会上升或下降？ （3）如何能改变固体-液体表面的润湿状况？
润湿的其它应用
农药对植物叶有良好的润湿作用 制造照相胶片，感光乳剂的涂布 机器用的润滑油 油漆的使用

2.4 Surface adsorption of solution
1. Effect of solute on surface tension of solution
H2O
C2H5OH (aq)