油层物理32第二节吸附作用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
几十～几百～几千个
11
二、气-液界面（表面）的吸附
图8—16给出了在油水 两相为乙、丙烷混合气体 所饱和的情况下，油-水表 面张力随压力的变化。当 压力开始增加时表面张力 有所增加，当压力继续增 加时表面张力随即减小， 紧接着则趋于不变。这一 过程既和乙、丙烷气体在 两相中溶解有关系，又和 油中的极性组分在两相界 面层的浓度变化有关系。
从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可以看出： 若C为吸附在A、B两相界面的物质， 则物质A的极性＞C的极性＞B的极性 这就是所谓的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发 生，都将满足这一个原则。
6
二、气-液界面（表面）的吸附
原油是含多种分子的混合物，就其极性组成而言， 可以分为非极性物质和含有极性的活性物质两类。
第二节 吸附作用及其和表面张力的关系
一、吸附的概念 溶解于某相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急 剧降低该界面层的表面张力的现象的现象。 表面活性剂：被吸附在两相界面上、且能大大降低界 面张力的的物质叫做表面活性物质或称表面活性剂。 表面活性剂是一种两亲分子，含有一个极性端和一个 非极性端 就其极性而言，可以把原油的组分分为非极性物质和 含有极性的活性物质两类。 烃类是非极性物质，烃与氧、硫、氮的化合物是活性 物质。 原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。
2
从外来物的性质（肥皂的性质）来看，从化学结构上讲， 它是高级脂肪酸的一些盐类，例如钠肥皂分子化学结构式 为CnH2n+lCOONa比如C16H33COONa。
它的一端是由碳氢组成的基团，具有对称的非极性结构， 称之为碳氢链(如C16H33-)；另一端则是非对称的极性基团 (如-COONa)。这种具有两性的分子通常以 “—O”表示。 直线段代表非极性的碳氢链，圆环的一端代表极性基团。
T，R——绝对温度和通用气体常数。
8
二、气-液界面（表面）的吸附
当
C
<0时，比吸附G为正值，称为正
吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加
而减少，溶质为表面活性物质；
如果
C
＞0时，比吸附G为负值，称
负吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加
而增加，溶质为表面非活性物质，如多数的
无机盐如NaCl、MgCl2、CaCl2等都会使表面 张力增高。它们溶于水中，会增加了水相分
5
二、气-液界面（表面）的吸附
可见，活性剂集中到界面上去，就会使极性差减小，也 就是使自由表面能（即表面张力）减小，而这一过程恰与 自由能趋于最小的趋势是一致的，所以，肥皂活性剂分子 向水界面层集中是自发的过程。
纯水的表面张力很大(72.8mN／m)，而加肥皂后表面 张力会大大降低。
具有上述结构的分子所组成的物质——表面活性剂，在 液体中都能降低界面张力。
子的内聚力，从而就增加了油-水、气-水的
界面张力。
9
二、气-液界面（表面）的吸附
比吸附G与溶液中表面活性物质浓度之间的关系
曲线，称为比吸附等温线 表面张力σ与溶液中表面活性物质浓度之间的关
系曲线，称为表面张力等温线
吸附饱和
10
二、气-液界面（表面）的吸附
最右边的情况： 水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极性端向内 互相靠拢，亲水基向外，形成 ‘胶束’ ——Micelle
由于非极性的憎水端被极性端完全包围在内部，不与水接 触，它们就会稳定地溶于水中，对水的表面张力也就没有 太大影响。
临界胶束浓度CMC—— Critical Micelle Concentration
一般表面活性剂的CMC为10－2～10－15 mol/L 一个胶束中包含的分子个数：
12
三、 液-液界面上的吸附
H
HH CC
HH CC
H C
H C
HH CC
HH CC
H C
H C
HH CC
H C
H C
C
=OO Na
HH HH HH HH HH HHHH HH
钠肥皂分子的化学结构式
3
将少许肥皂活性剂放入纯水中，肥皂活性剂分子 便自发地集聚在两相界面层上(水面)，水为极性 的，所以，活性剂分子的极性端朝向水里，而非 极性端则力图与非极性的空气相作用，从而使得 水表面层的极性差减小，水表面层的自由表面能 也随之减小，表面张力减小。
代表浓度增加
4
二、气-液界面（表面）的吸附
从图上可以看出，当表面活性物质的浓度较小时， 随浓度的增加，比吸附的增大和表面张力的减小 都比较快。但是，当浓度增加到—定值后，比吸 附则不再增加，而趋于比吸附最大值。这是因为 吸附趋饱和。此时的表面张力值，也就不再随浓 度的增加而减小了。图8—14中最右边的情况， 就是水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极 性端向内互相靠拢，亲水基向外，形成所谓‘胶 束’。 从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可 以看出，若C为吸附在A、B两相界面的物质，则 物质A的极性＞C的极性＞B的极性，这就是所谓 的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发生，都 将满足这一个原则。
7
二、气-液界面（表面）的吸附
在气-液界面上，比吸附与溶质浓度、表面活度 之间的关系由吉布斯(Gibbs)等温吸附关系式表 示：
G
1 RT
C (
C
)T
式中：G——吉布斯比吸附量； C——溶质浓度； ( )TC——表面活度，即在某一温度下，表面
张力随溶液浓度的变化率，代表溶质表面活性的 大小；
1
液体表面的吸附问题是怎样一个过程，又是如何 降低自由界面能的？
纯水中加入少许活性剂(肥皂)，则肥皂水溶液 的表面张力要比纯水的表面张力减小很多。
两相界面的表面张力对外来物（如活性剂肥皂） 的存在极其敏感，尽管外来物质很少，它却使表 面张力急剧减小。
这种现象：一方面表面张力的性质;另一方面 外来物的性质
前者如烷烃、环烷烃和芳香烃， 后者一般是烃与氧、硫、氮的化合物，如环烷
酸、胶质பைடு நூலகம்沥青质等。 实际上，可以认为原油是表面活性物质在非极
性烃类中的一种溶液。 被吸附在两相界面层上、能大大减低表面张力
的物质叫做表面活性物质或表面活性剂。 界面层单位面积上比相内多余的吸附量叫比吸
附，用G表示。
11
二、气-液界面（表面）的吸附
图8—16给出了在油水 两相为乙、丙烷混合气体 所饱和的情况下，油-水表 面张力随压力的变化。当 压力开始增加时表面张力 有所增加，当压力继续增 加时表面张力随即减小， 紧接着则趋于不变。这一 过程既和乙、丙烷气体在 两相中溶解有关系，又和 油中的极性组分在两相界 面层的浓度变化有关系。
从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可以看出： 若C为吸附在A、B两相界面的物质， 则物质A的极性＞C的极性＞B的极性 这就是所谓的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发 生，都将满足这一个原则。
6
二、气-液界面（表面）的吸附
原油是含多种分子的混合物，就其极性组成而言， 可以分为非极性物质和含有极性的活性物质两类。
第二节 吸附作用及其和表面张力的关系
一、吸附的概念 溶解于某相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急 剧降低该界面层的表面张力的现象的现象。 表面活性剂：被吸附在两相界面上、且能大大降低界 面张力的的物质叫做表面活性物质或称表面活性剂。 表面活性剂是一种两亲分子，含有一个极性端和一个 非极性端 就其极性而言，可以把原油的组分分为非极性物质和 含有极性的活性物质两类。 烃类是非极性物质，烃与氧、硫、氮的化合物是活性 物质。 原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。
2
从外来物的性质（肥皂的性质）来看，从化学结构上讲， 它是高级脂肪酸的一些盐类，例如钠肥皂分子化学结构式 为CnH2n+lCOONa比如C16H33COONa。
它的一端是由碳氢组成的基团，具有对称的非极性结构， 称之为碳氢链(如C16H33-)；另一端则是非对称的极性基团 (如-COONa)。这种具有两性的分子通常以 “—O”表示。 直线段代表非极性的碳氢链，圆环的一端代表极性基团。
T，R——绝对温度和通用气体常数。
8
二、气-液界面（表面）的吸附
当
C
<0时，比吸附G为正值，称为正
吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加
而减少，溶质为表面活性物质；
如果
C
＞0时，比吸附G为负值，称
负吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加
而增加，溶质为表面非活性物质，如多数的
无机盐如NaCl、MgCl2、CaCl2等都会使表面 张力增高。它们溶于水中，会增加了水相分
5
二、气-液界面（表面）的吸附
可见，活性剂集中到界面上去，就会使极性差减小，也 就是使自由表面能（即表面张力）减小，而这一过程恰与 自由能趋于最小的趋势是一致的，所以，肥皂活性剂分子 向水界面层集中是自发的过程。
纯水的表面张力很大(72.8mN／m)，而加肥皂后表面 张力会大大降低。
具有上述结构的分子所组成的物质——表面活性剂，在 液体中都能降低界面张力。
子的内聚力，从而就增加了油-水、气-水的
界面张力。
9
二、气-液界面（表面）的吸附
比吸附G与溶液中表面活性物质浓度之间的关系
曲线，称为比吸附等温线 表面张力σ与溶液中表面活性物质浓度之间的关
系曲线，称为表面张力等温线
吸附饱和
10
二、气-液界面（表面）的吸附
最右边的情况： 水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极性端向内 互相靠拢，亲水基向外，形成 ‘胶束’ ——Micelle
由于非极性的憎水端被极性端完全包围在内部，不与水接 触，它们就会稳定地溶于水中，对水的表面张力也就没有 太大影响。
临界胶束浓度CMC—— Critical Micelle Concentration
一般表面活性剂的CMC为10－2～10－15 mol/L 一个胶束中包含的分子个数：
12
三、 液-液界面上的吸附
H
HH CC
HH CC
H C
H C
HH CC
HH CC
H C
H C
HH CC
H C
H C
C
=OO Na
HH HH HH HH HH HHHH HH
钠肥皂分子的化学结构式
3
将少许肥皂活性剂放入纯水中，肥皂活性剂分子 便自发地集聚在两相界面层上(水面)，水为极性 的，所以，活性剂分子的极性端朝向水里，而非 极性端则力图与非极性的空气相作用，从而使得 水表面层的极性差减小，水表面层的自由表面能 也随之减小，表面张力减小。
代表浓度增加
4
二、气-液界面（表面）的吸附
从图上可以看出，当表面活性物质的浓度较小时， 随浓度的增加，比吸附的增大和表面张力的减小 都比较快。但是，当浓度增加到—定值后，比吸 附则不再增加，而趋于比吸附最大值。这是因为 吸附趋饱和。此时的表面张力值，也就不再随浓 度的增加而减小了。图8—14中最右边的情况， 就是水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极 性端向内互相靠拢，亲水基向外，形成所谓‘胶 束’。 从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可 以看出，若C为吸附在A、B两相界面的物质，则 物质A的极性＞C的极性＞B的极性，这就是所谓 的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发生，都 将满足这一个原则。
7
二、气-液界面（表面）的吸附
在气-液界面上，比吸附与溶质浓度、表面活度 之间的关系由吉布斯(Gibbs)等温吸附关系式表 示：
G
1 RT
C (
C
)T
式中：G——吉布斯比吸附量； C——溶质浓度； ( )TC——表面活度，即在某一温度下，表面
张力随溶液浓度的变化率，代表溶质表面活性的 大小；
1
液体表面的吸附问题是怎样一个过程，又是如何 降低自由界面能的？
纯水中加入少许活性剂(肥皂)，则肥皂水溶液 的表面张力要比纯水的表面张力减小很多。
两相界面的表面张力对外来物（如活性剂肥皂） 的存在极其敏感，尽管外来物质很少，它却使表 面张力急剧减小。
这种现象：一方面表面张力的性质;另一方面 外来物的性质
前者如烷烃、环烷烃和芳香烃， 后者一般是烃与氧、硫、氮的化合物，如环烷
酸、胶质பைடு நூலகம்沥青质等。 实际上，可以认为原油是表面活性物质在非极
性烃类中的一种溶液。 被吸附在两相界面层上、能大大减低表面张力
的物质叫做表面活性物质或表面活性剂。 界面层单位面积上比相内多余的吸附量叫比吸
附，用G表示。