表面活性剂在溶液表界面上的吸附
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的吸附与吸附动力学
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的吸附与吸附动力学表面活性剂的吸附与吸附动力学表面活性剂是一类能够在液体表面或液体与固体界面活跃积聚的分子，它们能够显著降低液体的表面或界面能，改变液体的性能和行为。
在化学教案中，学习表面活性剂的吸附与吸附动力学是非常重要的。
本文将从理论与实际应用两个方面，详细讨论表面活性剂的吸附特性以及相关的吸附动力学过程。
一、表面活性剂的吸附特性1. 表面活性剂的吸附现象在液体表面或液体与固体界面上，表面活性剂能够积聚并形成一个吸附膜。
这种吸附现象是由于表面活性剂分子的两个部分具有亲水性和疏水性，同时受到表面张力和胶束形成的影响。
表面活性剂的亲水性基团能够与水分子形成氢键，而疏水性基团则倾向于与油脂分子或固体表面发生疏水作用。
2. 吸附等温线与吸附量吸附等温线是描述表面活性剂吸附过程的一种图形表示。
它反映了吸附剂浓度与吸附剂在界面上的浓度之间的关系。
吸附等温线可以分为不可逆吸附、可逆吸附和亲和吸附等几种类型。
吸附量指的是单位面积或体积上表面活性剂的质量或摩尔浓度。
3. Langmuir吸附模型Langmuir吸附模型是最常用的描述表面活性剂吸附特性的模型之一。
该模型假设吸附在固体表面上的表面活性剂分子与其他表面活性剂分子无相互作用，并且吸附速率与脱附速率相等。
根据该模型，吸附等温线呈现出一个饱和吸附的曲线。
二、表面活性剂的吸附动力学1. 吸附速率与扩散表面活性剂吸附动力学过程中，吸附速率和脱附速率是非常重要的参数。
吸附速率受到扩散的影响，它可以通过Fick扩散定律来表达。
Fick扩散定律描述了物质在浓度梯度下的传输速率，即吸附剂分子自由扩散到界面上的速度。
2. 吸附动力学理论Michaelis-Menten动力学模型是描述表面活性剂吸附动力学过程的一种常用模型。
该模型假设表面活性剂在界面上的吸附速率与吸附剂分子浓度之间存在一个饱和性关系，且吸附速率正比于吸附剂分子与界面的亲和力。
表面活性剂在溶液表界面上的吸附
04
表面活性剂在溶液表界面 上的应用
乳化与破乳
乳化
表面活性剂能够降低油水界面张力， 使互不相溶的油和水形成稳定的乳浊 液。乳化作用在化妆品、食品、制药 等领域广泛应用。
破乳
在某些情况下，如油水分离、废水处 理等，需要将形成的乳浊液进行破乳 ，使油水分离。表面活性剂可以通过 改变界面性质实现破乳。
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表面活性剂分子在溶液表面上的定向 排列能够降低表面张力，使得液体更 容易润湿固体表面，提高液体的分散 性和乳化性。
表面活性剂的分类
根据分子结构，表面活性剂可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型 等。
阴离子型表面活性剂如肥皂、烷基硫酸盐等，阳离子型表面活性剂如季铵盐等， 非离子型表面活性剂如聚氧乙烯醚等，两性离子型表面活性剂如甜菜碱等。
润湿与反润湿
润湿
表面活性剂能够降低固体表面与气体 或液体间的界面张力，使固体表面容 易被液体润湿。在涂料、油墨、化妆 品等领域，润湿作用至关重要。
反润湿
与润湿相反，反润湿是指使已被润湿 的表面重新变得不润湿。在某些加工 过程中，如纸张涂层、玻璃镀膜等， 需要控制表面的润湿性，这时就需要 利用反润湿技术。
减阻与起泡
减阻
表面活性剂可以降低流体在管道中的流动阻力，从而提高流体输送的效率。在石油工业、化学工业等领域，减阻 作用具有重要的应用价值。
起泡
表面活性剂可以在液体中形成稳定的泡沫。起泡作用在食品工业（如啤酒、奶制品等）、制药工业（如泡沫灭火 器、泡沫硬化剂等）等领域有广泛应用。
05
表面活性剂在溶液表界面 上的研究进展
新型表面活性剂的开发
总结词
随着科技的发展，新型表面活性剂的开发已成为研究的热点。
第三章表面张力及表面活性剂在界面上的吸附
表面张力的微观成因
表面相分子受力不均 匀，其分子有被拉入 液相的趋势。 这种受力不均匀性是 表面现象产生的微观 成因。
气相
液相
液体的表面积因而有 自发收缩的趋势。
思考题
表面张力与哪些因素有关？即表面张力 受哪些因素影响？
3.2弯曲液面下的附加压力 Curved liquid surfaces with additional pressure
Example 2.4. How large is the pressure in a spherical bubble with a diameter of 2 mm and a bubble of 20 nm diameter in pure water, compared with the pressure outside? For a bubble the curvature is identical to that of a sphere: R1 = R2 = R.
1.
d / dc 0
非表面活性物质
1
如无机盐、不挥发 酸碱以及蔗糖、 甘露醇等多羟基 有机物的水溶液 2. d / dc 0
0
2 3
c2
表面活性物质
3. 表面活性剂：具有两亲性 短链脂肪酸、醇、醛 质能明显降低水的表面张力的 有机化合物。
3.4.1表面过剩和吉布斯等温吸附式
The Gibbs adsorption equation, in its most general form,
Capillary rise method
0 90 ,
Capillary radius r and curvature R have the following equation:
表面活性剂在界面上的吸附
4、离子强度的影响
增加水溶液的离子强度，则会压缩离子型表面活性剂的 离子氛半径，直接减少其在相反电荷表面的吸附作用，同 时，又会增加其在相同电荷表面的吸附作用。
此外，多价金属离子如Ca 2+的存在将有利于阴离子表面 活性剂的吸附。
三、固体吸附剂的影响
常见的固体吸附剂有三大类：
1、表面带强电荷的固体吸附剂
（2）非离子型表面活性剂 非离子型表面活性剂往往会在在此类吸附剂表面发生氢
键吸附，例如聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂在纤维素表 面，醚键与羟基会发生氢键结合，吸附等温线往往也是呈 L型的，而且随着乙氧基的增加，吸附量会降低，吸附类 型还会转成多分子层吸附。
（3）水溶液pH值的影响 主要是对pH值吸附剂和吸附质的电荷的影响，例如羊毛
双电层厚度k-1（m） 电解质浓度 （mol/L） 1-1型电解质 2-2型电解质
10-5
9.6×10-8 4.8×10-8
10-3
9.6×10-9 4.8×10-9
10-1
9.6×10-10 4.8×10-10
4．滑移面和ζ电位 是stern面外侧的固-液界面的液体滞留层，即固-液先相对 位移时滑移面，而由滑移面至溶液本体相的电位差即固液界面的动电位，又称为ζ电位。
表面活性剂化学及应用
第三章 表面活性的界面吸附
最早的表面活性剂肥皂 有“工业味精”之称。
第一节 表面活性剂的吸附作用
一、界面吸附现象
G-L 表面吸附 – 泡沫 foam L-L 界面吸附 – 乳状液 emulsion S-L 界面吸附 – 润湿 wetting, 分散dispersing
二、表面活性和吸附
金属氧化物 SiO2 TiO2
α-Fe2O3 γ-Al2O3 α- Al2O3
表面活性剂在溶液表界
降低表面张力
表面活性剂分子具有两亲性，一端亲水，另一端疏水，可以吸附在气-液或液-液 界面上，降低界面张力，使原本不溶的物质得以在表面活性剂的作用下形成乳浊 液或泡沫。
表面张力的大小反映了液体分子在界面上整齐排列的程度，表面张力越低，液体 分子在界面上排列越不整齐，越容易扩展，从而有助于物质的溶解和分散。
形成界面膜
01
当表面活性剂分子吸附在界面上 时，会形成一层分子膜，这层膜 具有稳定性，能够阻止液滴或泡 沫的合并和破裂。
02
在工业生产和日常生活中，利用 表面活性剂形成的界面膜可以起 到防腐蚀、防污、防水等作用， 例如涂层、涂料、润滑油等。
改变界面性质
表面活性剂分子在界面上的吸附可以 改变界面的物理性质，如表面黏度、 摩擦系数、光学性质等。
05
表面活性剂的发展趋势与 未来展望
高性能表面活性剂的研发
高分子表面活性剂
随着高分子化学的发展，高分子 表面活性剂的研发成为新的趋势， 其具有更好的界面活性、更低的 临界胶束浓度和更好的稳定性。
低温和高温表面活
性剂
针对不同温度环境下的应用需求， 研发低温和高温环境下仍能保持 良好性能的表面活性剂。
表面活性剂在溶液表界
目录 CONTENT
• 表面活性剂简介 • 表面活性剂在溶液表界的作用 • 表面活性剂在工业中的应用 • 表面活性剂对环境的影响 • 表面活性剂的发展趋势与未来展
望
01
表面活性剂简介
定义与分类
定义
表面活性剂是一种能够显著降低溶液 表面张力的物质，具有亲水基和疏水 基两部分组成的分子。
表面活性剂在油田开采中用于提高采油效率和降低采油成本。
详细描述
在油田开采过程中，表面活性剂可以用于增加采油量，提高采油效率。通过降低油水界面张力，表面活性剂能够 改善油藏的润湿性，提高原油的流动性，从而有助于提高采收率。此外，表面活性剂还可以用于油田污水处理和 酸化液制备等方面，降低采油成本。
界面现象溶液表面的吸附现象
4
例3：用同一个滴管分别滴下1cm3 NaOH 水溶液、水、乙 醇水溶液，各自的滴数为（ ）C A NaOH 水溶液18滴，水15滴，乙醇水溶液25滴 B NaOH 水溶液25滴，水18滴，乙醇水溶液15滴 C NaOH 水溶液15滴，水18滴，乙醇水溶液25滴 D 都是18滴
12
表面活性物质的分类
表面活性 物质分类
离子型表 面活性剂
阴离子表面活性剂 如肥皂 RCOONa
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.
化合物种类
X
Am /nm2
脂肪酸Leabharlann －COOH0.205
二元酯类 酰胺类 甲基酮类 甘油三酸脂类(每链面积) 饱和酸的酯类
－COOC2H5 －CONH2 －COCH3 －COOCH2 －COOR
0.205 0.205 0.205 0.205 0.220
醇类
－CH2OH
0.216
9
表面活性物质在吸附层的定向排列
11
表面活性物质在吸附层的定向排列
请大家思考几个问题： （1）为什么泉水，井水都有比较大的表面张力？将泉水 小心注入干燥的杯子，泉水会高出杯面，这时加一滴肥皂 液将会发生什么现象？ （2）既然表面吸附达到饱和，活性剂在溶液表面排列满 了以后，就不再吸附到表面，那么多余的表面活性剂都到 哪里去了呢？它们呈什么形式排列呢？ （3）洗衣粉、洗洁精的基本工作原理是什么呢？结合表 面活性剂在溶液表面排列的方式来考虑。 （4）为什么说洗衣粉和洗洁精等不能放太多,否则对身体 有害？
表面活性剂在固液界面的吸附作用
研究不足与展望
需要进一步研究多种表面活性剂的相互作用
目前的研究主要集中在单一表面活性剂在固液界面的吸附，而实际应用中常常涉及到多种表面活性剂的共存和相互作 用。因此，未来研究需要深入探讨多种表面活性剂在界面上的竞争吸附、协同作用和相互影响。
表面活性剂吸附与界面流变学的关联
虽然我们已对表面活性剂吸附对界面性质的影响有了一定了解，但界面流变学行为与表面活性剂吸附之间的具体关系 仍不明确。未来研究应关注这一领域，以更好地理解界面流变性质与微观结构之间的关系。
选择了几种常见的表面活性剂，如阴离子 型、阳离子型和非离子型。
制备了不同浓度的表面活性剂溶液，以便 观察浓度对吸附效果的影响。
实验设备
实验步骤
采用了原子力显微镜（AFM）和表面张力仪 等设备，以测量表面活性剂在固液界面上的 吸附情况。
先对实验材料进行预处理，然后将表面活 性剂溶液与固体表面接触一定时间，最后 对实验结果进行分析。
吸附热力学参数
通过热力学实验测定，包括表面张力、吸附量、吸附热等。
表面活性剂在固液界面的吸附动力学
吸附速率
表面活性剂在固液界面上的吸附速度取决于扩散和反 应动力学过程。
动力学模型
描述吸附速率的数学模型，如扩散模型、反应模型等。
影响因素
包括表面活性剂的性质、溶液浓度、温度和界面结构 等。
表面活性剂在固液界面的吸附模型
降低表面张力
表面活性剂在固液界面吸附后，可以 降低液体表面张力，有助于润湿、乳 化、发泡等过程。
增强分散稳定性
在固液分散体系中，表面活性剂吸附 在固体颗粒表面，形成保护膜，防止 颗粒聚集，提高分散稳定性。
提高固体表面的润湿性
通过固液界面吸附，表面活性剂能够 改变固体表面的润湿性，使其易于被 液体润湿。
表面活性剂在溶液表界
（二） 表面活性剂的Gibbs吸附公式及 表面吸附量的计算
（1）由于表面活性剂溶液的浓度一般很小，表2.1中均用 浓度c代替活度。
（2）对离子型表面活性剂，加盐与不加盐时RT前面的系 数是不同的，具体应用时应特别注意。
（3）若离子型表面活性剂在水中易水解（如羧酸钠）， 其Gibbs公式较复杂，可参考有关专著。一般实际应用时 在此溶液中加入一种有共同离子（Na＋）并且有缓冲作 用的电解质（过量），则可推导出表2.1中的Gibbs简化形 式。 －d/ RT ＝(ΓR-+ΓHR)dl所占的平均面积的计算
由表面吸附量可进一步计算表面上每个吸附分子
所占的平均面积：
1016/N0
N 0 是Avogadro常数， 若 的单位 ， mo/lcm2 A的单 位为Å2。
4 饱和吸附量及吸附分子极限面积
lgc 曲线的直线部分对应于表面吸附达到饱和， 因此若以 lgc 曲线的直线部分的斜率计算出的吸 附量即为饱和吸附量，用 m 表示。由饱和吸附量 m 计算的分子平均面积即为吸附分子极限面积，即 吸附分子所占的最小面积，用 Am表示。
2.2.1 总吸附量
测定溶液各组分浓度按比例改变时的表面张力曲线， 用任意溶质的浓度或总浓度作曲线，再用前述方 法算出体系的总吸附量。
2.2.2 单组分吸附量
欲求一种表面活性剂（i）的吸附量Γi，可固定其它 表面活性剂的浓度，即配制只有一种溶质（i）的 浓度改变，其余溶质（j）浓度皆保持恒定的系列 溶液，测定曲线，自此求得分吸附量。
（三） 表面活性剂在溶液表面上的吸附 等温线及标准吸附自由能的计算
1 吸附等温线及其测定
测定恒温时不同浓度溶液的表面张力,应用Gibbs 公式求得吸附量,作曲线 c，即得吸附等温线。
韦老师-实验二表面活性剂在固-液界面吸附量的测定_表面及胶体化学
实验二表面活性剂在固-液界面吸附量的测定一、实验目的：1.了解固体-溶液界面的吸附作用。
2.掌握测定十二烷基苯硫酸钠在高龄土上的吸附量的方法。
二、基本原理：多孔性、比表面较大的固体吸附剂。
入高龄土、活性炭、硅胶在溶液中皆有较强的吸附能力。
这种吸附能力常用吸附量来表示，吸附量可以根据吸附前后溶液浓度的变化来计算。
即：mV CCO )(-=Γ式中Γ为吸附量，通常指每克吸附剂上吸附物质的摩尔数；C O为吸附前溶液的浓度；C为吸附平衡时溶液的浓度V为溶液的体积；m为吸附剂的重量。
本实验所采用的方法是静吸附实验的方法，所谓静吸附实验。
是把一定量的吸附剂固体颗粒与一定体积的表面活性剂溶液(通常是硫酸盐溶液)一起放在玻璃烧杯中或三角烧瓶中，在规定的温度下振荡一定时间。
当达到吸附平衡后结束振荡，并把溶液连同固体一起在离心机中离心一段时间，然后将矿物层以上的液体取出并彻底混合后，分析上层清液中硫酸盐的浓度。
最后，根据最初和最后的浓度差计算表面活性剂的吸附量。
测定表面活性剂浓度的方法是对抗作用滴定法。
这种滴定法取决于滴定剂阳离子表面活性剂与亚甲基兰指示剂-阴离子表面活性剂的络合物的定量反应。
阴离子表面活性剂与碱性染料(如亚甲基兰)易形成色络合物，这种络合物溶于有机溶剂(如氯仿)并使之着色。
当滴入阳离子表面活性剂如溴代-十六烷基三甲基铵时，它与这种络合物的反应生成阳离子表面活性剂-阴离子表面活性剂的络合物，而游离出亚甲基兰。
这些游离的亚甲基兰转入水相并使之着色，当两相色密度相同时取为滴定终点。
三、仪器和药品：1.仪器：振荡机、离心机、250ml具塞锥形瓶一个；150ml具塞锥形瓶二个；25ml、20ml和15ml移液管各一支。
2.药品：亚甲基兰指示剂；溴代十六烷基三甲基铵溶液(0.005M)；十二烷基苯硫酸钠溶液；高龄土；氯仿(CHCl3)四、实验步骤：1.称取一克高龄土，放入干燥的250ml具塞锥形瓶中，加入100ml十二烷基苯硫酸钠溶液，摇匀后，在振荡机上振荡15分钟达到吸附平衡。
表面活性剂水溶液的特性
表面活性剂水溶液的特性1、表面活性剂在界面上的吸附表面活性剂分子中具有亲油基和亲水基，为两亲分子。
水是强极性液体，当表面活性剂溶于水中时，根据极性相似相引﹑极性相异相斥原理，其亲水基与水相引而溶于水，其亲油基与水相斥而离开水，结果表面活性剂分子（或离子）吸附在两相界面上，使两相间的界面张力降低。
表面活性剂分子（或离子）在界面上吸附越多，界面张力降低越大。
2、吸附膜的一些性质吸附膜的表面压力：表面活性剂在气液界面吸附形成吸附膜，如在界面上放置一无摩擦可移动浮片，以浮片沿溶液面推动吸附质膜，膜对浮片产生一压力，此压力称为表面压力。
表面黏度：与表面压力一样，表面黏度是由不溶性分子膜表现出的一种性质。
以细金属丝悬吊一白金环，令其平面接触水槽的水表面，旋转白金环，白金环受水的黏度阻碍，振幅逐渐衰减，据此可测定表面黏度，方法是：先在纯水表面进行实验，测出振幅衰减，然后测定形成表面膜后的衰减，从两者的差值求出表面膜的黏度。
表面黏度与表面膜的牢固度密切有关，由于吸附膜有表面压力和黏度，它必定具有弹性。
吸附膜的表面压力越大，黏度越高，其弹性模量就越大。
表面吸附膜的弹性模量在稳泡过程中有重要意义。
3、胶束的形成表面活性剂的稀溶液服从理想溶液所遵循的规律。
表面活性剂在溶液表面的吸附量随溶液浓度增高而增多，当浓度达到或超过某值后，吸附量不再增加，这些过多的表面活性剂分子在溶液内是杂乱无章的，抑或以某种有规律的方式存在。
实践和理论均表明，它们在溶液内形成缔合体，这种缔合体称为胶束。
临界胶束浓度：表面活性剂在溶液中形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。
4、亲水亲油平衡值HLB是hydrophile lipophile balance的缩写，表示了表面活性剂的亲水基团和亲油基团具有的亲水亲油平衡值，即表面活性剂HLB值。
HLB值大，表示分子的亲水性强，亲油性弱；反之亲油性强，亲水性弱。
HLB值是个相对值，故在制定HLB值时，作为标准，规定无亲水性能的石蜡的HLB值为0，而水溶性较强的十二烷基硫酸钠的HLB值为40。
表面活性剂在界面上的吸附
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，可固定其它 表面活性剂的浓度，即配制只有一种溶质(i)的浓 度改变，其余溶质浓度皆保持恒定的系列溶液， 测定γ- lgc曲线， 自此求得分吸附量。
表面活性剂在气 液界面的吸附
2 (1)
其意义为：相应于相同量的溶剂时，表面层中单位面积上 溶质的量比溶液内部多出的部分，而不是单位面积上溶质 的表面浓度。
m( 0 ) A(1 )
表列出他们的一些典型的结果，并与应用Gibbs吸附公式 自表面张力曲线计算的数值相比较。
表面活性剂在气 液界面的吸附
表面活性剂在气 液界面的吸附
3.吸附分子所占的平均面积的计算
由表面吸附量可进一步计算表面上每个吸附分子 所占的平均面积。
A 1/ N 0
表面活性剂在气 液界面的吸附
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 5. 饱和吸附层的厚度 从Гm可以求出饱和吸附层的厚度：
3.1.1 吸附的表征-表面过剩和吉布斯 (Gibbs)吸附公式 1. 表面过剩(Γ) 设在σ面以上(或下)的浓度
是全体一致的，而且就是体 相的浓度。如果界面上实际 溶质的量为n， α 和β 相的 溶质量分别为nα和nβ，则三 者之间的关系为：
n =nα+nβ + nσ
表面活性剂在气 液界面的吸附
浓度很稀
中等浓度
吸附趋于饱和
表面活性剂在气 液界面的吸附
表面活性剂在气 液界面的吸的吸附等温线及标 准吸附自由能的计算 1.吸附等温线 测定恒温时不同浓度溶液的表面张力，应用吉布 斯公式求得吸附量Γ，作Γ-c曲线，即得吸附等 温线。 表面活性物质在液体表面层吸附已经很多实验证 明是单分子层吸附，因此可用朗格缪尔 (Langmuir)单分子层吸附方程描述。
表面活性剂及其在界面上的吸附与团聚
表面活性剂及其在界面上的吸附与团聚摘要:本文介绍了表面活性剂分子结构和分类,叙述了表面活性剂在界面的吸附方式、吸附影响因素和吸附对固体表面的影响,同时概述了表面活性剂的催化促进和增溶作用。
关键词:表面活性剂界面吸附团聚表面活性剂是在低浓度条件下使体系的存在状态和界面性质发生显著变化的一类物质[1]。
表面活性剂同时具有亲水和亲油的特性,其分子中包含极性基(亲水疏油)和非极性基(疏水亲油),分别分布于表面活性剂分子的两端,从而构成不对称结构。
因此,表面活性剂能在各种不同的界面上发生吸附作用,而使界面的存在状态发生变化。
1 表面活性剂分子结构和分类表面活性剂分子结构各不相同,品种众多。
总体来看,表面活性剂是在烃化合物分子基础上加上极性取代基而形成的。
按其能否解离以及解离后所带电荷类型的不同,可将表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性表面活性剂[2]。
2 表面活性剂在界面的吸附表面活性剂能在不同类型界面上产生吸附作用,而使原来的界面状态发生变化。
此外,当表面活性剂在溶液中的浓度大于某一特定值时,表面活性剂可通过疏水作用(非极性基团)而缔合成胶束。
2.1 吸附方式受其化学结构形式、溶剂特性和吸附剂的表面性质的影响,表面活性剂在固液界面上的吸附方式一般包括以下几种:(1)离子交换吸附:电离形成的表面活性离子取代吸附反离子而产生的吸附作用;(2)氢键吸附:表面活性剂离子或分子与极性基团所形成氢键而在固体表面上吸附;(3)离子对吸附:离子吸附于未被反离子“占有”的反电荷固体表面上;(4)π电子吸附:表面活性剂表面的强电性位置与具有π电子键的分子产生的吸附;(5)憎水作用吸附:吸附于固体表面的表面活性剂以团聚的状态存在;(6)化学作用吸附:固体表面与表面活性剂的活性基团通过化学键而形成的吸附;(7)色散力吸附:其存在于所有的吸附中,且随分子的增大而增大。
2.2 表面活性剂吸附的影响因素在固体表面上表面活性剂吸附的影响因素主要包括以下几种:(1)温度:离子型和非离子型表面活性剂的吸附受温度的影响不同。
表面活性剂在固液界面的吸附解读
表面活性剂在固液界面的吸附方式
（1）离子交换吸附
固体表面的反离子被同电荷符号的表面活性剂离子取代而引起的吸附。
（2）离子配对吸附 固体表面未被反离子占据的部位与表面活性剂离子因电性作用而引 起的吸附。
（3）形成氢键引起的吸附 固体表面和表面活性剂的某些基团间形成氢键而引起的吸附。
（4）疏水作用引起的吸附 疏水作用引起的吸附表面活性剂的疏水基间相互作用以及逃离水 的趋势，使得表面活性剂达到一定浓度后会以相互缔合状态吸附。
a) 如果表面活性剂在溶液中的浓度达不到疏水缔合的浓度范围， 即只发生单体吸附，则吸附等温线为L型。
b) 如果表面活性剂的疏水效应强，在低浓度时就可疏水缔合，则单 体吸附和疏水效应在同一浓度区发生，吸附等温线也将是L型。
c) 如果表面活性剂与固体表面的相互作用较弱，或固体的表面吸附 位少，则第一阶段的单体吸附量少，吸附等温线第一平台几乎不出 现，则等温线呈S型。
（5）π电子极化引起的吸附 表面活性剂分子中富电子芳环与固体表面强正电子位之间的作用而引 起的吸附。 （6）色散力引起的吸附 固体与表面活性剂之间因范德华力引起的吸附。这类机制的吸附量 随表面活性剂分子量增加而增加。 （7）化学键力引起的吸附 如果被吸附物中含具有孤对电子的原子，例如N、O、P、S等， 它们可与某些金属原子形成共价键，即发生化学吸附。
（5）无机盐的影响
a ) 无机盐溶液中加入中性无机盐，会使离子型表面活性剂在固 体上更易吸附，最大吸附量也会有所增加。这是因为：一方面 无机盐的存在压缩双电层，被吸附的表面活性剂离子间斥力减 小，可排列更紧密；另一方面是可以降低表面活性剂的CMC， 利于吸附进行。
b ) 阴、阳离子型表面活性剂混合后，吸附量比单个表面活性剂 明显增加。
表面活性剂在溶液中的表面活性
（d）表示浓度已大于临界胶束浓度时的表面活性剂分子状态。 此时再增加表面活性剂，水溶液表面已形成了单分子膜，空气 和水的接触面不会再缩小。因此也就不能再降低表面张 力了。而胶束不断增加，由球状变为棒状，再到层状等。
作
问答题：
业
1、影响表面活性剂在界面吸附的因素有哪些， 如何影响？
2、解释：表面活性剂在溶液中如何维持自身 稳定状态？
度达到一定程度后，吸附量不再增加，而趋于恒
定，此时称饱和吸附，极值称饱和吸附量Γ
∞
。
了解：
对离子型表面活性剂，表面活性离子在表面形成定向排列 的、带电的吸附层后，在其电场作用下，反离子被吸引，一部 分进入吸附层（固定层），另一部分以扩散形式分布，形成双 电层结构。
二、影响吸附的因素
1、亲水基 亲水基小者，分子横截面积小，饱和吸附量大。 非离子型表面活性剂饱和吸附量大于离子型。 2、疏水基 疏水基小者，分子横截面积小，饱和吸附量大。
(b)
溶液
稳定化
稳定化
(a)
(c)
（c）表面活性剂浓度逐渐升高。水溶液表面聚集了足够 量的表面活性剂，并毫无间隙地密布于液面上形成单分 子膜，此时空气与水完全处于隔绝状态。如再提高浓度， 则水溶液中的表面活性剂分子就各自以几十、几百地聚
集在一起，排列成憎水基向里，亲水基向外的球状胶束。
此为正规的胶束。表面活性剂形成胶束的最低浓度叫临 界胶束浓度（cmc）。
4、cmc的物理意义
表面活性剂溶液的浓度只有稍高于它的临界胶 束浓度时，才能充分显示其作用。 润湿、渗透作用，只需界面吸附，浓度稍高于 cmc即可显示效果。 乳化、分散、增溶、净洗，需大量胶束起作用， 浓度需超过cmc较多。
5、临界胶束浓度的测定 表面张力法
表面活性剂吸附原理
表面活性剂吸附原理
表面活性剂的吸附原理是指当表面活性剂与溶液接触时，在表面活性剂与溶液分子之间会发生一系列的物理和化学作用。
一方面，表面活性剂的分子结构可以分为亲油基团和亲水基团，其中亲油基团可以吸附在油性物质中，而亲水基团则能够吸附在水分子中。
这使得表面活性剂的分子在溶液中能够自组装为不同类型的聚集体，如胶束、膜片等。
另一方面，表面活性剂的分子在溶液中会受到溶液中其他分子的作用力的影响。
例如，亲水基团能够与溶液中的水分子形成氢键等强的相互作用，使表面活性剂分子在水相中形成排列有序的结构。
吸附过程中，表面活性剂的分子会在溶液表面层附着，并形成一个分子层，即为吸附层。
在这个过程中，表面活性剂的分子能够调节溶液表面的性质，如表面张力、界面活性等。
同时，吸附层的形成也会导致溶液表面的密度和粘度发生变化。
总的来说，表面活性剂的吸附原理是通过其分子结构的亲油基团和亲水基团的相互作用，以及与溶液中其他分子的相互作用，使其能够在溶液表面形成分子层，从而调节溶液表面性质的过程。
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➢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。
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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。
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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
➢ 3. Gibbs公式验证：
➢ 20世纪30年代，McBain和他的学生们精心设计了一个装 置，让一个刀片以每秒钟11m的速度从溶液表面刮下一薄 层液体，其厚度大约为0.1mm。
➢ 根据被刮下液体的质量m和溶质的质量分数ω，以及原用
3.1 表面活性剂在气-液界面的吸附
3
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
➢1. 表面过剩(Γ)
设在σ面以上(或下)的浓度 是全体一致的，而且就是体 相的浓度。如果界面上实际 溶质的量为n， α 和β 相的 溶质量分别为nα和nβ，则三 者之间的关系为：
n =nα+nβ + nσ
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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
➢1. 表面过剩(Γ)
nσ = n –(nα+nβ)
nσ表示在表面相某一平面ss’上溶质的过剩
量，如果该表面相的面积为A，则单位面积上
溶质的过剩量可表示为：
n ＝Γ
A
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3.1 表面活性剂在气-液界面的吸附
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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 ➢ 1. 表面活性剂在溶液表面吸附时的Gibbs公式
应用公式的注意事项
(1).由于表面活性剂溶液的浓度一般很小，表中均用浓度c 代替活度a。
(2).对离子型表面活性剂，加盐与不加盐对RT前面的系数是 不同的，具体应用时应特别注意。
溶液溶质的质量分数ω 算出表面吸附量：
0和刮过的液面面积A，可按下式计
(1) 2
m( 0 ) A(1 )
➢ 表列出他们的一些典型的结果，并与应用Gibbs吸附公式 自表面张力曲线计算的数值相比较。
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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 ➢ 3. Gibbs公式验证：
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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 ➢ 1. 表面活性剂在溶液表面吸附时的Gibbs公式
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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 ➢ 1. 表面活性剂在溶液表面吸附时的Gibbs公式
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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 ➢ 1. 表面活性剂在溶液表面吸附时的Gibbs公式 ➢ 表面活性剂溶液的浓度一般很小，可用浓度代替活度，由
此可得出表面性剂的吸附通式：源自 d RTid ln ci
➢ 由此可推出各类单一和混合表面活性剂的吸附公式。
➢ 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
附量那样易于直接测量。通常通过表面张力测定结果来推 算。 ➢ 1875年，Gibbs用热力学方法推导出表面张力、溶液浓 度和吸附量之间的关系，是各种计算的基础。
(3).若离子型表面活性剂在水中易水解，其Gibbs公式较复 杂，可参考有关专著。
(4).对正离子型和负离子型表面活性剂混合物(1:1等摩尔混 合)，由于表面吸附层中两种表面活性离子的电性自行中 和，表面上的扩散双电层不复存在，故在一定范围内，无 机盐的加入对溶液的表面张力没有影响。
(5).应该注意公式中各量的单位。 15
➢ 3.1.1 吸附的表征-表面过剩和吉布斯(Gibbs)吸 附公式
➢ 1. 表面过剩(Γ) ➢ 意义： ➢ 其意义是若自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 质比内部所多的摩尔数，单位为mol/cm2。 ➢ ①Г是过剩量； ➢ ② Г的单位与普通浓度的不同； ➢ ③ Г可以是正的，也可是负的。
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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
➢ 2. Gibbs吸附公式
d RT
id ln ai
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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
➢ 2. Gibbs公式－两组分体系：
d
RT
1d ln a1
2d ln a2
➢ 1表示溶剂，2表示溶质
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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 ➢ 2. Gibbs公式－两组分体系：
➢ 若在分界面处Г1=0，则
(1) 2
1 RT
d
d
ln a2
➢ 其意义为：相应于相同量的溶剂时，表面层中单位面积上 溶质的量比溶液内部多出的部分，而不是单位面积上溶质 的表面浓度。
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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 ➢ 1. 表面过剩(Γ) ➢ 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。