5-第五章-液液界面

（a）铺展
（b）收缩成透镜
当两种液体接触后，它们会 相互溶解并饱和，使各自的
表面张力发生变化。即a变为 a′ 、 b变为b′ ，而ab也会变 为 ab′。
起始铺展系数：Sa/b = b－ (a + ab)
终止铺展系数：Sa/b′= b′－ (a′ + ab′)
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二、液体的铺展
2、液液铺展现象的研究意义
电的沥青乳状液液滴，并使其破乳，水分
蒸发后沥青将砂石粘连在一起。
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六、乳状液的应用
5、纺织与制革工业
天然纤维与人造短纤维在纺前要用油剂处理，合成纤维在纺纱 、织布时也要施用油剂，以增加纤维的机械强度、减少摩擦和 增加抗静电性能等。在实际使用时，为了节省油剂，都加水配 成O/W型乳状液使用。 在皮革鞣制、鞣后处理的上油、填充和修饰工序中常用乳状液 。其工序是将油脂、高聚物等挤入皮革纤维或粒面层，从而提 高皮革的牢固度、柔软性和拉伸性能。
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五、微乳状液
微乳状液：液滴直径较小（在10nm~200nm之间）的乳状液 称为。其外观为半透明或透明状。类型也可有W/O及O/W型 两种。例，机械的切削油、干洗油、磨床油等。
形成机理：SAA胶团溶液对油或水的增溶作用，从而形成了 胶团溶液——即微乳状液。
稳定性：比乳状液要稳定得多。且有激烈的Brown运动。故 应是稳定系统，但是否为热力学上的稳定系统，尚有争论。
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一、乳状液的类型
乳状液（emulsion）：由两种（或两种以上）不互溶或部分互溶 的液体形成的分散系统。其分散相粒子粒径一般在0.1~50μm。
奶
农
药
乳
化
含水原油、原油破乳
乳化（emulsification）：油水 混合生成乳状液的过程。
破乳（deemulsification ）：破 坏乳状液，使油水分离的过程。
液滴半径
越小越不易分层
液体的粘度 越大越不易分层
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四、乳状液的分层、变型和破乳 2、变型（inversion）
O/W型变成了W/O型或相反的过程。
用钠皂稳定的乳状液是O/W型，加入足够量的二价阳离子（Ca2+ 、Mg2+）或三价阳离子（Al3+）能使乳状液变为W/O型。
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四、乳状液的分层、变型和破乳
内聚力与粘附力的相对大小，致使液体浸润固体或不浸润固体。 4
一、液液界面的形成
1、粘附
两种液体进行接触，各失去自己的气液界面而形成液液界面
的过程。
粘附功WS在数值上等于该变
a
a
化过程表面自由能变化值的负
b
b
值，即：
WS = a＋ b－ ab
a、 b、 ab分别为单位面积上
a液体、b液体及ab两种液体 的界面自由能。
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知识点——第五章
1.掌握液液界面的形成途径及判据。 2.理解起始铺展系数与终止铺展系数，了解液液铺展研究的意义。 3.掌握乳状液的类型、鉴别方法及影响其稳定性的因素。 4.了解乳状液的物理性质及分层、变型、破乳的概念。 5.了解乳状液的应用。
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来自百度文库
分散过程
△G = nab － a ≈ nab
分散总是处于热力学不稳定状态。
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一、液液界面的形成
3、铺展
一种液体在另一种液体上展开，使后者原有的气液界面被两者间 的液液界面取代，同时还形成相应的第一种液体的气液界面的过 程。
a
b
铺展过程
铺展系数S在数值上等于该变化
若Sa/b ≥0，即：b> a + ab，
0.0728－(0.0508＋0.0218)＝ +0.0002
0.0728－(0.0085＋0.0275)＝ +0.0368
不能在水面上铺展 仅能在纯水面上铺展 能在污染水面上铺展
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二、液体的铺展
1、起始铺展系数与终止铺展系数
但有时也会发现，有的液体，比如苯，滴在水面上先迅速展开 ，然后又自动收缩为小液滴漂浮在水面上。
过程表面自由能变化值的负值， 则△G≤0，液体可在另一种液
即：
Sa/b = b－ (a + ab)
体表面自动展开。大多数表
面张力较低的有机物可以在
水面上铺展。
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一、液液界面的形成
几种有机液体在水面上的铺展系数
液体
S/(N·m-1)
结论
正十六烷 正辛烷 正辛醇
0.0728－(0.0524＋0.0300)＝ -0.0093
第五章 液液界面
两种不混溶的或不完全混溶的液体互相接触所形成的界面 即液液界面。
油膜
奶
农
药
乳
化
萃 取 分 离
含水原油、原油破乳
红 细 胞
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第五章 液液界面
§5-1 液液界面的形成 §5-2 液液界面张力的现代理论 §5-3 超低界面张力 §5-4 液液界面上的吸附 §5-5 乳状液
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一、液液界面的形成
应用：石油的三次开采。
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六、乳状液的应用
1、控制反应
许多化学反应是放热的，反应时温度激剧上升，能促进副反应 的发生，从而影响产品质量。将反应物制成乳状液分散成小滴 后，在每个小滴中反应物数量较少，产生热量也少，并且乳状 液的面积大，散热快，因而温度易于控制。 高分子化学中常使用乳液聚合反应（如合成橡乳），以制得较 高质量的产品。
辽河沈阳油田稠油雕塑的石油人
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天然沥青
降 粘 后 沥 青
六、乳状液的应用
4、沥青的乳化降粘
沥青的粘度很大，不便
于在室温下直接用于铺
路面。若用阳离子型乳
化剂将其制成O/W型乳
状液，则表观粘度大大
降低，并改善了对砂石
世界上最长的实验室实验 的润湿性，操作简便。
比较有效的是阳离子型表面活性剂。这主
要是因为砂石表面荷负电，易于吸引荷正
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六、乳状液的应用
6、乳化食品
牛乳和豆浆是天然O/W型乳状液，其中的脂肪以细滴分散在水中 ，乳化剂均是蛋白质，故它们易被人体消化吸收。根据这一道 理，人们制造了“乳白鱼肝油”，它是鱼肝油分散在水中的一 种O/W型乳状液。由于鱼肝油为内相，口服时无腥味，便于儿童 服用。日常生活中的冰淇琳、人造奶油以及营养豆奶等大多是 W/O或O/W型乳剂。冰淇琳由奶油、椰子油等原料与水乳化而成 。人造奶油不含动物脂肪中易引起心血管疾病的胆固醇，且成 本低，广泛用于糕点行业。这些食品中所用的乳化剂多为甘油硬脂酸酯、蔗糖酯等。
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一、乳状液的类型
2、乳状液类型的鉴别方法 （1）染料法 将少量油溶性染料加入乳状液中，轻轻摇动之。若整个乳状液 皆是染料的颜色，则是W/O型乳状液；若只是液珠呈染料之色， 便是O/W型乳状液。
内相被染色，O/W型
外相被染色，W/O型
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一、乳状液的类型
同理，也可用水溶性染料测定乳状液的类型。 常用的油溶性染料有苏丹红等，水溶性染料有甲基橙、刚果红等。
（1）界面膜的性质 界面膜的机械强度越大，乳状液越稳定。
（2）界面张力 界面张力越小，乳状液越稳定。
（3）界面电荷的排斥作用 界面电荷越多，乳状液越稳定。
（4）分散相粘度 分散相粘度越大，乳状液越稳定。
（5）两相密度差 密度差越小，乳状液越稳定。
（6）液滴尺寸范围
液滴尺寸范围越窄，乳状液越稳定。
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一、乳状液的类型
（3）电导法 多数油是不良导体，水是良导体。所以，O/W型乳状液 的电导比W/O型大的多。测定乳状液的电导就可判别其 类型。 但由于影响的因素较多，如乳化剂的类型、相体积等， 所以该法虽简便，但不十分准确。 除以上三种方法外，还有折射率法、荧光法、润湿滤纸 法等。实际测定时，往往采用几种方法，以便得到可靠 结果。
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二、乳状液的物理性质
（1）液滴大小和外观
由于制备方法不同，乳状液中液滴的大小也不尽相同。不同 大小的液滴对入射光的吸收、散射也不同，从而表现出不同 的外观。
液滴大小 /μm ≥1 1
0.1 ~ 1
0.05 ~ 0.1 0.05
外观
可分辨出两相 乳白色 蓝白色 灰色半透明 透明
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二、乳状液的物理性质
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六、乳状液的应用
2、农药乳剂
将杀虫药、灭菌药制成O/W型乳剂使用，不但药物用量少，而且 能均匀地在植物叶上铺展，提高杀虫、灭菌效率。也有将农药 与乳化剂溶在一起制成乳油的，使用时配入水中即成乳状液。
农 药 乳 化
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六、乳状液的应用
3、稠油的乳化降粘
实验室操作稠油
我国不少地区的原油是稠油，粘度高 到常温下是固体，甚至可以雕刻成艺 术品。当粘度大于2Pa·s时，用抽油 机无法抽取。乳化降粘是解决办法之 一，即在抽油井的套管环形空间注入 一定量的表面活性剂溶液，使其与稠 油混合形成不太稳定的O/W型乳状液， 原油粘度即大为降低，不但能用抽油 机抽出，而且还能在管线中输送到集 油站进行下一工序处理。
彩色胶卷生产中感光乳液的涂布
扑灭油类火灾的“轻水”灭火剂
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第五章 液液界面
阅读
§5-1 液液界面的形成 §5-2 液液界面张力的现代理论 §5-3 超低界面张力 §5-4 液液界面上的吸附 §5-5 乳状液
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第五章 液液界面
§5-1 液液界面的形成 §5-2 液液界面张力的现代理论 §5-3 超低界面张力 §5-4 液液界面上的吸附 §5-5 乳状液
粘附过程
若WS≥ 0，则△G≤ 0，粘附过程可自
发进行。根据Antonoff规则(ab = a
－b )，Ws = 2b>0，所以一般情况
下，粘附总是可以自动发生。
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一、液液界面的形成
2、分散
一种大块的液体变成为小滴的形式存在于另一种液体之中的过
程，只形成液液界面。
a b
若大块液体的总面积为单 位面积，则在恒温恒压下， 此过程所引起的体系自由 能的变化为：
内聚力（the cohesion value)：同种物质内部相邻各部分之间 的相互吸引力。
等温、等压条件下，两个单位液面可逆 聚合为液柱所作的最大功称为内聚功WC， 是液体本身结合牢固程度的一种量度。 内聚时两个单位液面消失，所以，内聚 功在数值上等于该变化过程表面自由能 变化值的负值：
WC = －△G = － (0－ 2LG ) = 2LG
牛 奶 脱 脂 制 奶 油
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一、乳状液的类型
1、乳状液的分类
乳状液中，一切不溶于水的有 机液体（苯、四氯化碳、原油 等）统称为“油”，用“O” 表示。根据分散相与连续相的 不同，可分为三大类：
水包油，O/W（水为连续相，油为分散相）
乳状液 油包水，W/O（油为连续相，水为分散相）
多重型，例，W/O/W、 O/W/O
检验水包油乳 状液
加入水溶性染料如 亚甲基蓝，说明水 是连续相。
加入油溶性的染料 红色苏丹Ⅲ，说明 油是不连续相。
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一、乳状液的类型
（2）稀释法 乳状液能为其连续相液体所稀释。 水加到O/W型乳状液中，乳状液被稀释；若水加到W/O型 乳状液中，乳状液变稠甚至被破坏。 如牛奶能被水稀释，所以它是O/W型乳状液。 在低倍数显微镜下作此实验，观察的会更清楚。
四、乳状液的分层、变型和破乳
分层、变型和破乳，是乳状液不稳定性的三种表现方式。
1、分层（creaming）
一种乳状液变成了两种乳状液，一层中分散相比原来的多， 另一层中相反。
牛奶的分层是常见的现象，它的上层是奶油，在上层中乳脂 约占35%，在下层中约为8%。
影响分层的因素：
两相密度差 越小越不易分层
（2）光学性质
乳状液中分散相和分散介质的折光指数不同，当光线如射到 液滴上时，有可能发生透射、反射或散射等现象，这取决于 分散相粒径大小。
d 远大于λ d 远小于λ d 略小于λ
反射 透射 散射
此外还包括粘度和电导方面的性质。
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三、影响乳状液稳定性的因素
乳状液是热力学不稳定体系，影响乳状液稳定性的因素包括：
3、破乳（demulsification）
破坏乳状液，使油水分离的过程。
破乳的机理： 絮凝：此过程中，连续相在液滴与界面间排泄出来，分散相 的液珠聚集成团。 聚结：此过程中，界面膜发生破裂，各个团合成一个大滴， 导致液滴数目的减少和乳状液的完全破坏。 工业生产中常遇到破乳问题，如采出的原油是W/O型乳状液，必 须破乳脱水后才能进炼油厂加工。