5-第五章-液液界面
第5章-水环境中的界面过程(吸附)1
界面：两不同相之间旳接触面，例：气—液
界面，油—水界面，粘土—水界面
相：指体系中物理性质和化学性质完全相同旳
均匀部分。
主要内容
5.1 天然水体中旳胶体物质 5.2 固液界面旳吸附过程 5.3 水-固体系中旳分配过程 5.4 挥发作用
一般来说，悬浮沉积物是以矿物颗粒，尤 其是粘土矿物为关键骨架，有机物和金属 水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为 各微粒间旳粘附架桥物质，把若干微粒组 合成絮状汇集体
5.2 固液界面旳吸附过程
1.胶体粒子旳性质
胶体有极大旳比表面 胶体旳表面电荷
胶体旳表面电荷
（1）表面电荷可来自表面旳化学反应
胶体粒子旳重力沉降
对于球形颗粒体在静止水体中旳沉降速率 可用斯托克斯定律描述。
4.胶体颗粒凝聚动力学
要实现凝聚，颗粒之间必须发生碰撞，同 步存在动力学和动态学方面旳条件
根据碰撞过程旳不同，有三种情况：
1）异向絮凝：由颗粒物旳热运动即布朗运动引起；
2）同向絮凝：由水流运动过程产生旳速度梯度引 起，在剪切力旳作用下使颗粒物产生不同速度而 发生碰撞；
3）差速沉降絮凝：由重力作用引起，因为颗粒物 旳密度、粒径、形状等不同使颗粒物旳沉降速度 不同而发生碰撞。
稳定；
引入电解质到足够旳浓度， 电势绝对值变化到大约
是0.03V时，胶体微粒就会开始明显汇集，而且电解质 中影响旳离子价数越高，所起旳凝聚作用越强。
3.胶体粒子旳凝聚沉降
从化学热力学角度看，胶体系统是高度分 散旳，因而是一种不稳定体系。
这种体系有降低表面能，趋于稳定旳自发 倾向，而降低表面能可经过胶粒发生凝聚 和吸附这两种基本过程来实现。
材料物理化学-第五章 表面与界面
湖南工学院
④n↑或↓ 三、吸附与表面改性 吸附：新鲜的固体表面能迅速地从空气中吸附气体或其它物质来降低其表面能。吸附是 一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面现象。 表面改性：通过改变固体表面结构状态和官能团。 表面活性剂：降低体系的表面（或界面）张力的物质。
5.3 无机材料的晶界与相界
液体
开 the contact 两相的化学性能或
F 为润湿张力，θ为润湿角（接触角 angle），由于 所以，润湿先决条件是γSV>γS或γSL很小，当固液 化学结合方式很接近时，是可以满足这一要求。
材料物理化学
固
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改变γSV——减少氧化吸附膜； 改变γSL——两相组成相似； 改变γLV——液体中加入表面活性剂 ⑶浸渍润湿 浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。
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第五章
表面与界面
表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶。这就使物体表面呈现一系列特殊的性 质。高分散度物系比低分散度物系能量高得多，必然使物系由于分散度的变化而使两者在物 理性能（如熔点、沸点、蒸气压、溶解度、吸附、润湿和烧结等）和化学性质（化学活性、 催化、固相反应）方面有很大的差别。随着材料科学的发展，固体表面的结构和性能日益受 到科学界的重视。随着近年来表面微区分析、超高真空技术以及低能电子衍射等研究手段的 发展，使固体表面的组态、构型、能量和特性等方面的研究逐渐发展和深入，并逐渐形成一 门独立学科——表面化学和表面物理。 表面与界面的结构、性质，在无机非金属固体材料领域中，起着非常重要的作用。例如 固相反应、烧结、晶体生长、玻璃的强化、陶瓷的显微结构、复合材料都与它密切相关。 表面：—个相和它本身蒸汽（或真空）接触面称之。 界面：—个相与另一个相（结构不同）接触的分界面称之。 相界：指具有不同组成或结构的两固相间的分界面。 晶界：是指同材料相同结构的两个晶粒之间的边界。 习惯上把液-气界面、固-气界面称为液体表面和固体表面。表面可以由一系列的物理化 学数据来描述（表面积、表面组成、表面张力、表面自由能、熵、焓等），表面与界面的组 成和结构对其性能有着重要的影响。 表面与界面起突出作用的新型材料，如薄膜、多层膜、超晶格、超细微粒与纳米材料等 发展如日中天。
液-液界面反应 -回复
液-液界面反应-回复液液界面反应是指在两种液体相接触的界面上发生的化学反应。
这种反应通常发生在两种互不溶的液体混合的情况下，具有重要的实际应用价值。
本文将一步一步回答有关液液界面反应的问题，以帮助读者更好地理解和应用这一概念。
第一步：了解液液界面反应的基本概念液液界面反应是指在液体相接触的界面上发生的化学反应。
这一概念最早由德国化学家奥斯瓦尔德提出，并在德国化学家纳奥恩和英国化学家纳维尔的研究中得到了进一步发展。
液液界面反应的最大特点是，反应发生在两种互不溶的液体相接触的界面上，体现了界面的特殊性质和活性。
第二步：理解液液界面反应的原理液液界面反应的原理可以从两方面解释：界面活性物质和界面反应速率。
界面活性物质是一类可以积聚在液液界面上的物质，其作用是降低表面张力，促进两液体相接触并发生反应。
同时，界面活性物质还可以形成微泡或胶体等，提供更大的反应界面积。
而界面反应速率则与界面的特殊结构有关，液液界面上的分子在限制性环境下发生反应，由于界面对传质的限制作用，可以加快反应的进行。
第三步：探索液液界面反应的实际应用液液界面反应在许多领域都有重要的实际应用。
例如，界面反应可以用于制备新型功能材料，通过在液液界面上的反应，形成具有特殊结构和性能的材料，例如纳米材料、多孔材料等。
同时，液液界面反应也可以用于分离和提取研究，通过反应促进两种相的物质转移并实现分离或提取。
第四步：分析液液界面反应的动力学特征液液界面反应的动力学特征包括界面反应速率和界面反应平衡。
界面反应速率可以通过表面活性物质的浓度、反应物浓度、温度等因素来调控。
而界面反应平衡则与反应物浓度、温度和液液界面的亲疏性有关，通过改变这些因素可以调控反应达到平衡状态。
第五步：总结液液界面反应的优缺点液液界面反应具有许多优点，例如反应速度快、能耗低、产物纯度高等。
同时，液液界面反应也存在一些问题，例如界面分离困难、反应选择性有限、反应机理复杂等。
因此，在实际应用中，需要综合考虑液液界面反应的优势和局限性，采取适当的策略来优化反应条件。
第五章 固液界面培训资料
第五章固液界面第五章固-液界面要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman理论，Debye-Hukel对Gouy-Chapman公式的近似处理，Stern对Gouy-Chapman和Debye-Hukel理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。
§5.1 Young方程和接触角1、固体表面的润湿固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。
根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1所示三种情况。
2、润湿性的度量——润湿接触角θ三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。
σ和平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力lg σ之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。
液固界面张力ls Array图5-2 润湿接触角示意图接触角θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。
一般分下面三种情况：（1）θ< 90o 时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象； （2）θ= 90o时：中等，无现象；（3）θ> 90o 时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。
3、Young 方程如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有：0cos lg =-+sg ls σθσσθσσσcos lg +=ls sg （5-1）上述方程即为Young 方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。
第5章胶体溶液和表面现象
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二 高分子化合物溶液的特点
• 1、稳定性大
– 稳定的主要因素是在溶液中水化能力很强，高 分子化合物能通过氢键与水形成一层很厚的水 化膜。
• 2、粘度大 • 3、溶解的可逆性
– 高分子化合物从溶剂中分离出来以后，再加入 原来的溶剂，又能得到原来状态的真溶液。胶 体溶液一旦聚沉以后，再加入原来的分散剂不 能再形成胶体溶液。
乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质。 乳化作用：乳化剂使乳浊液稳定的作用。
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乳浊液
类型:水包油（O/W）：水是分散剂，油 是分散质。如：牛奶 油包水（W/O）：油是分散剂，水是分散质。 如：原油 乳化剂决定乳浊液的类型。
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亲水乳化剂有钾肥皂、钠肥皂、十二烷基磺酸 钠、蛋白质、动物胶等； 亲油乳化剂有钙、镁、锌二价金属肥皂，高级 醇类、石墨、碳黑等。
第五章 胶体溶液和表面现象
第一节 胶体溶液
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分散系的分类
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液。
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一、胶体溶液的性质
• （一）溶剂的光学性质——丁铎尔(Tyndall)效应
– 如果将一束强光射入胶体溶液，在光束的垂直方向 上可以看到一条发亮的光柱，这种现象称为丁达尔 效应，又称乳光效应。
• 一高分子化合物的概念
• （一）定义：高分子化合物（又称大分子 化合物）是指相对分子质量在一万以上， 甚至高达几百万的物质。
•
（二）分类：天然高分子化合物和合成高 分子化合物。
• （三）特点
液-液界面反应
液-液界面反应液-液界面反应是一种化学反应，发生在两种液体之间的接触面上。
在这种反应中，液体中的化学物质会发生转化，生成新的化学物质。
液-液界面反应广泛应用于化学工业中的合成反应、萃取分离、催化反应等领域。
这篇文章将从液-液界面反应的基本原理、实验条件、应用领域等方面进行探讨。
液-液界面反应依赖于液体之间的相互作用。
液体分子之间的相互作用主要分为两种：吸引作用和排斥作用。
当两种液体相互接触时，吸引作用和排斥作用在界面处达到平衡。
这种平衡状态是动态的，受到温度、压力、浓度等因素的影响。
当这些因素变化时，平衡状态也会发生变化，从而影响液-液界面反应的进行。
液-液界面反应的实验条件包括液体的选择、温度、压力等。
液体的选择是液-液界面反应的关键。
在选择液体时，需要考虑液体的溶解性、相容性、反应活性等因素。
温度和压力对于界面反应的速率和平衡都有很大的影响。
在一定范围内，温度越高，反应速率越快；压力越大，反应平衡越偏向生成物的一方。
因此，在实验过程中需要对这些条件进行控制，以达到最佳的反应效果。
液-液界面反应在许多领域都有广泛的应用。
在化学工业中，液-液界面反应被广泛应用于有机合成反应。
由于液-液界面反应可以提供更大的界面积，使反应物之间的反应速率更快，因此可以加快反应速度和提高产率。
此外，液-液界面反应还可以用于分离和纯化有机化合物。
通过调节不同液体界面之间的相互作用，可以使不同组分在不同界面上发生选择性反应，从而实现对目标化合物的分离和纯化。
除此之外，液-液界面反应还可以用于催化反应。
在液-液界面上，催化剂可以与反应物发生接触，加速反应速度。
液-液界面催化反应具有高选择性、高活性和高效率的特点。
例如，在连续流动反应中，液-液界面反应可以实现高效的催化转化，降低反应温度和压力，减少副反应产物的生成。
总之，液-液界面反应是一种重要的化学反应形式。
它在化学工业中的有机合成、分离纯化和催化反应等领域都有广泛的应用。
表面与界面化学-第5章(1)
5.1 液-液界面与界面张力
分散(immersion)则是一种大 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，从体系的界面结构来 看，这时只有液—液界面形 成。 和液体表面一样，液-液界面存在界面张力和界面 过剩自由能。
5.1 液-液界面与界面张力
界面张力是垂直通过液-液界面上任一单位长度，与界 面相切地收缩界面的力。液液分散体系中分散相大致 呈球形便是它的作用的结果。 界面自由能则是恒温恒压下增加单位界面面积时体系 自由能的增量。 界面张力也是根源于分子间相互作用力及构成界面两 相的性质差异，液—液界面张力与两相化学组成密切 相关，通常用γab代表界面张力，其中a和b分别代表构 成界面的两相。液-液界面张力通常也随温度升高而降 低。
Wa
AB
= N ab × ε AB
1 = × ( − ∆ H AB / N 0 ) a
5.3 表面活性剂溶液的界面张力
1、单组分表面活性剂
在两不相溶的液体体系中加入表面活性剂也会使其界面 张力降低，如正辛烷一水体系中加入十二烷基硫酸钠可以使 界面张力从50mN·m-1降至几个mN·m-1。 表面活性剂降低界面张力的能力与油相的性质有关，若 油相是饱和烃，则表面活性剂降低液—液界面张力的能力比 气液界面张力增加，如25℃时，辛基硫酸钠 （C8H17SO4Na）在空气-水界面的Пcmc=33mN·m-1，而在 庚烷—水界面上的Пcmc=39mN·m-1。如果油相是不饱和烃 或芳烃，则结果相反，即能力降低。
5.1 液-液界面与界面张力
5.1 液-液界面与界面张力
在纯净的水面上滴入一滴不溶性油，可能产生下列 三种情况之一：
(1) 油停留于水面上，形成双凸透镜的液滴，这种情况称为不铺 展。如图（b）所示。 (2) 铺展成为一薄膜，此薄膜在均匀分布于表面上形成“双重膜” 之前会产生干涉色。（“双重膜”是一厚至足以形成双界面的 薄膜，每一界面互为独立并各具特征的表面张力）。如图 （a）所示。
3.3 液液界面的性质解析
2.液—液界面张力理论
液—液界面张力的测定 （1）毛细上升法：方法简单、方便。但接触角不易测定。
（2）滴体积法：方法简单、方便。但要引入校正因子。
注意上述两种方法的有关公式中，不能忽略任一相的密度。 关于液—液界面张力的理论 液液界面张力同表面张力一样，是界面上的分子受到两边液相 分子作用力的结果。其值与两液体的表面张力有关。
D P
ab a b 2( )
D a
D 1/ 2 b
2
P a
P 1/ 2 b
D D 1/ 2 ab a b 2( a b )
液—液界面张力理论
4）吴氏倒数平均法1.Ca来自 3.Cab3 3 2 2 h a a 2.Cbb h b b 4 4 2Caa Cbb 3 h a b a b b a 2 a b Caa Cbb
液体
正一十六 烷 正一辛烷 正一辛醇
液体的铺展
若油一水之间具有相互溶解度，则应注意，达饱和之后 其铺展系数 Sf 与 Si 可能不同，甚至结论可以相反。例 如正已醇在水面上的起始铺展系数为
故在水中滴入正已醇时先在水面上铺展开来，但过一段时 间后由于相互溶解度使 γW/G 发生显著变化，达饱和时：
液体的铺展
3.2 液—液界面的性质
液体的粘附与铺展 液—液界面张力理论
表面活性剂溶液的界面张力 液—液界面上的吸附
1.内聚功(work of cohesion)
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，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。
Sf<0，不利于铺展，故出现了如上面图所示的膜又收缩成 为透镜状的情况，而在其他地方则仍铺展形成单分子层。 液液铺展现象的研究有其实用意义。如彩色胶片生产 中，要把多种感光胶液分层涂布在片基上。现在采用的是 一次涂布法，这就要求上层液体能很好地铺展在下层液体 上，为此，需调节各层液体成分，使 Sf＝0。再如，扑灭 油类火灾的灭火剂，必须要求水溶液在油上铺展。此时， 必须选择一合适的表面活性剂，使Sf>0 。
基础化学习题05
第五章胶体溶液首页难题解析学生自测题学生自测答案章后习题答案难题解析[TOP]例5-1 为什么溶胶是热力学不稳定系统，同时溶胶又具有动力学稳定性？解溶胶是高度分散的多相分散系统，高度分散性使得溶胶的比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，即聚结不稳定性。
因而是热力学不稳定系统。
另一方面，溶胶的胶粒存在剧烈的Brown运动，可使其本身不易发生沉降，是溶胶的一个稳定因素；同时带有相同电荷的胶粒间存在着静电斥力，而且胶团的水合双电层膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。
因此溶胶具有动力学稳定性。
例5-2硅酸溶胶的胶粒是由硅酸聚合而成。
胶核为SiO2分子的聚集体，其表面的H2SiO3分子可以离解成SiO32-和H+。
H2SiO3 2H+ +SiO32-H+离子扩散到介质中去。
写出硅胶结构式，指出硅胶的双电层结构及胶粒的电性。
解硅胶的结构式[（SiO2）m·nSiO32-·2（n－x）H+] 2x－·2x H+胶核表面的SiO32-离子和部分H+离子组成带负电荷的吸附层，剩余的H+离子组成扩散层，由带负电荷的吸附层和带正电荷的H+离子组成的扩散层构成电性相反的扩散双电层。
胶粒带负电荷。
例5-3 什么是表面活性剂？试从其结构特点说明它能降低溶液表面张力的原因。
解在水中加入某些溶质可使水的表面张力降低，这种使水的表面张力降低的物质叫做表面活性物质（表面活性剂）。
这种物质大都有一个亲水基团（－Ｏ）和一个疏水基团（－R）组成，且疏水基团大于亲水基团。
当溶于水溶液中时，由于表面活性剂的两亲性，它就有集中在溶液表面的倾向（或集中在不相混溶两种液体的界面，或集中在液体和固体的接触面），从而降低了表面张力。
例5-4 将适量的高分子电解质（NaP）溶液和小分子电解质溶液分别放于半透膜的两侧，初始浓度如下图所示：膜内膜外P－Na+Na+Cl－0.10mol·L+0.10mol·L+0.50mol·L-10.50mol·L-1计算达到Donnan平衡后各离子在膜两侧的浓度。
7_液液界面
食品乳化剂 • O/W
– 蛋黄酱 – 牛奶
• W/O
– 人造奶油
• 化妆品
• 除了唇膏、香粉和香波外其他几乎都是乳剂
• 破乳案例
• 石油废水
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– 结论： • 成功地估算出油酸分子大小的 上限值； • 第一次提出单分子膜概念
1891年Pockels
– 实验： • 设计一个水槽，用金属障片来压缩控制膜面积，测定表面张力变化
– 结论： • 在膜面积相当于约20埃2/分子(Pockels点)以前，脂肪酸膜表面张力变 化很小.
– 解释(1899年Rayleigh)： • Pockels点, 表面上的物质彼此紧挨着
成膜过程单分子层相变
(5)固态膜
(4)液态凝聚膜 (2)气-液平衡膜 (1)气态膜
(3)液态扩张膜
A/(nm2·molecule-1)
π-A等温线示意图
膜类型
(e)固态膜
类似、固体性质
不同物理状态下每个分子的有效面积示意图
(d)液态凝聚膜
类似液体性质 (c)液态扩张膜
(b)气-液平衡膜
A很大(A>40nm2), π很低， 类似理想气体
2017/5/1
应用之四--降低水分蒸发速度
危害--水环境污染
有机物性质
沸点, 密度, 热容, 闪点, 蒸气压, 挥发性 光解速率, 离解常数, 气化热, 扩散系数, 导热系数, 折光率 生物降解速率, 生物浓缩因素, 活度系数 在水中溶解度, 辛醇/水的分配数, 粘 度 在土壤中吸附系数 界面张力, 表面张力 氧化还原反应
两侧物质组成和性质不同 产生不对称力场
界面张力
定义： 在液液界面上或切面上,垂直作用于单位长度上的使界 面收缩的力.单位N·m-1.
《石油地质学》第五章复习思考题
第五章复习思考题1．什么是界面张力？与油气运移有什么关系？沿着不相溶的两相(液-固、液-液、液-气)间界面垂直作用在单位长度液体表面上的表面收缩力。
界面张力差越大，即毛细管力越大，油气运移越容易2．什么是毛细管力？与油气运移有什么关系？毛细管中能使润湿其管壁的液体自然上升的作用力。
此力指向液体凹面所朝向的方向，其大小与该液体的表面张力成正比，与毛管半径成反比。
毛细管力越大，油气运移越容易。
3．什么是静水压力？如何理解静水压力的作用？静止水柱的重量产生的压力称为静水压力，地下地层的压力受上覆静水柱的影响，也可能受上覆地层重量和其他因素的影响。
若地下某一深度的地层压力等于或接近于静水压力则为正常压力，若明显高于或低于静水压力则为异常压力。
4．地静压力、地层压力之间是什么关系？地静压力是地下岩石的重量产生的压力，又称静岩压力；地层压力指的是地下地层岩石孔隙中流体的压力。
5．岩石的润湿性与油气运移有什么关系？岩石的润湿性不同对油气运移的难易程度产生影响，水润湿相的岩石中油难以运移，但是残留较少；油润湿相的岩石则相反。
6．石油在亲油岩石中运移与在亲水岩石中运移所受到的力有何不同？亲水岩石中，水附着在孔隙壁上，油在孔隙中心，油的运动必须克服毛细管力；亲油岩石中，油附着在孔隙壁上，水在孔隙中心，油的运动不受阻碍，但是有油残余在孔隙壁上成为不能移动的残余油。
7．油气初次运移发生在什么样的环境中，这种环境对油气运移有什么影响？油气初次运移的环境就是烃源岩环境，是一种低孔低渗的非常致密的岩石，其孔隙十分细小狭窄，阻碍油气的运移。
8．溶解度和浓度有何区别和联系？溶解度是在一定温度下，某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量，是溶质与溶剂质量之比；而浓度是溶质与溶液质量的比值。
9．石油主要是以什么相态发生初次运移的？游离油相和气溶油相。
证据是在对烃源岩进行显微观察时发现有游离相石油存在与烃源岩孔缝中，在较厚的烃源岩剖面中还可测定烃源岩对除此运移的色层效应。
第五章 固液界面资料
第五章固-液界面要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman理论，Debye-Hukel 对Gouy-Chapman公式的近似处理，Stern对Gouy-Chapman和Debye-Hukel 理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。
§5.1 Young方程和接触角1、固体表面的润湿固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。
根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1所示三种情况。
三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。
σ和平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力lg σ之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。
液固界面张力ls接触角θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。
一般分下面三种情况：（1）θ< 90o 时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象；（2）θ= 90o时：中等，无现象；（3）θ> 90o 时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。
3、Young 方程如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有： 0cos lg =-+sg ls σθσσθσσσc o s lg +=ls sg （5-1） 上述方程即为Young 方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。
§5.2 粘附功和内聚能设有α，β两相，其相界面张力为αβσ，如图5-3所示，在外力作用下分离为独立的α，β两相，表面张力分别为βασσ，。
液-液界面的性质
* a 曲线与表面不溶膜的结构类型
π/(mN/m)
30 凝聚膜（Lc）
20
转变膜（I）
10
l’
扩张膜（Le）
气液平衡区 气态膜（G）
0.2
l
g
g’
0.2 0.25 0.5
8
a / nm2
从 a 曲线可以对表面膜的结构有所了解
* a 曲线与表面不溶膜的结构类型
（a）
（b）
（c）
不溶膜的分子状态示意图
Langmuir膜天平
Langmuir膜天平
图中K为盛满水的 浅盘，AA是云母片，悬 挂在一根与扭力天平刻 度盘相连的钢丝上，AA 的两端用极薄的铂箔与 浅盘相连。
XX是可移动的边，用来清扫水面，或围住表面膜， 使它具有一定的表面积。在XXAA面积内滴加油滴， 油铺展时，用扭力天平测出它施加在AA边上的压力。 这种膜天平的准确度可达1×10-5N/m。
表面压
g0 g
式中 称为表面压，g0为纯水的表面张力，g为溶 液的表面张力。由于g0>g，所以液面上的浮片总是
推向纯水一边。 由实验可以证实表面压的存在。在纯水表面
放一很薄的浮片，在浮片的一边滴油，由于油滴 在水面上铺展，会推动浮片移向纯水一边，把对 单位长度浮片的推动力称为表面压。
1917年Langmuir设计了直接测定表面压的仪器。
液-液界面的性质
液-液界面的铺展 单分子表面膜——不溶性的表面膜 表面压
* a 曲线与表面不溶膜的结构类型
不溶性表面膜的一些应用
液-液界面的性质
液-液界面的铺展
一种液体能否在另一种不互溶的液体上铺展， 取决于两种液体本身的表面张力和两种液体之间 的界面张力。
第五章固液界面-课件
第五章固液界面-课件5.1润湿作用（4学时）5.1.1润湿过程5.1.2接触角与润湿方程5.1.3接触角的测量5.1.4影响接触角的因素5.1.5表面活性剂对润湿的影响5.2固液界面的吸附作用（4学时）5.2.1固液界面吸附的特点5.2.2自浓溶液中的吸附5.2.3自稀溶液中的吸附5.2.4自电解质溶液中的吸附5.3大分子的吸附（1学时）5.3.1吸附等温式5.3.2生物大分子和聚合物的吸附5.4表面活性剂在固液界面上的吸附（1学时）5.1润湿作用5.1.1液体在固体表面的润湿作用润湿（wetting）是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。
润湿过程可分为三类：沾湿（adheion）浸湿（immerion）铺展（preading）（1）沾湿：液体与固体由不接触到接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程Wa=γlg+γg-γlWa:粘附功>0自发（2）浸湿：固体浸入液体的过程。
（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代。
-G=γg-γl=WtWt:浸润功>0自发（3）铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。
铺展系数S=γg-(γlg+γl)≥0时自发小结：（1）无论哪一种润湿都是界面现象，其过程实质都是界面性质及界面能量的变化（2）对比三者发生的条件沾湿：Wa=γlg+γg-γl≥0浸湿：γg-γl≥0铺展：S=γg-(γlg+γl)≥0（3）固气和固液界面能对体系的三种润湿作用的贡献是一致的。
5.1.2接触角与润湿方程将液体滴于固体表面上，液体或铺展或覆盖于表面，或形成一液滴停于其上，此时在三相交界处，自固液界面经液体内部到气液界面的夹角就叫做接触角。
Yang方程：γg-γl＝γlgcoθWa=γlg(coθ+1)≥0θ≤180沾湿A=Wt=γlgcoθ≥0θ≤90浸湿S=γlg(coθ-1)=0θ=0铺展习惯上将θ=90°定义润湿与否标准5.1.3接触角的测量（一）角度测量法（量角法）(1)切线法(2)斜板法γSLγLGθγSG(3)光点反射法（二）长度测量法（1）小滴法（2）大滴法（液饼法）（3）垂片法皆是通过与相关长度测量计算得到。
第五章 固-液界面
甲基氯硅烷处理玻璃、硅胶或带羟基的固体表面 成Si-O键，亲水表面 疏水
形
• 非极性固体可以通过吸附表面活性剂形 成亲水基向外的吸附层而改善润湿性。
5.9 固体表面能的估算
sl sg lg 2( sg lg )
1/ 2
Gi / a SG SL Wi
A＝－Wi ，称粘附张力 A>0 的过程才能发生浸润 A<0 不能浸润， 密度小于液体时，固体上浮。 取出时发现没有浸润。 密度大于液体时，固体下沉。
3. 铺展润湿过程
Gs a[ SG ( SL L LG )
lg (cos 1) 2 sg 4 2
5.10 固体表面不均匀和表面粗糙度对润湿 的影响
一、表面不均匀性 复合表面
cos xa cosa xb cosb
高能固体表面
污染
复合表面
前进角反映与液体亲和力弱的那部分固体表面的润湿性 后退角反映与液体亲和力强的那部分固体表面的润湿性
3) 一束纤维
W1 L cos m 2 t H W f H P 1
2
5．6 润湿过程的三种类型
1．粘附润湿过程
Ga a( SG SL LG )
Ga / a SG SL LG
2 .浸湿过程
Gi a( SG SL )
5．4 接触角的测定方法
1．停滴法
2 2 sin 2 , tan 2 2 h r r h2
22 . 吊片法
gh sin 1 2 LG
2
3.电子天平法
1) 液体完全润湿纤维
2r L
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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
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。
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
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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。
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
（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
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。
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
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：
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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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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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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。
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
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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。
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。
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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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四、乳状液的分层、变性的三种表现方式。
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
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。
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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。
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
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
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一、乳状液的类型