表面活性剂溶液界面张力共29页文档
实验2.表面活性剂溶液表面张力的测定及时间效应
实验2 表面活性剂溶液表面张力的测定及时间效应一、实验目的1. 用表面张力法测定一种表面活性剂溶液的表面张力；2. 测定表面活性剂稀溶液的老化曲线。
3. 用Gibbs 吸附等温式和Langmuir 方程求出饱和吸附时表面活性剂分子在界面上所占的面积（分子截面积）；4. 理解表面活性剂降低表面张力的效率和效能。
二、基本原理表面活性剂溶液的许多物理化学性质随着胶束的形成而发生突变，因此临界近胶束浓度（cmc ）是表面活性剂表面活性的重要量度之一。
测定cmc ，掌握影响cmc 的因素对于深入研究表面活性剂的物理化学性质是十分重要的。
典型的表面活性剂水溶液的表面张力随浓度的下降曲线如图2-3所示。
AB 段相当于溶液浓度极稀的情况，表面张力较高，随浓度增加缓慢下降；在BC 段，表面张力随浓度的增加成比例的下降，直至达到cmc ；CD 段，当浓度超过cmc 后，表面张力几乎不再下降。
C 点相当于临界胶束浓度（cmc ）。
图2-3 典型的γ-lg c 曲线 图2-4 Langmuir 吸附等温式的直线形式表面活性剂的吸附可由Gibbs 吸附等温式来描述： Tc RT c γ∂⎛⎫Γ=-⎪∂⎝⎭ (1) 由式(1)可求得某浓度时的吸附量。
式中：Γ——吸附量（mol·L -1）c ——表面活性剂溶液的浓度（mol·L -1）γ——表面张力（dyne·cm -1）T ——热力学温度K （绝对温度） R ——通用气体常数，8.314×107（erg·(mol·K)-1）将式(1)变形为： 11ln 2.303lg T TRT c RT c γγ⎛⎫∂∂⎛⎫Γ=-=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ (2) 作γ-lg c 图，如图2-3所示。
在AB 段，lg T c γ⎛⎫∂-⎪∂⎝⎭为非线性增加，Γ随浓度的增加而增加；在BC 段lg Tc γ⎛⎫∂- ⎪∂⎝⎭为一常数，Γ为一定值，即已达到饱和吸附；如果BC 段的线性关系很好，则饱和吸附量可直接由图中直线部分的斜率求出。
5种表面活性剂改善界面张力的评价-化工论文-化学论文
5种表面活性剂改善界面张力的评价-化工论文-化学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：利用物理模拟实验, 针对多种表面活性剂进行界面特性筛选, 以找出适合大庆油田的二元体系用表面活性剂。
实验表明, SHSA-HN2表面活性剂能够有效降低界面张力, 比石油磺酸盐SS降低界面张力的能力要强。
并且SHSA-HN2二元体系的粘度和弹性均高于石油磺酸盐ss二元体系。
从驱油效果实验可以看出, SHSA-HN2表面活性剂二元体系的驱油效果比单独聚合物驱提高 3.8个百分点, SHSA-HN2表面活性剂二元体系的驱油效果与石油磺酸盐ss二元体系相比, 石油采收率提高2.3%。
SHSA-HN2表面活性剂二元体系在大庆油田上具有较好的驱油效率, 该实验结果对于大庆油田二元驱具有实际意义。
关键词：二元系统; 界面张力; 粘弹性; 驱油效果;Abstract：The physical simulation experiment was used to screen the interface characteristics of various surfactants in order to find the suitable ones for the binary system of Daqing oilfield. The experiment results indicated that SHSA-HN2 could effectively reduce interfacial tension, which was better than the mahogany petroleum sulfonate SS. And the viscidity and elasticity of the SHSA-HN2 were both above the mahogany petroleum sulfonate SS binary system. According to the oil displacement efficiency, SHSA-HN2 binary systems oil displacement efficiency was 3.8% higher than individual polymer flooding and 2.3% higher than mahogany petroleum sulfonate SS binary system. SHSA-HN2 binary system has better oil displacement efficiency in Daqing oilfield, and the results of experiment have practical significance for the binary flooding of Daqing oilfield.Keyword：Binary system; Interfacial tension; Viscoelasticity; Oil displacement efficiency;在化学驱过程中, 活性剂往往被加入到聚合物溶液中一起注入地层, 这样能够发挥二者的优势起到更好驱油作用。
界面张力
摘要在表面活性剂水溶液中，从润湿临界表面张力分析了天然疏水性固体像煤，硫，辉钼矿的相对润湿性和可浮性。
因为润湿性和可浮性是相同的，所以可浮临界表面张力得到了发展。
在特定的情况下，溶液的表面张力介于各自的可浮的临界表面张力之间，两种天然疏水性固体的选择性分离在理论上是可行的，尽管这两种固体可能有相同的润湿临界表面张力。
简介在以前的出版物中，在讨论关于疏水性矿物的分离时讨论过界面张力γc的概念。
1964年Zisman及其同事利用纯有机溶液对能量低的固体进行研究，得出cosθ与γlv的线性关系，当cosθ=1时，可以得出固体的临界表面张力。
1959年，Bernett和Zisman用表面活性剂溶液代替纯溶液时，关系是非线性的。
对于短链正醇的水溶液，接触角与γc组成的单调的曲线在纯溶液的下面，同时也取决于表面活性剂的种类。
一种非传统的方法绘制接触角与表面张力的关系就是所谓的粘附力γlv·cos θ与γlv。
θ从0º到180º.在很多情况下，包括短链的正醇溶液，γlv·cosθ与γlv 是线性关系，关系式为γlv·cosθ=b·γlv+（1-b）·γc其中b是润湿性曲线的斜率，γc是θ=0º时的截距。
对于非极性固体，只有分散力的作用，如聚四氟乙烯和石蜡，b≈—1，在这种情况下，γc是反应润湿性不同的参数，对于聚四氟乙烯和石蜡，γc分别大约为20达因/厘米和24达因/厘米（1973年Bargman和van V oorst Vader）。
然而，随着固体表面极性的增加，b变得越来越消极（尽管在某些情况下是积极地），而γc似乎接近最高值30达因/厘米，尤其是用无关固体（聚合物或者煤炭例如云母，石墨，辉锑矿）种类的醇溶液时。
因此，随着固体极性的增加润湿性不仅与γc有关而且与b也有关。
图2解释了在水溶液中润湿行为的不同，直线A代表非极性固体，直线B和D代表的固体极性越来越强。
表面活性剂表面张力测定
表面活性剂表面张力测定1．测试原理本实验用鼓泡法测定表面活性剂的表面张力，其原理是：如从浸入液面下的毛细管端鼓出空气泡，则需要高于外部大气压的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力△P与表面张力Υ成正比，与气泡的曲率半径R成反比：△P=2Υ/R若毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形。
当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；但随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R=毛细管半径r，曲率半径达最小值，此时根据Laplace方程，这时附加压力达最大值。
气泡进一步长大，R增大，附加压力变小，直到气泡逸出。
△P max=2Υ/rΥ=(r/2)△P max则：Υ=K△P max式中的系数K可用已知表面张力的标准物质测定（如蒸馏水，25℃，Υ=71.97 mN·m-1）本实验用AF-02型数字式微压式测量仪测定△P maxΥ=K△P max2．测试仪器和试剂（1）测试仪器：AF-02型数字式微压测量仪，数控恒温槽，5ml,10ml移液管各一支，碱式滴定管1支，50lml容量瓶6个，样品管1个，毛细管1个，抽气瓶1个，锥形瓶1个，玻璃漏斗1个。
（2）测试试剂：浓度为0.1%表面活性剂试样溶液：取一定量的待测表面活性剂溶液，加蒸馏水配制而成。
3．测试方法（1）调节恒温槽的温度在25℃，打开AF-02型数字式微压式测量仪的电源，预热20min。
测试仪器装置如图5-1所示。
（2）0.1%表面活性剂试样溶液已配好，利用上述溶液，用50mL容量瓶配制成下列浓度的溶液0.01%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%各50ml。
(3) 用洗液洗净大试管与毛细管,再用自来水和蒸馏水洗净，在大试管中注入适量蒸馏水,使毛细管端刚和液面垂直相切。
(4) 将大试管安装在恒温水溶液内,用小漏斗给抽气瓶装满自来水,连接好装置，无漏气。
(5) 在体系通大气压的条件下按调零按钮，使显示器值为0.000Kpa 。
表面活性剂界面张力的测定滴体积法
表面活性剂界面张力的测定滴体积法滴体积法是一种常用的测定表面活性剂界面张力的方法，原理是
滴体积法是基于表面张力多圈定律，利用测量液体滴的表面张力和体
积的变化，来求解表面活性剂的界面张力。
滴体积法由三个主要部分组成：滴形装置、测量装置和计算装置。
滴形装置用于采集测量样品中表面活性剂的界面张力信息，测量装置
用于添加滴体积测量样品，并记录相应的滴体积，计算装置用来计算
表面张力。
首先，对表面活性剂进行配制，将其加入准确浓度的调和液中，
调节pH值，温度等因素；然后，在滴形装置上放置测量样品，根据实
验程序，在测量系统中设置恒定滴体积、毛细管上滴和恒定时间间隔，当滴形和时间恒定后，利用测量装置采集滴体积；最后，通过计算装置，求得表面张力，以此间接测定表面活性剂界面张力。
滴体积法是一种实用性较强的表面张力测定方法，具有准确性高、操作简便、质量可控性好和体积有效利用等优势，可应用于工业表面
活性剂、非可溶性油和泡沫的界面张力测定中。
综上所述，滴体积法是一种有效的测定表面活性剂界面张力的方法，用于表面活性剂的界面张力测定，具有准确性高、操作简便、质
量可控性好和体积有效利用的优势，可以满足用户的不同需求。
因此，滴体积法可以很好地满足表面活性剂界面张力测定的需要，是一种十
分实用的仪器。
表面张力测定与表面活性剂
苯(液)
28.88
293 Fe(固)
1880 1808
丙酮(液)
23.7
293 Hg(液)
485 293
正辛醇(液／水) 8.5
293 NaCl(固) 227 298
正辛酮(液)
27.5
293 KCl(固)
110 00 298
正己烷(液)
18.4
表面张力
从力的角度：作用于表面单位长度边缘 的力；
从能量角度：单位表面的表面自由能
某些液体、固体的表面张力和液／液界面张力
物质
/(10-3 T/K 物质
/(10-3 T/K
N·m-1)
N·m-1)
水(液)
72.75
293 W(固)
2900 2000
乙醇(液)
22.75
293 Fe(固)
2150 1673
这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的 非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水 中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定 向排列。
表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大， 表面活性也愈大。
非表面活性物质
能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表 面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。
这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分 子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于 在本体的浓度。
如果要增加单位表面积，所作的功中还必须 包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升 高。
表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，
可以从
: c曲线中直接看出。
Traube 规则
甲酸
Traube研究发现， 65
H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
溶液的表面张力和界面吸附
如脂肪酸阴离子，可用于分离提纯蛋白质； 消化过程：脂肪在肠胃的消化 依赖于胆盐胶束的增溶作用
34
4. 洗涤：去污。
去污过程：
在水 (W) 中，粘附于固体衣
物 S 表面的污垢 D，在洗涤 剂的作用下，降低了D与S的 粘附功 Wa，而使 D 脱落。
消耗的表面功增大。
体相浓度>表面浓度
非表面活性物质
4
水溶液表面张力随浓度的变化 B） 随浓度 c 增加而下降，开 始下降快一些，逐渐减慢。
这类溶质有：非离子型极性有机物， 如：（可溶于水的）醇、酸、醛、酮、 醚、酯类等。一般含有一个极性基 （如 OH 基或 COOH 基）和一个非极性碳氢基团。这类分子倾 向于聚集在表面层， 表面取向：极性部分指向体相溶液，非极性部分朝向气相。源自 32 1020
m 32 (A )
2
o 2
Am 20.5 (A )
o 2
(其它方式)
这个值比用其它方法求得的数值偏大 ：
这可能是由于水分子进入表面层的缘故（表面烃基 链之间有空隙）
19
饱和吸附量的经验规律
Γ与分子截面积大小及分子间作用力有关，而截面
积大多取决于亲水基之大小，当亲水基截面积大，
效率 ↗ ↘ ↘
有效值 ↘ ↗ ↗
结论：脂肪长链、亲水基团在末端的表面活性剂效 率高，但相同 CH 链长下，有效值较低。如图：
29
三. 胶束
对于（常用的）离子型活性剂，当浓度增大到一定值 时，溶液内的活性分子可以以憎水基的相互靠拢而聚
集成 “胶束 ”。
第二、三章 溶液的表面张力-表面吸附-表面活性剂 (2)
34
表面活性剂效率和有效值
表面活性剂效率 使水的表面张力明显降低所需要的表面活性 剂的浓度。显然，所需浓度愈低，表面活性剂的 性能愈好。 表面活性剂有效值 能够把水的表面张力降低到的最小值。显然， 能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有 效。 表面活性剂的效率与有效值在数值上常常是 相反的。例如，当憎水基团的链长增加时，效率 提高而有效值降低。
14
上两式对比，可得： 表面吉布斯-杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation
n d n d Ad 0
s A s A s B s B
溶液相, 由吉布斯-杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation
n d n d 0
l A l A l B l B
n l d d B n
O
*
(无水时的锯齿状)
O H O O H O O O
O
O
O
O
(水中的曲折形态)
48
亲水亲油平衡 (hydrophile-lipophile balance)
表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油 基团的不同，很难用相同的单位来衡量，所以 Griffin提出了用一个相对的值即HLB值来表示表 面活性物质的亲水性。对非离子型的表面活性剂， HLB的计算公式为： HLB值= 亲水基质量 亲水基质量+憎水基质量 ×100/5
8
由于表面活性物具有两亲性结构，极性端极力进 入水相，而非极性端受到水的排斥，有逃出水相的趋 势，于是它被排向水面，在水面上浓集，将憎水部分 伸向空气。微观上看，表面层表面活性物分子所受的 向内的拉力比水分子的要小些，即表现出表面活性物 质溶液的表面张力低于水的表面张力。 9
表面活性剂对溶液表面张力影响的实验研究
表⾯活性剂对溶液表⾯张⼒影响的实验研究⽬录1 绪论..................................................................... 错误！未定义书签。
1.1选题依据及背景 (2)1.2 泡沫研究的进展 (5)1.3 泡沫的应⽤ (6)1.3.1 泡沫在⽇化⾷品中的应⽤ (7)1.3.2 泡沫灭⽕ (7)1.3.3 泡沫在油⽥中的应⽤ (7)1.3.4 泡沫分离 (8)2 表⾯张⼒理论基础 (12)2.1 表⾯张⼒的定义和产⽣机理.......................... 错误！未定义书签。
2.2 表⾯张⼒的性质.............................................. 错误！未定义书签。
2.3表⾯张⼒的单位和⽅向 .............................................. 错误！未定义书签。
2.4临界胶束浓度................................................................. 错误！未定义书签。
2.5表⾯张⼒的测定⽅法................................................... 错误！未定义书签。
3 实验数据记录及分析....................................... 错误！未定义书签。
3.1 表⾯张⼒的测定实验...................................... 错误！未定义书签。
3.２实验数据记录及分析.................................... 错误！未定义书签。
3.2.1 实验数据的记录.............................................................. 错误！未定义书签。
表面张力测定与表面活性剂ppt课件
从分子结构观点看，表面活性剂的分子中都有一个 共同的特点，即含有亲水的极性基团和憎水的非极 性基团。如：两亲分子（硬脂酸）
H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C CC C C
H2
O
CC
C C C C C C C C C OH H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
γ ≈ 1 ΔρgRh 2
γ
≈1 2 c osθ
ΔρgRh
忽略了液柱顶端弯月面处冠状部分液体的重量，为此有如下修正公式：
γ
≈1
R Δρg(
+
h)R
2
3
10
§2.1.2 表面活性与表面活性剂
第1类（曲线A）：溶液表面张力
随浓度增加而缓慢升高，大 致呈直线关系，如：无机酸、
A
碱、盐等
第2类（曲线B）：溶液表面张力
表面张力
从力的角度：作用于表面单位长度边缘 的力；
从能量角度：单位表面的表面自由能
1
某些液体、固体的表面张力和液／液界面张力
物质
/(10-3 T/K 物质
/(10-3 T/K
N·m-1)
N·m-1)
水(液)
72.75
293 W(固)
2900 2000
乙醇(液)
22.75
293 Fe(固)
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非表面活性物质
能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表 面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。
这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分 子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于 在本体的浓度。
如果要增加单位表面积，所作的功中还必须 包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升 高。
表面活性剂溶液的界面张力
1
（二）液液界面的吸附层
①分子所占面积大（油相分子介入） ②－CH2基在界面吸附过程中标准自 由能改变基本不随吸附量而变 ③疏水基插入油相，亲水基在水相 水中：-2.5KJ/mol -3.3KJ/mol 石蜡油－水界面：-3.4KJ/mol -3.6KJ/mol
6.5 微乳状液
①表面活性剂＋H2O+油＋（SAa助剂）构 成的体系 外观均匀透明或略带乳光，流动性好 并且有热力学稳定性
12 V12 1 2 g F r 滴重法公式变为：
但实际测定时，由于润湿性、接触角 及液体粘度的影响，一些方法难以应用于 液液界面，或测定时须作某些进一步的改 动。其中较好的是滴体积法和滴外形法。 这是因为液滴的体积或外形是其自身的重 力和界面张力平衡的结果，所以，测定液 滴的体积或外形就可以得到其界面张力。 油水界面张力通常介于油/气与水/气界 （表）面张力之间。
一般来说表面张力低的液体易于在高表面 张力的液体上展开；而高表面张力的液 体一般不能在低表面张力液体上展开 （有例外，全氟辛酸（15mNm-1）不 能在煤油表面（28 mNm-1）上展开）
有时会发现有的液体，如苯，在水面上 先展开，然后又自动缩成小滴飘浮在水面 （小滴的形状象透镜，常以“透镜”称之）。 这是因为：两种液体接触后，可能会互 相饱和，使各自表面张力发生变化：
CH-CF:既有非常低的界面张力
又有非常低的表面张力
轻水灭 火剂配 方基础
6.3 超低界面张力
10-1～10-2mNm-1 低界面张力 <10-3mNm-1 超低界面张力 A：1926年Harkins在苯－油酸/水－NaOH 体系发现界面张力比苯/水体系低3 个数量级，达到0.04mNm-1 此现象当时未得到很好的解释，也未 引起足够的重视。原因： ①当时生产上未感到需要 ②尚未有很好的测定界面张力的方法