表面活性剂与泡沫

21世纪为胶体化学与表面活性剂提供了最优异的发展机遇
物理学 化学
天体 光子、电子、核
原子、分子、超分子、软物质
生物学
个体、器官、组织、细胞
材料科学
普通材料 纳米元器件 （冰箱、洗衣机）
纳米 空间
表面活性剂聚集体－－纳米尺寸
structure of surfactants
micelle of O/W
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特 的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。
3）表面功、表面自由能与表面张力 f1
界面现象的本质－－受力不均衡 (f1<f2)
表面功（surface work）
外力克服体系内部分子间作用力将 分子从液体内部移到界面对体系所 做功。
Gs Gb A
式 • 1861年 英国科学家Thomas Graham提出胶体化学这门学科。
1878年 Gibbs提出吉布斯吸附模型和吸附公式 1907年 第一本胶体化学专门刊物《胶体化学和工业杂志》创刊 1932年 美国科学家Langmuir在界面科学领域获诺贝尔奖 2007年 又一次诺贝尔化学奖得主：德国“表面化学”科学家格哈 德•埃特尔
界面是体系不均匀性 的结果。一般指两相接触 的约几个分子厚度的过渡 区。
2）比表面（specific surface area）
单位质量（或单位体积）的固体（或液体）所具有的表面积。 是描述物质分散程度的物理量。
A m A /m或 A V A /V
将边长为1mm的立方体分割成1nm的小立方体时，比表面要增长了 一千万倍！
表面（过剩）自由能
单位表面上的自由能相对于本体相自由能的过剩量。
物理 含义
Gs Gb
A
f2
热力学 函数
G ( A)p,T,nB
由于气/液界面的表面张力远大与液/ 液界面的张力，故气/液界面过剩自由能很 大，是导致泡沫极不稳定的原因。
4)表面张力（surface tension）
将一含有一个活动边框的金属线框架放在 肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由 于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，如果重 力小于表面张力，可滑动的边会被向上拉，直 至顶部。
如果在活动边框上挂一重物，使重物质量
W2与边框质量W1所产生的重力
F=（W1+W2）g
表面张力 F 2 l 大小相等，则金属丝不再
滑动。
更多例子
如果在金属线框中间系一线圈， (a)
一起浸入肥皂液中，然后取出， 上面形成一液膜。
由于以线圈为边界的两边表面 张力大小相等方向相反，所以 线圈成任意形状可在液膜上移 动，见(a)图。
由于啤酒多用天然水，水中的离子含量多，啤酒液的表面张力小，起 泡力大，起泡后不易消失。可乐多用纯水，水中的离子含量少，可乐 液的表面张力大，起泡力小，起泡后易消失。
主要内容
一、相界面特性 二、泡沫特性 三、表面活性剂 四、表面活性剂与泡沫
第一部分
相界面特性
1、胶体化学的发展 2、相界面的一些特性 3、分散体系
1、胶体化学的发展
胶体化学---研究几何尺寸处于纳米级的分子聚集体（软物质）的 一系列物理化学性质的一门科学。
表面活性剂聚集体（胶体、乳液、微乳液、囊泡、液晶、泡沫等）是胶体 化学的基础及主要内容
是一门古老而又年轻的学科
• 古代： 制造陶器、汉朝利用纤维造纸、后汉发明墨水、豆腐制作 等等
• 古埃及： 利用木材浸水膨胀来破裂山岩 • 1806年 拉普拉斯（Laplace）导出了弯曲液面附加压力的Laplace公
胶体在功能食品食品中的应用例
纳米态液体 功能食品
β－胡萝卜素
微量元素
共轭亚油酸
需要解决的问题：
相容性
协同效应
有效期
（需要物理、化学、 生物理论的综合应 用）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复合功能 饮料
维生素 α－亚麻酸
活性钙
2、相界面的一些特性
（1）基本概念 1）表面和界面(surface and interface)
两个性质不同的相的 接触面称为界面。物质有 三态，不同的组合计有6 种界面如g/l, l/l, g/s, s/s, l/g 等。
表面活性剂与泡沫
表面活性剂与泡沫
网上内容
为什么倒啤酒时会有许多泡沫? 可乐的泡沫会很快消失,而啤酒泡沫能 够持续很长一段时间?
答:因为啤酒中有很多二氧化碳。倒啤酒时,二氧化碳会冲出来。
液体形成泡沫时，其表面积增大。通常表面张力小的更易起泡，但泡的稳定性与液 体的表面大小无关。形成的气泡，由于重力的作用，气光液膜中的液体自动地向下 流动，在液膜排液过程中流下的流体分子较底部的液体分子有较大的自由能，所以 气泡不断地排液使膜壁变薄而破裂，从而导致泡沫消失。当液体膜表面上吸附有表 面流行性剂分子时，由于表面活性剂分子膜阻碍液体流动，从而使泡沫稳定。此外， 附在泡沫膜上的表面活性剂分子对液膜起着表面“修复”的作用，使泡沫具有良好 的稳定性。阴离子表面活性剂对泡沫的稳定性远大于非离子表面活性剂。所以，起 泡物主要为液中的阴离子表面活性剂。
如果刺破线圈中央的液膜，线 (b)
圈内侧张力消失，外侧表面张 力立即将线圈绷成一个圆形， 见(b)图，清楚的显示出表面张 力的存在。
影响表面张力的因素
表面张力的本质：分子间力
（1）分子间相互作用力的影响
金属键>离子键>极性共价键>非极性共价键 两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力差值之间。
（2）温度的影响
Air
W a ter
aggregated at g/l interface
micelle of W/O
liquid crystal
wormlike micelle
multiemulsion vesicles
发展趋势
胶体化学与表面活性剂紧密联系在一起 进入了人类社会的所有生产和生活领域
上帝创造物质，魔鬼制造了表面！！！
剖 面 图
凹液面
会产生一个指向气体的附加压力。凹 面上向下的总压力为：Po-Ps. 所以凹面上所受的压力比平面上小。
温度升高，表面张力下降。
（3）压力的影响
压力的增加而下降。
（2）、弯曲液体表面的一些性质
1）附加压力
平液面
向下的大气压力为Po， 向上的反作用力也为Po 附加压力Ps：
Ps = Po - Po =0
剖面图 液面正面图
凸液面
产生一个指向液体内部 的附加压力Ps。凸面上 受的总压力为： Po+ Ps