表面与胶体化学
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从表面现象的微观成因，我 们还可以得出一个结论：表 面相分子密度较液相分子低， 因而表面相分子间存在较大 吸引力。 从宏观层面来看，液体表 面仿佛存在一层紧绷的液 膜，在膜内处处存在的使 膜紧绷的力即为表面张力。
制作:张思敬等 理学院化学系 5
在两相界面上，处处存在着一种张力，它垂直 于表面的单位线段上，指向使表面紧缩的方向并与 表面相切。
生命科学（生物膜及膜模拟化学）
表 面 化 学
能源科学（三次采油、煤的液化、化学电源）
材料科学（超细材料、材料的表面改型） 信息科学（LB膜，微电子器件）
表面化学的发展和现状
1805 T . Young 1806 P.S. Laplase 1878 Gibbs 1916 Langmuir
制作:张思敬等
制作:张思敬等
理学院化学系
3
11.1 表面能与表面现象
表面自由能(Surface Free Energy)
使液体表面积增大的过程是克服液相分子吸引力, 使体相 分子转移到表面相的过程，需要环境对体系做功。以可逆方 式做功最少，称之为表面功。 由吉布斯自由能性质可知，在恒温恒压下，此表面功即 等于体系吉布斯自由能的变化量的相反数：
制作:张思敬等 理学院化学系 17
（a）O/W 型乳状液 表面活性物质稳定乳状液示意图
制作:张思敬等
理学院化学系
15
若水分散在油中，则称 为油包水型乳状液，以符号 W/O表示。例如，新开采出 来的含水原油就是细小水珠 分散在石油中形成的W/O型 乳状液。
（b）W/O型乳状液 表面活性物质稳定乳状液示意图
制作:张思敬等
理学院化学系
16
作用于单位边界线上的这种力称为表面张力 ，单 位是N· m-1。
注意： F
肥皂膜
1. 表面张力是作用在单位长度线段 上的力，量纲为Ｎ m-1。 2. 注意区分表面张力产生原因与表 面张力的表现。
理学院化学系 6
制作:张思敬等
表面现象
水滴为什么是圆 形而不是方形
制作:张思敬等
理学院化学系
7
表面化学与其它学科的联系
乳化作用的应用
切削油 机械工业在高速切削时用乳化油作为冷却剂，具有导 热性能好，润滑效果高且不沾工具等特点。 乳化燃油 内燃机应用含10%水的乳化燃油，燃烧效果不降低但 能节省燃料。 农用杀虫剂 农业上用的杀虫剂一般都配制成O/W型乳状液,便于喷 雾，可使少量农药均匀地分散在大面积的农作物上。同时 由于表面活性剂对虫体的润湿和渗透作用也提高了杀虫效 果。 其它 人体对油脂的消化作用就是因为胆汁(胆酸盐)可以 使油形成O/W型乳状液面而加速消化。
|
两性表面活性剂
非离子型 R-O-(CH2 -CH2-O-)n H 聚氧乙烯醚类
制作:张思敬等 理学院化学系 13
3. 表面活性剂的应用 洗涤作用
洗涤剂是一种使用面很广的表面活性剂。肥皂是最普通 的一种。肥皂是包含17个碳原子的硬脂酸钠盐。 当洗涤剂用来洗涤衣服或 亲水基 织物上的油污时，由于亲油基 与油脂类分子间有较强的相互 疏水基 作用力而进入油污中。另一端 的亲水基与水分子间存在较强 洗涤剂 污渍 的作用力而溶于水，这样通过 污渍 洗涤剂分子使水分子包围了油 污，降低了油污与织物之间的 织物 表面(界面)张力，再经搓洗， 洗涤剂的去污作用 振动便可除去织物上的油污。
△G=-W=σ△A
称为比表面自由能，其物理意义为在恒T，P，n条件下， 增加一个单位表面积时，体系自由能的增量。单位：J﹒m-2。 此式表明，考虑表面相贡献的多相体系，除了温度、压力、 组成等因素，表面积也是影响体系热力学函数的一个重要变量。
制作:张思敬等 理学院化学系 4
表面张力(Surface Tension)
表面活性剂在两 相界面的排列
理学院化学系 11
1. 表面活性剂分类
表面活性剂通常也按亲水基团的化学结构来分类，亲 水基团是离子结构的称为离子型，亲水基团是共价结构的 称为非离子型。 离子型表面活性剂又可分为阳离子型(亲水基团是阳离 子)、阴离子型(亲水基团是阴离子)和两性型(亲水基团既 有阳离子又有阴离子)表面活性剂。 显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否 则可能会发生沉淀而失去活性作用。
提出界面张力概念 表面张力与曲率半径关系 表面吸附方程 固体吸附等温方程式
理学院化学系 8
表面现象的微观成因
制作:张思敬等
理学院化学系
9
气相
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。 液体的表面积因而有 自发收缩的趋势。
这解释了为什么液滴会以 球形的形态存在。
液相
制作:张思敬等
理学院化学系
10
11.2 表面活性剂
凡能显著降低两相之间表面张力的物质称表面活性剂。
表面活性剂的结构特点：
表面活性剂具有两类性质完全不同的基团：亲水基团和亲油 基团（疏水得两相之间的表面张力大大降低。
制作:张思敬等
水 相
制作:张思敬等
理学院化学系
12
2. 表面活性剂举例
RCOONa R-OSO3Na R-SO3Na R-OPO3Na2 羧酸盐 硫酸酯盐 磺酸盐 磷酸酯盐
阴离子表面活性剂
阳离子表面活性剂
ArCH2N(CH3)3Br 季胺盐类 R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 R-N+-CH2COO- 甜菜碱型 | CH3
第11章 表面与胶体化学
Chapter 11 Chemistry on Surface &
Colloid
本章教学要求
(1)了解表面现象及表面活性剂的概念。
(2)了解胶体的组成、结构和特性。
(3)了解涂料的组成及应用。
制作:张思敬等
理学院化学系
2
11.1 11.2 11.3 11.4
表面能与表面现象 表面活性剂 胶体 涂料及其应用
制作:张思敬等 理学院化学系 14
乳化作用
两种互不相溶的液体，若将其中一种均匀地分散成极 细的液滴于另一液体中，便形成乳状液。加入表面活性物 质使形成稳定的乳状液的作用叫做乳化作用。 若水为分散介质而油为 分散相，即油分散在水中， 称为水包油型乳状液，以符 号O/W表示。例如，牛奶就 是奶油分散在水中形成的 O/W型乳状液。
制作:张思敬等 理学院化学系 5
在两相界面上，处处存在着一种张力，它垂直 于表面的单位线段上，指向使表面紧缩的方向并与 表面相切。
生命科学（生物膜及膜模拟化学）
表 面 化 学
能源科学（三次采油、煤的液化、化学电源）
材料科学（超细材料、材料的表面改型） 信息科学（LB膜，微电子器件）
表面化学的发展和现状
1805 T . Young 1806 P.S. Laplase 1878 Gibbs 1916 Langmuir
制作:张思敬等
制作:张思敬等
理学院化学系
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11.1 表面能与表面现象
表面自由能(Surface Free Energy)
使液体表面积增大的过程是克服液相分子吸引力, 使体相 分子转移到表面相的过程，需要环境对体系做功。以可逆方 式做功最少，称之为表面功。 由吉布斯自由能性质可知，在恒温恒压下，此表面功即 等于体系吉布斯自由能的变化量的相反数：
制作:张思敬等 理学院化学系 17
（a）O/W 型乳状液 表面活性物质稳定乳状液示意图
制作:张思敬等
理学院化学系
15
若水分散在油中，则称 为油包水型乳状液，以符号 W/O表示。例如，新开采出 来的含水原油就是细小水珠 分散在石油中形成的W/O型 乳状液。
（b）W/O型乳状液 表面活性物质稳定乳状液示意图
制作:张思敬等
理学院化学系
16
作用于单位边界线上的这种力称为表面张力 ，单 位是N· m-1。
注意： F
肥皂膜
1. 表面张力是作用在单位长度线段 上的力，量纲为Ｎ m-1。 2. 注意区分表面张力产生原因与表 面张力的表现。
理学院化学系 6
制作:张思敬等
表面现象
水滴为什么是圆 形而不是方形
制作:张思敬等
理学院化学系
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表面化学与其它学科的联系
乳化作用的应用
切削油 机械工业在高速切削时用乳化油作为冷却剂，具有导 热性能好，润滑效果高且不沾工具等特点。 乳化燃油 内燃机应用含10%水的乳化燃油，燃烧效果不降低但 能节省燃料。 农用杀虫剂 农业上用的杀虫剂一般都配制成O/W型乳状液,便于喷 雾，可使少量农药均匀地分散在大面积的农作物上。同时 由于表面活性剂对虫体的润湿和渗透作用也提高了杀虫效 果。 其它 人体对油脂的消化作用就是因为胆汁(胆酸盐)可以 使油形成O/W型乳状液面而加速消化。
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两性表面活性剂
非离子型 R-O-(CH2 -CH2-O-)n H 聚氧乙烯醚类
制作:张思敬等 理学院化学系 13
3. 表面活性剂的应用 洗涤作用
洗涤剂是一种使用面很广的表面活性剂。肥皂是最普通 的一种。肥皂是包含17个碳原子的硬脂酸钠盐。 当洗涤剂用来洗涤衣服或 亲水基 织物上的油污时，由于亲油基 与油脂类分子间有较强的相互 疏水基 作用力而进入油污中。另一端 的亲水基与水分子间存在较强 洗涤剂 污渍 的作用力而溶于水，这样通过 污渍 洗涤剂分子使水分子包围了油 污，降低了油污与织物之间的 织物 表面(界面)张力，再经搓洗， 洗涤剂的去污作用 振动便可除去织物上的油污。
△G=-W=σ△A
称为比表面自由能，其物理意义为在恒T，P，n条件下， 增加一个单位表面积时，体系自由能的增量。单位：J﹒m-2。 此式表明，考虑表面相贡献的多相体系，除了温度、压力、 组成等因素，表面积也是影响体系热力学函数的一个重要变量。
制作:张思敬等 理学院化学系 4
表面张力(Surface Tension)
表面活性剂在两 相界面的排列
理学院化学系 11
1. 表面活性剂分类
表面活性剂通常也按亲水基团的化学结构来分类，亲 水基团是离子结构的称为离子型，亲水基团是共价结构的 称为非离子型。 离子型表面活性剂又可分为阳离子型(亲水基团是阳离 子)、阴离子型(亲水基团是阴离子)和两性型(亲水基团既 有阳离子又有阴离子)表面活性剂。 显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否 则可能会发生沉淀而失去活性作用。
提出界面张力概念 表面张力与曲率半径关系 表面吸附方程 固体吸附等温方程式
理学院化学系 8
表面现象的微观成因
制作:张思敬等
理学院化学系
9
气相
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。 液体的表面积因而有 自发收缩的趋势。
这解释了为什么液滴会以 球形的形态存在。
液相
制作:张思敬等
理学院化学系
10
11.2 表面活性剂
凡能显著降低两相之间表面张力的物质称表面活性剂。
表面活性剂的结构特点：
表面活性剂具有两类性质完全不同的基团：亲水基团和亲油 基团（疏水得两相之间的表面张力大大降低。
制作:张思敬等
水 相
制作:张思敬等
理学院化学系
12
2. 表面活性剂举例
RCOONa R-OSO3Na R-SO3Na R-OPO3Na2 羧酸盐 硫酸酯盐 磺酸盐 磷酸酯盐
阴离子表面活性剂
阳离子表面活性剂
ArCH2N(CH3)3Br 季胺盐类 R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 R-N+-CH2COO- 甜菜碱型 | CH3
第11章 表面与胶体化学
Chapter 11 Chemistry on Surface &
Colloid
本章教学要求
(1)了解表面现象及表面活性剂的概念。
(2)了解胶体的组成、结构和特性。
(3)了解涂料的组成及应用。
制作:张思敬等
理学院化学系
2
11.1 11.2 11.3 11.4
表面能与表面现象 表面活性剂 胶体 涂料及其应用
制作:张思敬等 理学院化学系 14
乳化作用
两种互不相溶的液体，若将其中一种均匀地分散成极 细的液滴于另一液体中，便形成乳状液。加入表面活性物 质使形成稳定的乳状液的作用叫做乳化作用。 若水为分散介质而油为 分散相，即油分散在水中， 称为水包油型乳状液，以符 号O/W表示。例如，牛奶就 是奶油分散在水中形成的 O/W型乳状液。