第二章_表面活性剂的作用原理
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第二章_表面活性剂的作用原理
§2.1.1 表面张力和表面自由能
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
平衡：
以（△p）0=O为顶点的液柱压强p0 2 g h
r
rh 2 a2 g
1 grh
2
图4-8毛细现象示意图
式中a2称为毛细管常数。由第三式可知，只要测出毛细上升高度h,及曲率半
径r，就可以准确地计算值，然而b是不容易测知的。
从另一个角度分析毛细上升，那就是与弯月面相切的
向上的表面张力将液体拉升一个高度h以液体重力平衡这
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张
力，用 或 表示。
表面张力的单位是： N m1
表面功（surface work）
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如 果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就 必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA 所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
2222222222222222 llllllllllllllll
F=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
WWWWWWWWWWWW 222222222222
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与总的表面张力大小相 等方向相反，则金属丝不再滑动。
个表面张力，即：
（当θ≈0时）则有：
2πR c o s (πR 2h ) g
Rh2cogs 2ga2rh
γ ≈1 ΔρgRh 2
γ≈2c1oθsΔρgRh
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≈1Δρg(R+h)R 23
§2.1.2 表面活性与表面活性剂
W' dA
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体 系做的可逆非膨胀功。
表面自由能(surface free energy)
广义的表面自由能定义：
保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积 时，相应热力学函数的增值。
狭义的表面自由能定义：
(G) A
p,T,nB
正辛酮(液)
27.5
293 KCl(固)
110 298
正己烷(液／水) 51.1
293 MgO(固) 1200 298
正己烷(液)
18.4
正辛烷(液／水) 50.8
293 CaF2(固) 450 78
293 He(液)
0.308 2.5
正辛烷(液)
21.8
293 Xe(液)
18.6 163
影响表面张力的因素
刚刚接触，然后让毛细管内外有一个 压力差（或通过毛细管内加压，或通 过毛细管外减压），那么毛细管尖端 会有气泡产生，其最大压力即是按 Laplace方程所表示的弯曲液面上的 压力差：
pmapxmax p R22R
γ=pmaγx1/ p1
（4）四、滴、重滴法（重滴法体（积法滴）体积法）
当液体顺毛细管往下流动
第（1二） 节威廉表米（面W张ilh力elm的y）测板定法（吊片法）
W 2(ll)co s
W 2l
（2）、 Du Nouy环法 从原理上讲是用环圈取代了板法中的吊片。
W 2 πR 2 πR 2πR 2πR (2r)
W4πR
W F
4πR
式中F为修正因子
（3）、最大气泡压力法
将内三半、径为最R的大毛气细泡管与压待力测液法面
表面张力是一种强度性质，纯液体的表面张力通 常是指液体与饱和了本身蒸气的空气而言。 影响表（界）面张力的因素主要有： ● 液体本身的性质有关外，还与共存的另一相的
性质有关； ● 温度：温度增加，表面张力降低。 ● 压力：压力增加，表面张力降低。
表面张力测定方法
滴重法：精确简便 毛细管上升法：精确度高，最常用 环法 吊片法 最大气泡压力法 滴外形法：表面吸附速率很慢的溶液
/(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 Fห้องสมุดไป่ตู้(固)
2150 1673
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
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面 积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由
能，或简称表面自由能或表面能，用符号 或
表示，单位为J·m-2。
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
至顶端时逐渐聚集成为液滴
并长大，直至液滴的重量等
于（和大于）毛细管端的表
面张力之力时，液滴才会滴
落。
2πR W
W WF
2πRf R
Vρg γ= F
R
（5）图、4五—毛、8所细毛示管的法细弯管月面法的曲率半径r一般不等
于毛细管内径R，除非弯月面是半球面，即接
触角θ=0。那么在弯月面顶点O处应存在如下
表面张力（surface tension）
液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于 呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。 从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这 一现象
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， 可滑动的边会被向上拉，直至顶部。
这时
F 2 l
l 是滑动边的长度，因膜有两个
面，所以边界总长度为2l， 就是作
用于单位边界上的表面张力。
F=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
WWWWWWWWWWWW 222222222222
表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种 张力，这种力垂直与表面的边界，指向液体方向并 与表面相切。
§2.1.1 表面张力和表面自由能
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
平衡：
以（△p）0=O为顶点的液柱压强p0 2 g h
r
rh 2 a2 g
1 grh
2
图4-8毛细现象示意图
式中a2称为毛细管常数。由第三式可知，只要测出毛细上升高度h,及曲率半
径r，就可以准确地计算值，然而b是不容易测知的。
从另一个角度分析毛细上升，那就是与弯月面相切的
向上的表面张力将液体拉升一个高度h以液体重力平衡这
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张
力，用 或 表示。
表面张力的单位是： N m1
表面功（surface work）
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如 果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就 必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA 所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
2222222222222222 llllllllllllllll
F=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
WWWWWWWWWWWW 222222222222
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与总的表面张力大小相 等方向相反，则金属丝不再滑动。
个表面张力，即：
（当θ≈0时）则有：
2πR c o s (πR 2h ) g
Rh2cogs 2ga2rh
γ ≈1 ΔρgRh 2
γ≈2c1oθsΔρgRh
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≈1Δρg(R+h)R 23
§2.1.2 表面活性与表面活性剂
W' dA
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体 系做的可逆非膨胀功。
表面自由能(surface free energy)
广义的表面自由能定义：
保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积 时，相应热力学函数的增值。
狭义的表面自由能定义：
(G) A
p,T,nB
正辛酮(液)
27.5
293 KCl(固)
110 298
正己烷(液／水) 51.1
293 MgO(固) 1200 298
正己烷(液)
18.4
正辛烷(液／水) 50.8
293 CaF2(固) 450 78
293 He(液)
0.308 2.5
正辛烷(液)
21.8
293 Xe(液)
18.6 163
影响表面张力的因素
刚刚接触，然后让毛细管内外有一个 压力差（或通过毛细管内加压，或通 过毛细管外减压），那么毛细管尖端 会有气泡产生，其最大压力即是按 Laplace方程所表示的弯曲液面上的 压力差：
pmapxmax p R22R
γ=pmaγx1/ p1
（4）四、滴、重滴法（重滴法体（积法滴）体积法）
当液体顺毛细管往下流动
第（1二） 节威廉表米（面W张ilh力elm的y）测板定法（吊片法）
W 2(ll)co s
W 2l
（2）、 Du Nouy环法 从原理上讲是用环圈取代了板法中的吊片。
W 2 πR 2 πR 2πR 2πR (2r)
W4πR
W F
4πR
式中F为修正因子
（3）、最大气泡压力法
将内三半、径为最R的大毛气细泡管与压待力测液法面
表面张力是一种强度性质，纯液体的表面张力通 常是指液体与饱和了本身蒸气的空气而言。 影响表（界）面张力的因素主要有： ● 液体本身的性质有关外，还与共存的另一相的
性质有关； ● 温度：温度增加，表面张力降低。 ● 压力：压力增加，表面张力降低。
表面张力测定方法
滴重法：精确简便 毛细管上升法：精确度高，最常用 环法 吊片法 最大气泡压力法 滴外形法：表面吸附速率很慢的溶液
/(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 Fห้องสมุดไป่ตู้(固)
2150 1673
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
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面 积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由
能，或简称表面自由能或表面能，用符号 或
表示，单位为J·m-2。
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
至顶端时逐渐聚集成为液滴
并长大，直至液滴的重量等
于（和大于）毛细管端的表
面张力之力时，液滴才会滴
落。
2πR W
W WF
2πRf R
Vρg γ= F
R
（5）图、4五—毛、8所细毛示管的法细弯管月面法的曲率半径r一般不等
于毛细管内径R，除非弯月面是半球面，即接
触角θ=0。那么在弯月面顶点O处应存在如下
表面张力（surface tension）
液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于 呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。 从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这 一现象
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， 可滑动的边会被向上拉，直至顶部。
这时
F 2 l
l 是滑动边的长度，因膜有两个
面，所以边界总长度为2l， 就是作
用于单位边界上的表面张力。
F=(W1W2)g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW 1
WWWWWWWWWWWW 222222222222
表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种 张力，这种力垂直与表面的边界，指向液体方向并 与表面相切。