第2章 溶液的表面张力和表面吸附.ppt

动表面张力反映了表面吸附量与时间的关系，即反映了表面吸附速率。 溶液吸附可分为以下几个过程：① 溶液中的溶质扩散进入次表面层；②进入吸附层，取代原有分子，脱水，并定向排列。 相对而言，溶质扩散到次表面层比较缓慢，是表面吸附速率的控制步骤。 影响溶质扩散速率的因素主要包括：溶液体相的粘度、溶质分子的大小和形状、溶质与溶液间的相互作用、溶质的浓度以及温度等 2.6.2 溶液表面吸附速率 （1）吊片法 适用于几分钟到几个小时的动表面张力。实验时先将溶液的表层刮去，形成新鲜表面，同时将吊片与液面接触并开始测量。 （2）滴重法 适用于几分钟到0.1秒之间的动态表面张力，可以用恒流泵控制滴落时间。 （3）最大气泡压力法 适用于秒以下至10ms之间的动表面张力。采用闪光测速仪测定气泡速率，压力传感器测定压力随时间的变化。 2.6.3 动表面张力的测定方法 （4）振荡射流法 适用于毫秒级的动表面张力的测定。其原理是：液体在一定压力下自毛细管射出，形成射流。如果毛细管口不是圆形的，而是椭球形，射流自喷口射出后，其界面形状将出现周期性改变，形成一连串的震动波，如图2-10所示。 这是因为表面张力力图把射出的流体的椭圆柱形变为表面积更小的圆柱形，截面周期性的由椭圆变成圆形但波长随时间变大。 当液体的粘度 时，动表面张力计算公式如下： 式中： 是液体的密度； 是射流流量； 是射流波长； 是射流的平均半径。 式中， 与 分别代表射流的最大半径与最小半径。 第2章 溶液的表面张力和表面吸附 2.1 溶液的表面张力 纯液体的表面张力在恒定温度、压力下是定值，只有改变表面积来改变自身表面自由能。对溶液，由于溶质的加入会使溶液的表面张力发生改变，有的使表面张力升高，有的则降低，本节主要介绍水溶液中溶液浓度对表面张力的影响因素。 在水溶液中加入溶质时，表面张力与浓度关系常见有三种类型： （1）第Ⅰ类曲线 如图中曲线Ⅰ。这类曲线是 溶液的表面张力随着溶液浓 度的增加而略有上升。 这类溶液的溶质有无机盐、 酸和碱等，以及含有多个 羟基基团的有机物，如蔗糖等。 2.1.1 水溶液表面张力的三种类型 对于Ⅰ类曲线，此类溶液的表面张力与溶液浓度呈线性关系： 式中， 分别表示溶液和纯水的表面张力； 下图为NaCl-H2O的 结果。 无机盐类电解质之所以能增加水的表面张力，是因为无机电解质在水中电离成离子，带电离子与极性水分子发生强烈作用，使离子水化，随着溶液体相内部粒子之间相互作用比纯水强，从而将溶液体相中的粒子移到表面更难。也就是说这类溶质处于表面会使表面自由能更高。 表面吸附：表面浓度与本体浓度不同称为表面吸附。 表面浓度小于本体浓度称为负吸附； 表面浓度大于本体浓度称为正吸附。 第Ⅰ类曲线为负吸附。 （2）第Ⅱ类曲线，如图2－1中曲线Ⅱ。这类溶质的加入会使水的表面张力下降，随着浓度的增加，表面张力下降更多，但不是直线关系。属于这类的溶质：有机脂肪酸、醇、醛、酯、胺及其衍生物等。 这类溶液表面张力与浓度之间的关系可用下式来描述： a为溶质的特征经验常数；b为有机化合物同系物的特征经验常数。 从上式可以看出，在一定浓度 下，对于同一类 有机同系物， 值小的则 值大，即降低表面张 力的能力强。能使表面张力降低得较大的物质表面活性就大。 根据a和b的值可计算不同浓度下溶液的表面张力。 从表中可以看出，异丁醇降低水的表面张力的能力更大，这是因为， 丙醇：b=0.1973,a=0.1515; 异丁醇：b=0.1784，a=0.0450。 它们的b值相差不大，而异丁醇的a值比丙醇小，故其降低表面张力的活性要大。 即 为直线关系，斜率为 曲线Ⅱ在低浓度下可以看成是直线。 当溶液浓度很稀时， ，上式可改写为： （3）第Ⅲ类曲线 如图中曲线Ⅲ，加入少量的溶质就能显著的降低水的表面张力，在很小的浓度范围内，溶液的表面张力急剧下降，然后曲线很快趋于水平线，再增加溶液的浓度，溶液的表面张力变化不大。有时在水平线的转折处出现最小值，这是由于杂质的影响。 属于这类物质有肥皂、油酸钠、八碳以上直链有机酸的碱金属盐、烷基苯磺酸钠、高级脂肪酸等。此类物质明显的表现出表面浓度大于溶液的体相浓度，产生正吸附。 第Ⅲ类物质的 曲线可用下式来描述： 同系物的碳链越长，a越小，表面活性越大。对于多 碳链的表面活性剂，其 ，故有： 根据上式，