表面物理化学第4章液液界面祥解.ppt

第4章 液液界面 中国石油大学（北京） 材料科学与工程系 液液界面是由两种不互溶或部分互溶液体相互接触而形成的界面，如原油破乳、沥青乳化、农药乳液、食品、化妆品、电影胶片的制备等均涉及液液界面的问题。 液液界面的形成有三种方式：黏附、铺展和分散。 4.1 液液界面张力及其测定 产生界面张力的原因是分子间的作用力以及构成界面的两相物质的性质不同而引起的，界面张力反映了界面上分子受到两相分子作用力之差。 界面张力一般随着温度升高而下降。 4.2 黏附功与内聚功 4.3 铺 展 4.4 界面张力的近代理论 4.5 表面活性剂的界面张力 注：碳氟表面活性剂虽然降低水溶液表面张力的能力很强，但降低油-水界面张力的能力并不强，这是因为碳氟表面活性剂的碳氟链既疏水又疏油。 表面活性剂的复配，可以改变水与油之间的铺展系数，具有重要的实用价值。例如，将普通的表面活性剂与碳氟表面活性剂复配，可用作扑灭油类火灾的“轻水”灭火剂，原理是改变了水在油上的铺展系数，复配后的表面活性剂水溶液在油上能自动铺展，形成水膜，将油与空气隔绝，达到灭火的目的。 4.6 表面活性剂在液液界面上的吸附 4.7 表面活性剂在双水相体系中的界面性质 非离子型表面活性剂双水相体系适用于萃取分离疏水性物质，如膜蛋白。溶解在溶液中的疏水性物质如膜蛋白与表面活性剂的疏水基团结合，被萃取进入浓表面活性剂水相，亲水性物质则留在另一相中。 这种利用浊点使样品中疏水性物质和亲水性物质分离的萃取方法称为浊点萃取。 4.8 乳状液 乳状液的应用很广，如青霉素注射液即可制成油剂（O/W/O）微乳液，也可制成水剂（O/W）。水剂注入人体后，很容易被吸收，也很快被排泄；油剂型的吸收较慢，注射剂量可增大，在体内可以维持时间较长一些。 按吉布斯划分界面法，及根据Gibbs-Duhem关系等，可导出： 该式在下列情况下可使用： ① 第二液相无界面活性，即 ② 溶质及液体1在第二液相中完全不溶。 ③ 溶质与液体1在两相中的摩尔比相同，即 4.6.2 液液界面的吸附等温线 液液界面的吸附等温线大多为Langmuir型。 4.6.2 液液界面的吸附层结构 液液界面的饱和吸附量比溶液表面小，这反映了饱和吸附时每个分子所占面积在液液界面上大于气液界面，说明表面活性分子在液液界面上定向排列不太紧密，不是垂直定向，可能采取倾斜的方式，甚至可能有部分链接平躺在界面上。 由于表面活性剂分子的疏水基和油相分子间相互作用以及疏水基间的相互作用非常接近，于是油水界面吸附层中有许多油分子挤在活性剂的疏水基之间，使吸附的表面活性剂分子平均占有面积变大，吸附分子之间凝聚力变弱。 实验表明，表面活性剂碳氢链支链化一般对吸附量影响不大，进一步说明液液界面上表面活性剂分子不是垂直的紧密定向排列，倾斜方式给支链留下足够空间。 双水相体系：是指某些物质的水溶液在一定条件下自发分离形成的两个互不相溶的水相。 双水相体系首先发现于高分子溶液，此后发现某些表面活性剂也能形成双水相，如一些非离子型表面活性剂水溶液在其浊点之上可自发形成两个水相。有些阴阳离子表面活性剂混合体系在一定混合比和浓度范围内也能自发形成双水相体系。多聚物和表面活性剂混合物也可形成共组双水相体系。 研究表明，双水相体系不同水相之间的界面张力处于超低界面张力范围。下图为两种阴阳离子表面活性剂混合溶液形成的双水相体系的界面张力与摩尔比的关系。 图4-12表明，这类双水相体系，随着比例的增加，无论哪个组分，都使界面张力大大降低。 表面活性剂双水相的形成是一种特殊的相分离现象，两相的主要成分都是水，对阴阳离子表面活性剂双水相中含水量可高达99％以上。 双水相体系的重要应用是作为萃取体系用于分离提纯、分析生物活性物质。最大优势在于双水相体系可以为生物活性物质提供温和的环境，从而可在萃取过程中保持生物物质的活性及构象。 下图为非离子型表面活性剂形成双水相的示意图。 图中曲线是体系中两相共溶曲线，对不同体系，形状各异，曲线把图分为两部分，上部为双相区（2L），下部为单相区（L） 乳状液： 是一种或一种以上以液珠的状态分散在另一种与其不相混溶的液体中构成的体系。 被分散的液珠称为分散相或内相。分散相周围的介质称为连续相或外相。 乳状液是一种多相系统，具有很大的液液界面，很不稳定。加入乳化剂可以显著的增加其稳定性。 乳状液一般由两类液体组成，一类是水，另一类是油。 乳状液的类型有两种： （1）水包油型， 以O/W表示，是以水为连续相，油分散在其中，如牛奶等。 （2）油包水型，以W/O表示，是