第十一章 表面现象 一、教学方案 教学目的和 要求 ① 掌握表面 Gibbs 自由能和表面张力的概念；了解影响表面张 力的因素。 ② 理解弯曲表面附加压力产生的原因；掌握附加压力与曲率半 径的关系；能够利用 Laplace 公式进行计算。 ③ 了解弯曲液面上的蒸气压的特点；能够正确使用 Kelvin 公式， 并能够解释常见的表面现象。 ④ 理解溶液的表面吸附现象；掌握并能运用 Gibbs 吸附等温方 程式。 ⑤ 了解表面活性剂的概念、结构特点、分类及应用；能够分析 液体对固体润湿、铺展与接触角的关系。 ⑥ 了解溶液中固体表面的吸附规律。 教学重点 ① 表面张力及表面张力与温度的关系。 ② 附加压力与蒸气压与液体曲率半径的关系 ③ Gibbs 吸附等温式 ④ 接触角 教学难点 ① 表面张力的方向判断 ② Gibbs 吸附等温方程式 教学方法和 手段 ① 授课全部用多媒体电子教案； ② 辅导答疑采用电子邮件及在线论坛等模式; ③ 测验、考试的试卷由试题库自动组卷及试题分析。 教学内容及 课时分配 §11 －1 表面能, 表面张力 (1学时) §11 －2 界面的热力学性质 (1学时) §11 －3 弯曲表面现象 (2学时) §11 －4 溶液的表面吸附、表面活性物质 (2学时) §11 －5 几种重要的界面现象及表面活性剂的作用(1.5 学时) §11 －6 溶液中固体表面的吸附 (0.5 学时) 二、教案内容 § 11-1 表面能 , 表面张力 1. 界面与表面 当任意两相接触时 当厚度的过渡区 常称为表面。但由于历史的原因 常见的界面有：气 2. 表面 处于任何相态的任何物质的表面与其体相相比较 的能量状态和受力情况等方面均有差别， 为表面 1g H 2 呈一球形水滴 10 -7 m 表面现象涉及的范围很广：自然现象、工农业生产过程、生理现象、科学研究、 多相催化甚至日常生活 3.表面现象的实质任何两相界面上的分子与相的本体中的分子的处境是不一样 的。 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的， 抵销。 面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此， 界面层会显示出一些独特的性质。 (interface and surface) , 两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面 ,而是一个具有相 , 这一过渡区通常称之为界面。 若其中一相为气体， 这种界面通 , 这两个概念常常混用。 -液界面，气 -固界面，液 -液界面，液 -固界面，固 -固界面。 (界面 )现象 , 二者在组成、 结构、 分子所处 由此而产生的各种物理和化学现象称之 (界面 )现象。 O 表面积 (m 2 ) 表面能 (J) 4.84×10 -4 3.5×10 -5 微小质点 6000 434 各个方向的力彼此 但是处在界面层的分子， 一方面受到体相内相同物质分子的作用， 另一方 气相 液相←→ ↑ ↓ ↓↓ ↖ ↘ ↘↘ ↙ ↙↙ ↗ 4 表面功 （ surface work） 由于表面层分子与本体中分子的受力情况不同， 如果要 扩大表面就要把内层分子移到表面上来， 这就要与分子的引力相对抗而消耗一定 量的功。 在等温等压组成不变的可逆条件下，当增加的表面积为 dA 时，环境对体系作的 功，称为表面功。即 dAW σδ =' σ为比例系数，它在数值上等于在相应条件下增加单位表面积时对体系做的可逆 非膨胀功。 5 表面自由能 (surface free energy) 根据热力学的观点，在等温等压组成不变的可逆条件下 dAWdG σδ == ' σ为此条件下体系增加单位表面积时， Gibbs 自由能的增加值， 称为 比表面 Gibbs 引 力 愈 大 ， 表 面 张 力 愈 大 。 质 有 关 。 于 消 失 。 B npT A G ,, ? ? ? ? ? ? ? ? =σ 自由能 ，亦简称为 表面自由能 ，其单位是 J·m -2 。 6 表面张力（ surface tension） 因为 J＝ N·m, 所以 σ的单位也可以用 N·m － 1 表 示 。 可 见 表 面 自 由 能 (σ)又 代 表 了 单位长度上的力， 这种垂直作用于单位长度相表面上的力称之为表面张力。 在数 值上， 表面张力等与比表面自由能。 在方向上， 表面张力是沿着相的表面与相的 界面相切，并促使其表面积缩小的方向。 7 影响表面张力的几种因素 分 子 间 吸 引 力 ： 液 体 分 子 间 吸 相 界 面 性 质 ： 表 面 张 力 的 大 小 与 其 共 存 的 另 以 相 的 物 质 的 性 温度： 温度升高， 界面张力下降。 当温度接近临界温度时， 表 面 张 力 趋 近 压力： 压力升高， 表面张力减小。 可能与气体密度的增加和气体在液体中的吸附 有关。 § 11－ 2 界面的热力学性质广义比表面能热力学基本公式为： 若其他功只有表面 见 ， σ是在指定条件下，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。该关 的 关 系 纯 液 体 在 一 定 温 度 和 压 力 下 ， σ为一定值。 当体系分散时， dA > 0，则 dG > 0， 得 ' ' ' ' WVdpSdTdG WpdVSdTdF WVdpTdSdH WpdVTdSdU δ δ δ δ ++?= +??= ++= +?= dAVdpSdTdG dApdVSdTdF dAVdpTdSdH dApdVTdSdU σ σ σ σ ++?= +??= ++= +?= pTVTpSVS A G A F A H A U ,,,, ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? =σ 功时 , 上述方程可以写成：在相应条件下，可得到以下关系式： 可 系式称之为 广义比表面能 。 2 物 质 的 分 散 度 与 体 系 稳 定 性 即 对 表明了体系更加不稳定。 这就解释了为什么液滴呈球形和两个水珠碰在一起会自 发地合并成一个大水珠的原因。 3 表面张力与温度的关系 运用全微分的性质 , 由 pT A , ? ? ? ? ? =σ G ?? ? dAdG σ= dAVdpSdTdG σ++?= 可 pAPT TA ,, ?? ? ?? ? S ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? σ 因 为 当体系分散时，表面积增加，要消耗能量，所以是吸热过程， 此 个 结 论 与 σ 明 了 在 等 温 11－ 3 弯曲表面现象 T Q dS r δ = 0> r Qδ 因 这 A ? ? ? ? ? G ?? ? =σ Helmholtz 公式 表 § 在 三 通 玻 璃 管 随温度的增加而减少的实际情况完全符合。 4 体系表面的 Gibbs－ 等 压 条 件 下 ， 体 系 的 焓 值 随 表 面 积 的 增 加 而 增 加 的 数 值 。 1 弯曲表面现象关于弯曲表面现象的例子很多。例如： 0< ? ? ? ? ?σ , ?? ? pA T AppTpTpTpT T T AA T A ,,,,, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? HSH ? ?? ? + ?? ? = ?? ? ? ?? ? = σ 0> ? ? ? ? ? ?= ? ? ? ? ? T H σ σ ,, ?? ? ?? ? AppT TA 的 两 端 分 别 吹 出 大 小 不 同 的 两 个 肥 皂 泡 ， 当 开 通 两 边 活 塞 后 ， 立 即 发 现 消 泡 越 缩 越 小 ， 而 大 泡 越 涨 越 大 。 是 由 于 弯 曲 表 面 上 表 面 张 力 的 合 力 不 等 于 零 而 导 致 附 加 压 力 产 生 的 缘 故 。 2 弯曲表面现象的实质－－－附加压力 ， 因此达平衡时， 各个相对方向上的总 表 面 这 ↖ 对于水平液面， 表 面 张 力 与 液 面 平 行 张 力 能 够 相 互 抵 消 。 此时， 作用于液面的只有外力 p 和 p’， 二者的值大小相 等而方向相反，因此，Δ p = 0。 ↗ ↘ ↙ p' = p +?p ↓ ←→ P ↑ 对 于 凸 液 面 ， 作用在任一周界上的表面张力的合力不为零。 该合力而是指向液体 于 凹 液 面 ， 作用在任一周界上的表面张力的合力也不为零。 但该合力指向液体 内部 （曲面球心） ， 力图使表面缩小。 平衡时， 液面内部的压力大于外部压力。 P’ = p +Δ p。 对 外部（曲面球心） 。平衡时，液面内部的压力小于外部压力。 P’ = p －Δ p。 ↘↙ ↑ ↓ ↓ ?p p p' ↑ ↓ ?p p p' ↖ ↗ ↑ 3 附加压力与曲率半径的关系－－ Laplace 方程式在任意弯曲的液面上取一个曲 面小方块 ABCD，曲面边缘 AB 和 BC 的弧长分别为 x 和 y，所对应的弧的曲率 半径分别为 r 1 和 r 2 。 若沿着曲率半径延长线 d 的方向，向外移动很小距离 dz，扩大后的曲面位置为 A’B’C’D’，弧长增加到 x+dx 和 y+ dy。 曲面扩大后，曲面面积增加 dA 和体积增加 dV 分别为 : ydxxdyxydyydxxdA +=?++= ))(( xydzdV = 在等温等压下， 压力 ?p 所做的功应当相等，即根据相似三角形原理 得 Laplace 方程式 4 对 Laplace 方程式的几点说明 Laplace 方程式是一个普遍的关系式，适用于任何曲面下的Δ p 与 σ和 r 的关系， r 1 和 r 2 分别是曲面的最大和最小曲率半径。 依据数学上规定， 凸面的曲率半径取正值， 凹面的曲率半径取负值。 因此， 凸面 的Δ p 为正值， 即凸形液面下的压力高于平面液面下的压力； 凹面的Δ p 为负值， 即凹形液面下的压力低于平面液面下的压力。 'WdG δ= pdVdA ?=σ xydzpydxxdy ??=+ )(σ 表面积增加时， 体系 Gibbs 自由能的增量和反抗液体曲面的附加 1 r x 1 dzr dxx = + + 可 将 dx 和 dy 代 入 上 式 ， 整 理 后 得 1 r dx = xdz 22 r y dzr dyy = + + 2 r ydz dy = ? ? ? ? +=? 21 p σ ?? 11 rr ?? ∞== rr rrr 21 == 21 若液面为平面，则Δ p ＝ 液滴愈小，曲率愈大，所产生的附加压力也就愈显著。 由于液泡（如肥皂泡）具有内、外两个球形表面，所以 5 蒸气压与曲率半径的关系－－ 所形成的液珠越小， 其液面产生的附加压力也愈大， 这样 就导致了与之相平衡的蒸气压也愈大。 蒸气压与液滴表面曲率的关系可作如下推 导。 一定温度下，设平面液体和半径为 p ＊ 和 p 0 , 且 气 体 ， 则 ： 平面液体： 小液滴： 0。对球形表面，则 Kelvin 公式 液体分散成小液珠时， r 的小液滴的饱和蒸汽压分别为 气 体 为 理 想 r σ2 p =? r p σ4 =? 0 * 0 )()()( ln p p RT ggl +== μμμ 0 )()()( p ggl 0'' ln p RT r +== μμμ * )( ' )( ln p p RT r ll =?μμ )(lm T p ?? ? 对同一温度下的同种液体若平面液体和小液滴弯曲液面下的静压力分别为 和 所以 愈 V= ? ? ? ? ? ??μ 积分得： M 对凸形液面， 6 Kelvin 人工降雨 毛 介 p ＊ p ＊ +?p。因为 的 相 对 分 子 量 ， ρ (l) 为液体的密度。 r r r取负值， r值 小，小蒸汽泡中的蒸汽压愈低。 公式的应用 细 管 凝 结 和 液 体 上 升 两 种 大 小 不 同 的 晶 体 的 溶 解 度 稳 状 态 （ 过 饱 和 蒸 汽 、 过 饱 和 溶 液 、 过 冷 液 体 、 过 热 液 体 等 ） § 11－ 4 溶液的表面吸附、表面活性物质 p lm dp l * )( )( μ ∫∫ ?+ = pp Vd l *' )( μ μ r l lmll M pV r σ ρ )( )()()( μμ 2 ' ?=?=? r 是 纯 液 体 )l r ( * 2 ln r r M p p RT ρ σ = 取正值， 值愈小， 蒸气压愈大； 对凹形液面， )( * 2 s r M C ρ )( ln rs r C RT σ = 一 、 溶 液 表 面 的 吸 附 现 象 溶液表面的吸附现象在一定的温度下， 纯液体的表面张力有一定值， 且表面层 组 成 与 内 部 的 相 同 ； 但加入溶质后， 表面张力会发生变化， 且溶液表面层的浓 不 同 于 其 内 部 浓 度 。 张 力 的 物 质 。 非表面活性物质：能使水的表 面张力明显升高的物质。 （如无机盐和不挥发 的酸、碱等。 ） 由于降低溶液表面自由能是自发过程，所以表面活性物质倾向于在溶液表面聚 ， 而非表面活性物质则倾向于进入溶液内部。 它们的这些倾向都使得溶液表面 起 溶 液 表 面 层 的 吸 附 现 象 。 正吸附：溶质在表面层浓度大于溶液内部浓度。 正吸附：溶质在表面层浓度小于溶液内部浓度。 2 溶液表面层的吸附量与溶液浓度的关系 －－－ Gibbs 1 的 度 表 面 活 性 物 质 ： 能 显 著 降 低 水 的 表 面 A σ B C 浓度 集 层 浓 度 不 同 于 其 内 部 浓 度 ， 而 引 等温吸附方程式 T aRT a ?? ? ?σ ? ? ? ? ?=Γ 若 溶 液 浓 度 较 稀 ， 也 可 写 成 ： dσ/da 是在等温下， 表面张力 σ 随溶质活度的变化率； Γ是溶液 其单位为 molm － 2 , 意义为单位表面上溶质超过体相的物质的量 按 同 量 溶 剂 相 比 ） 即 式 中 n 1 b 和 n 2 b 为溶液体相中溶剂和溶质的物质的量， n 2 s 溶 质 的 物 质 的 量 T c ? ? ? ? ? ? ? ?σ RT c ?=Γ a 是溶质的活度； 表面的吸附量， （ 为表面相中与溶剂的 n 1 s 相 结 合 的 。 b b 1 2 相当于按体相中溶质、 n 1 s 中所应有的溶质的物质的量， A为表面积。 正吸附和负吸附 ， Γ为正值，表现为正吸附。 ， Γ为负值，表现为负吸附。 Γ＝ 0，无吸附作用。 4 饱和吸附量 s n n n 1 溶剂的比例计算，在溶剂的 3 时 时 时， A n n nn b b ss 1 2 12 ? =Γ 0< ? ? ? ? ? T c ???σ 0> ? ? ? ? ? T c σ ? ? ? 0= ? ? ? ? ? ? ? T c σ ? 式 表 示 ： 为与溶质的表面活性大小有关的经验常数。 ure) 当浓度很小时，溶液表面张力与浓度具有线性关系，即 表 面 压 对稀溶液，可认为： 饱和吸附量与浓度的关系与 Langmuir 吸 附 等 温 式 相 似 的 经 验 公 kc+ Γ ∞ 1 kc =Γ K 5 表面压 (surface press Kc?= 0 σσ RTRT Kc σσ ? ==Γ 0 K 为常数， σ 0 为纯溶剂的表面张力，则 Gibbs 吸附等温式为 若 定 义 =Π σσ ? 0 A n s 2 =Γ c ? ? ∞ RTaRTnA s =Π=Π 2 或 则 中 a 为表面含 1mol 溶质时所具有的表面积。该式可看成是二维表面理想气体 程 式 。 表面压可理解为， 若溶液表面上有一浮片， 在单位长度浮片上所施加的 。 二、表面活性剂的基本性质 表面活性剂的两亲结构 分 子 结 构 观 点 看 ， 表面活性剂的分子中都有一个共同的特点， 即含有亲水的极 基 团 和 憎 水 的 非 极 性 基 团 。 如 ： 两 亲 分 子 （ 硬 脂 酸 ） 界面吸附及定向排列 式 方 力 1 从 性 H 2 当 它 3 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C C O H HHHH H H OH H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C 溶 液 浓 度 较 稀 ， 吸 附 量 不 大 时 ， 表 面 活 性 剂 分 子 在 表 面 层 有 较 大 的 活 动 范 围 ， 们 的 排 列 不 那 么 整 齐 ， 但 其 憎 水 基 团 仍 然 倾 向 于 逸 出 水 面 。 单分子膜的应用 当 达 到 饱 和 吸 附 时 ， 表面活性剂分子在水溶液紧密而有规则地定向排列着， 水的 面 就 像 覆 盖 一 层 薄 的 表 面 膜 ， 称 之 为 单 分 子 膜 。 表面活性剂在水中的浓度达到一定数值后， 它在表面层中的超额为一定值， 与本 体浓度无关， 并且和它的碳氢链的长度也无关。 根据这种紧密排列的形式， 可以 计算每个分子所占的截面积和其长度。 计算每个分子所占的截面积：当达到饱和吸附时 ∞ 可以 作为单位表面上溶质的 物质的量，因此 L 是 Avagadro 常数。 计算每个分子的长度： 当达到饱和吸附时， 单分子膜的厚度可作为该分子的长度， 、 g 和 ρ分别是膜的体积、 质量和密度。 结合分子中碳原子数， 可进一步求出碳 原子间的平均距离。 4 亲水亲油平衡 (hydrophile-lipophile balance) 表 , Γ L ∞ ∞ Γ A = 1 AA ρ 即 gV l == V 5+憎水基质量亲水基质量 100 HLB ×= 亲水基质量 值 表面活性剂分子在溶液表面定向排列的稳定性及性能和用途， 与表面活性剂分子 极 性 这 个 比 值 称 为 亲 水 亲 油 平 衡 ， 称 HLB。对非离子型的表面活性剂， HLB 的计算公式为： LB 值愈高表示表面活剂的亲水性愈强；相反，则其亲油性愈强。 胶束的形成 饱 和 吸 附 前 与 分 子 定 向 排 列 的 同 时 ， 溶液内的表面活性剂分子就开始三三两两 CMC 有一定值， 它是表面活性剂表面活性的 种 量 度 ， 是研究表面活性剂性质时的重要参数。 当溶液达到 CMC 时， 许多物 性 质 （如： 表面张力、 粘度、 电导率、 密度、 渗透压、 可溶性等） 几乎都会发 显 著 的 变 化 。 胶束的形状和大小 束 的 形 状 与 大 小 与 表 面 活 性 剂 的 浓 度 有 关 。 一般在较稀浓度时以单纯小型胶束 在 ； 当浓度达到 CMC 后， 若 继续增加活性剂浓度， 胶束可以呈球形、 扁圆形， 状 、 栅 板 层 状 等 形 式 。 中 基 的 亲 水 性 和 非 极 性 基 的 憎 水 性 之 比 有 关 ， 简 H 5 在 地聚集起来，互相把憎水基靠在一起，较少憎水基与水的接触面积而趋于稳定， 这种多分子的聚集体称之为胶束 (micelle)。 临界胶束浓度 (CMC, critical micelle concentration) 溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。 在一定温度下， 各种表面活性剂的 一 理 生 7 胶 存 棒 三、表面活性剂的分类和性能 ? ? ? ? ? ? ? 非离子型 离子型 表面活性剂 ? ? ? ? ? 两性型 阳离 子型 阴离子型 ? ? ? ? 23 3 3 NaROPO NaRSO NaROSO 磷酸酯盐 磺酸盐 硫酸酯盐 阴离子表面活性剂 ? ? －＋ 季铵盐型 ClN)R(CH 23 ? ? －＋ 甜菜碱型 两性表面活性剂 COOCHN)R(CH 223 ? ? ? ? ? 高分子表面活性剂 硅表面活性剂 氟表面活性剂 特殊类型表面活性剂 ? RCOONa 羧酸盐 ? ? ? ? ? －＋ 胺盐型 阳离子表面活性剂 ClRNH 3 ? ? ? 多元醇型 聚乙二醇型 非离子型表面活性剂 ? 氨基酸型 COOHCHRNHCH 22 1 ?润湿作用 （通常是水或水溶液） 湿 是 指 液 体 与 固 体 接 触 后 ， 其接触面由原来液－气和固－气表面变为固－液界 的 过 程 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?→? ?→? 固体表面）固／液（同时液体铺满固／气铺展： 固体浸入液体的过程浸湿： 固／液液／气＋固／气沾湿： 润湿作用 § 11-5 几种重要的界面现象及表面活性剂的作用 (wetting) 润湿作用是指固体表面上的一种流体 （通常是气体， 也可是液体） 被另一种液体 所取代的过程。 因此润湿过程涉及三个相， 是在表面及界 面进行的过程。 沾 面 液 液 → 浸 湿 是 指 固 体 浸 入 液 体 中 的 过 程 。 固 固 铺 展 过 程 实 质 上 是 以 固 － 液 界 面 代 替 固 － 气 表 面 的 同 时 ， 液体表面也同时扩展并 满 固 体 表 面 。 等 → 液液 固 固 气 液 固 铺 气 液 固 在 润湿程度愈大。因此，体系润湿的程度可用单位界面自由能的变化来衡量。如： 若 固 变化为： 温 等 压 下 ， 润湿过程是体系表面 Gibbs 自由能降低的过程， 自由降低值愈大， 形 成 一 个 固 ／ 液 界 面 ， 则体系单位界面自由能的 ／ 气 与 液 ／ 气 两 个 表 面 接 触 slgsgl G ??? ?+=?? σσσ 由 于 σ s-g 和 σ l-s 都是目前无法直接准确测定的物理量， 因此为了判断润湿程度， 以 接 触 角 作 为 衡 量 的 尺 度 。 接触角 (contact angle) 气 、 液、 固三相交界点， 气 -液与气 -固界面张力之间的夹角称为接触角， 通常 θ 表 示 。 当力的作用达到平衡时， θ角的大小取决于 σs s-g 、 σs l-s 及 σ l-g 三个表面张力矢 量间的关系，即 此 ， 固／气与液／气两个表面接触形成一个固／液界面时， 体系单位界面自由 的 变 化 为 ： 在 玻 璃 表 面 上 ； 现 完 全 不 润 湿 的 固 体 ； 常 2 在 用 因 能 利用接触角的大小可以估计润湿程度： 　θ < 90o， 称 为 润 湿 ， 如 ： 水 　θ > 90o，称为不润湿，如：汞在玻璃表面上； 　θ＝ 180o， 代 表 完 全 不 润 湿 ， 尚 未 发 θσσσ cos gl?slgs ?? += 气 固 气 液 固 θθ 液 )cos1( θσ +=?? ?gl G 　θ＝ 0o ，代表完全润湿，如：液体在固体表面的铺展。 润湿作用的应用 3 增溶作用 (solubilization) 在溶剂中添加表面活性剂后, 能明 显使本来不溶或微溶于溶剂的物质溶解或使 称为增溶物；加入的表面活性剂成为增溶剂。 胶束有关； 很小，说明增溶不同于真正的溶解。 内芯，如：正庚烷、苯等非极性简 溶方式； 到原胶束层中形成混合胶束，如：具有长碳链的醇、 ，称为 破乳剂，将乳状液中的分散 剂将油与水分开。 在乳状液中，以 。其中一相是水，极性很大；另一相是有机液体，极性很小，称为 “油” 。 而分散在水中； 其溶解度增加的现象称为增容作用。 一般把被增溶的物质 增溶作用有如下特点： （1）与溶液中增溶剂形成的 （2）增溶是热力学稳定体系； （3）增溶对溶液的依数性影响 增溶作用的机理： （ 1）增溶物进入增溶剂的球形或层状胶束的 单碳氢化合物的增 （2）增溶物或深或浅地穿插 酸等极性有机物的增溶方式。 （ 3）聚乙二醇型非离子表面活性剂水溶液增溶时，可能靠醚氧键把增溶物包藏 在胶束外层曲折的聚氧化乙烯的亲水链中。 增溶作用的应用 4 乳化作用(emulsification) 两种互不相溶的液体，其中一种液体以极细小的液滴（一般直径约 10～10m ）， 均匀分散到另一种液体里的过程，称为乳化作用；所形成的体系称为乳状液。乳 状液是热力学不稳定体系， 要使它稳定存在必须加乳化剂，乳化剂多是表面活性 剂或固体粉末等。 有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂 相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳 极小液滴的形式存在的不连续的相称为内相，而与之不互溶的另一连续的液相称 为外相 这样乳状液可分为两类： 水包油型（O/W ） ：油为内相 油包水型（ W/O） ：水为内相而分散在油中。 乳 状 液 的 类 型 不 仅 与 两 液 相 的 相 对 量 有 关 ， 更重要的是还决定于加入乳化剂的性 值在 8～ 15 之间易形成 O/W 乳状液， HLB 值在 3～ 6 之 液 。 状 液 的 应 用 何 破 坏 乳 状 液 泡 作 用 (foaming) 气 相 分 散 于 液 相 中 时 ， 被液膜包着的气泡称为泡沫， 形成泡沫的过程称为起泡 用 。 为 形 成 稳 定 的 泡 沫 ， 需 加 入 起 泡 剂 。 质。 表面活性物质的 HLB 间易形成 W / O 乳 状 当乳化剂是固体粉末时，水对固体润湿性强时生成 O/W 乳状液，油对固体润湿 性强时生成 W / O 乳状液。 乳 如 起 当 作 消泡剂 起泡能力与泡沫稳定性： 前者是指泡沫形成的难易程度合生成泡沫量的多少； 后 者 是 指 沫塑料、漂染织物和洗涤去污等。 洗涤作用 去掉的过程；其中若是从纤维、金属表面等除去污垢，也可称为去污作用。 去污作用除机械搓洗作用外， 种复杂作用的综合。 性 ， 即泡沫的寿命。 泡沫的应用： 浮选法、 泡沫灭火、 泡生 成 泡 沫 的 持 久 (detergency)洗涤作用是指利用表面化学的方法将固体表面的外来物质 表面活性剂的作用是润湿、 乳化、 增溶和起泡等多 干洗表面活性剂 HLB 值与性质的对应关系 例计算其 HLB 值。§ 11－ 6 溶液中固体表面的吸附 表 观 从上述几种重要的界面现象来看， 表面活性剂起着重要的作用。 然而， 表面活性 剂的性能和用途，与其 HLB 值有着一定的联系，见下图所示。在实际使用中。 当某一表面活性剂的 HLB 值不合用时，也可采用复合表面活性剂，并按混合比 吸 附 量 ： 是溶质被吸附的物质的量， V 是溶液的体积。 这种计算是假设溶剂未被吸 附，因此所得结果只是相对的，故称表观吸附量。 固－液界面的吸附经验规律 多。 ?极性的吸附剂易于吸附极性的溶质，非极性的吸附剂易于吸附非极性的溶质。 ?以离子键或极性键组成的吸附剂对离 子的吸附作用除界面作用外还有静电作 吸 附 。 ?固体对离子的吸附常常是固体晶格上的同名离子或化学成分相近，结晶构造相 似的物质的粒子。 参考文献 ［ ］ istry, 3 rd , Ed., Revised and Expanded, Marcel Dekker, Inc. New ［ 2］ 江龙，胶体化学概论，北京：科学出版社， 2002。 ［ 3］ 沈钟，王果庭，胶体与表面化学，第二版，北京：化学工业出版社， 一般是将一定质量 m 的吸附剂与定量的已知浓度 c 1 的溶液一同摇动， 达到平衡 后在测定溶液的浓度 c 2 ， 从 浓 度 的 改 变 计 算 出 吸 附 量 mm ccVx a )( 21 ? == 式中 x 2 ?Traube 规则： 使固－液界面表面自由能降低最多的溶质 被吸附的量最 ?溶解度越小的溶质越易被吸附。 用。 ?对同号离子而言，离子价数高、离子水化程度低和离子变形性大等有利于离子 被 : 1 Hiemeng PC and Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chem York, 1997. 1997。 ［ 4］ 傅献彩，沈文霞，姚天扬，物理化学（第四版）（下册），北京：高等 ［ 5］ 周祖康，顾惕人，马季铭，胶体化学基础，北京：北京大学出版社， 1984。 ［ 6］ 陈宗淇，戴闽光，胶体化学，北京：高等教育出版社， 1984。 教育出版社， 1995。