材料表面与界面课件：第六章 固液界面（第一章）.ppt

1、2022-1-23第六章 固液界面1第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面2润湿（wetting）现象: 水在清洁玻璃表面上铺展开润湿 叶片上的水珠，玻璃上的水银珠不润湿固液界面的产生： 暴露在空气中的固体会吸附气体，此时再与液体接触，若所吸附的气 体被排开，则此时产生固液界面润湿作用： 用液体取代空气，将固气表面接触代之以固液界面接触的过程。液体在什么条件下可润湿固体？润湿的判据？固体和液体间的润湿性质可以改变吗？怎样改变？第六章 固液界面6.1 润湿过程的能量 润湿过程可分为三类： 粘湿（粘附润湿adhesion wetting） 浸湿 (immersion wetting)

2、铺展 (spreading wetting)2022-1-23第六章 固液界面36.1.1 粘湿第六章 固液界面概念：变液气界面及固气界面为固液界面的过程 能量： G = sl sg lg， 令： Wa = - G Wa为粘附功 则： Wa = lg +sg sl ， 恒温条件下，Wa0（或G0）是发生粘 湿的条件。 Wa越大，体系越稳定，固液界面结合得越牢。 任何使sl减小的作用因素都可增大发生粘湿的倾向 并增加粘附的牢度。2022-1-23第六章 固液界面46.1.2 浸湿概念：固体浸入液体，固气表面为固液界面 所代替的过程。 能量： Wi = -G = sg sl Wi：浸润功。其大小可

3、以反映液体在固 体表面上取代气体的能力。第六章 固液界面6.1.3 铺展 能量： S = -G =sg-sl-lg S： 铺展系数 恒温恒压条件下，S0时，液体可以在 固体表面上自动展开。 由于浸润功 Wi=sg-sl 所 以 S = Wi-lg 要 S 0，则必须要浸润功 Wi lg2022-1-23第六章 固液界面56.1.4 润湿过程的比较 粘湿 Wa = sg-sl+lg0 浸湿 Wi = sg-sl 0 铺展 S = sg-sl -lg0 对一个体系而言： Wa（粘附功） Wi（粘附张力或浸润功） S(铺展系数) 若S0,则Wi和Wa必大于0，即凡能铺展的必定能浸润与粘湿，但能浸湿

4、与粘湿的不一定能铺展。通常用S作为系统润湿程度的指标。 上列三个过程都涉及粘附张力（浸润功）Wi = A = sg-sl 显然sg越大，sl越小，差值越大，越有利于润湿 lg对三种润湿贡献不同： 对粘湿，lg大有利 对浸湿，lg不起作用 对铺展，lg小有利第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面66.2 润湿接触角和Young方程6.2.1 润湿接触角和Young方程 将液体滴于固体表面上，液体或铺展而覆盖固体表面,或形成一液 滴停于其上。 当液滴滴到固体表面上时，所形成的形状用接触角来描述。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面7接触角： 在固液气三相交界线上任意点O的

5、 液体的表面张力lg 与液固界面张 力sl间的夹角。 平衡时三相点处各界面张力sg lg sl一般服从 Young方程： 或 （1805） 其中lg sl力图使液滴收缩，sg力图使液滴展开 Young Young方程或润湿方程方程或润湿方程，是研究是研究s-ls-l润湿的基础润湿的基础 lgcosslsgcoslgslsg第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面86.2.2 润湿性好坏的判据 = 0 铺展（完全湿润）(cos=1；sg=lg+sl)， =180 完全不湿润，液体在固体表面凝集成小球 0 90 润湿，且越小，润湿性越好 90 金属 盐类 塑料 荷叶 等 润湿性 减小 表

6、面能 降低 固体的表面能越高，越容易发生润湿作用。 西斯曼（zisman）把固体分为两大类： 凡表面能高于100mN/m(mJ/m2)的固体叫高表面能固体，其表面也叫高 能表面。 凡表面能低于100mN/m(mJ/m2)的固体叫低表面能固体，其表面也叫 低能表面。 有机固体大都属低表面能固体，表面能与一般液体相仿，甚至更低； 无机固体大都属高表面能固体，常见的金属及其氧化物，卤化物及各 种无机盐的表面能级在5005000的范围。 第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面246.4.1 低能表面的润湿性质 同系列液体对同一低能表面的接触角，随液体表面张力降低而减小，即 cos随减小而增

7、大。 第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面25 将直线外延到cos=1处，相应的液体表面张力值指示此液体系列中表面张力大于此值者皆不能在此固体上自行铺展，只有同系物中表面张力小于此值的液体方可在该固体上自动铺展。 当cos1时的lg即为该固体的临界表面张力c。 临界表面张力的物理意义： 表面张力小于某固体c的液体才能在该固体上铺展。 第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面26第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面276.4.2 高能表面上的自憎现象 一些低表面张力液体，在金属、氧化物等高能表面上不能自动铺展，而 形成具有相当大接触角液滴的现象。 原因：两亲

8、分子以亲水基固定于高能固体表面，形成疏水基向外的单分 子层吸附膜，高能表面变成了低能表面。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面286.4.3 表面活性剂对润湿性的影响 润湿剂：加入SAa提高液体的润湿能力 固体表面改性剂：通过表面活性剂在固体上的吸附改变固体表面性质A：高能变低能表面（吸附层） B：疏水变亲水第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面296.5 润湿的应用第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面30第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面31第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面32第六章 固液界面2022-1-23第六章

9、固液界面33第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面34第六章 固液界面透湿防水织物介绍2022-1-23第六章 固液界面35第六章 固液界面6.6 6.6 固液界面的吸附作用固液界面的吸附作用 当液体与固体表面接触时，由于固体表面分子对液体的作用力大于液体分子间的作用 ，液体分子将向固液界面密集（变浓），同时降低了固液界面能。这种密集作用即发生了吸附。 若液体为两种或两种以上物质构成的溶液，其各组分被固体吸附不同，因而在液相中的浓度也将发生相应的变化，即： 它们在固液界面上的吸附量不同。 溶液吸附的应用可追溯到几千年前的天然纤维着色，饮料的净化、脱色等。 现今更渗透在农业生产和日常

10、生活的各领域，但至今还处于 积累数据，探索机 的阶段 。理2022-1-23第六章 固液界面36第六章 固液界面6.6.1 固液界面吸附的特点 1. 吸附情况复杂 由于溶液成分多，吸附剂可吸附溶质，也可吸附溶剂，同时还涉及 溶质、溶剂和吸附剂三者间的相互作用。 固气表面吸附：空白表面被吸附分子 固液界面吸附：被吸附溶质被吸附溶剂2. 表观吸附量 溶液吸附的吸附量大多是根据溶液中某组分在吸附平衡前后浓度的变化确定。mccVmx)(21m: 吸附剂的质量， x: 被吸附物质的数量 （mol或g），V: 溶液体积，C1：溶液吸附前的浓度，C2：吸附平衡时溶液的浓度。2022-1-23第六章 固液界面

11、37第六章 固液界面3. 杂质的影响 a: 溶剂杂质可能与溶质浓度数量相近 b: 吸附剂的可溶性杂质会造成影响 硅胶自干燥苯和未经干燥的苯中吸附硝基苯所得吸附等温线形状完全不同2022-1-23第六章 固液界面38第六章 固液界面4. 平衡时间长，并需要采取帮助扩散的措施 与气相在固体上的吸附不同，液相吸附时，液体分子量较大，且存在着各种分子间相互作用，影响它们的扩散。对于孔性固体，特别是微孔固体，欲达到平衡需很长时间，并需采用搅拌、振荡、超声等方法在保证不改变各组分和吸附剂的性质和结构的前提下，促进吸附进行，帮助扩散。5. 液相吸附可以是物理吸附，也可为 化学吸附，一般以物理吸附居多 溶液中

12、溶剂与溶质在固体表面吸附的难易取决于它们表面作用力的强弱。一般来说，固体表面性质相近的组分易被吸附。 6. 温度恒定时测平衡前后浓度变化 酸碱滴定法、比色法、色谱法、干涉仪法、分光光度法、电导等2022-1-23第六章 固液界面396.6.2 固体自稀溶液中的吸附吸吸 附附 平平 衡衡：被吸附溶剂溶液中溶质 = 被吸附溶质溶液中溶剂吸附等温线吸附等温线： 保持温度不变，表示吸附量与平衡 浓度之间关系的曲线称为吸附等温 线。 Giles研究和总结了稀溶液吸附等温线，将其分4 类18种(图42)，分类的主要依据是等温线 起始段的斜率和随后的变化。 这四类等温线分别称为S、L、H形和C形等温线。第六

13、章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面40S形等温线：特点：等温线起始段斜率小，凸向浓度轴，表明溶剂有强烈 的竞争吸附作用。随平衡浓度增加，吸附量有较快上升的阶 段，这是由于被吸附的分子与体相溶液中溶质分子的作用或 因少量溶质分子吸附引起固体表面性质的变化。L形等温线 特点：等温线起始段斜率大，凸向纵轴，表明溶质比溶剂更 易吸附，在中等平衡浓度吸附量常有一趋于定值的区域。H形等温线 表示的是溶质在吸附剂上有强烈亲和作用的吸附，如化学吸 附、离子交换和大分子的吸附。C形等温线 的起始段为直线，表明溶质在吸附相和体相溶液间恒定分配。 这类等温线少见。 随着平衡浓度增加，各类型等温线形状变化

14、多样，大多可用多层吸附的发生、溶质活度的变化、吸附剂孔效应等作定性解释。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面411. Langmuir等温式等温式 设吸附层是由溶质和溶剂分子组成的二维理想溶液，溶质和溶剂分子 吸附在固体表面上所占面积大小一样。 覆盖率（溶质）的表达式: :溶质的吸附量，： 1 的吸附量，n2r：溶质 被吸附的量，nr：溶质与溶剂的吸附量之和（mol）， a2L: 溶质在液相中的活度 b：吸附热有关常数(均匀表面)llbabann2221 将上式变形：对稀溶液：a2l= C2(溶液的浓度) 以 对C2作图，可求得和 b 当用mol/g表示时，与吸附剂比表面积S的关

15、系 am：每个分子的截面积llaba221221cbcmaNS02c第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面422. Freundlich等温式等温式 对不均匀表面，b不是常数，在此情况下，所得等温线为指数型等温线 k.n均为经验常数，其值与温度，吸附剂和溶质的本性有关3. 多层吸附的多层吸附的BET二常数公式经验式二常数公式经验式 有限溶解物质的吸附在平衡浓度接近其饱和溶液浓度时吸附量常急剧上 升，等温线如气体吸附的型等温线，有多层吸附的特征。将BET 二常数公式中的p/p。换为cc0(c0为有限溶解物质饱和溶液浓度) 常可描述这类等温线。按此式处理得到的二常数都只有经验意义。nk

16、c122lg1lglgcnk 第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面436.6.3 影响自稀溶液吸附的因素 主要讨论吸附剂、溶质和溶剂的极性对吸附量的影响。 吸附剂：炭 表面极性小或非极性； 硅胶 表面极性较大 溶 剂：水 极性溶剂； 苯、甲苯 非极性溶剂 A：活性炭（active carbon） 比表面：5001500m2/g，特殊20003000m2/g 孔结构复杂（一般认为大孔50nm，250nm中孔，丙酸乙酸甲酸 大量实验结果证明，同系有机物在水溶液中被极性小的吸附剂吸附时，“吸附量随着碳链增长而有规律地增加”。Traube规则即：非极性吸附剂总是易自极性溶剂中优先吸 附极

17、性小的组分。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面47反反Traube规则规则: “极性吸附剂总是易自非极性溶剂中优先吸附极性大的组分” 硅胶为极性吸附剂。硅胶自甲苯中吸附脂肪酸吸附量的顺厅为：乙酸丙酸丁酸辛酸. 关 于 有 机 同 系 物 在 两 种 典 型 吸 附 剂 活 性 炭 和 硅 胶 上 的 吸 附 行 为 ，A.W.Adamson等曾作了一系列的研究。他们指出，自溶液中吸附时，影响Traube规则的因素很多，已经证明，同系物的吸附次序可因吸附剂性质，吸附剂活化条件、溶液浓度或溶剂的不同而完全相反。因此根据体系的性质预示吸附规律时，必须十分小心。第六章 固液界面2022

18、-1-23第六章 固液界面482. 影响因素 吸附剂的性质： 表面状态： 各种固体都有自身的表面特性，同类吸附剂由于制备条件 不同表面状态也不同。 比表面积： 比表面积大，活性大（可供进行吸附的位置多）。 孔 结 构： 孔大，扩散速度快，平衡吸附量小；孔小，扩散速度慢， 平衡吸附量大。 温度的影响： 原则上讲，降低温度对吸附有利，升高温度对吸附不利.(吸附是放热过程) 例 外：溶解度随温度上升而降低的物质（非离子表面活性剂） 多孔吸附：吸附速度很慢时，升高温度有利于扩散。 pH值的影响 ： pH值不同将影响吸附剂表面带电情况。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面49 溶解度和界面

19、张力的影响： 水中溶解度越大的物质越易在硅胶上吸附。即：可以用物质在水中 的溶度大小来衡量其在硅胶表面上吸附量的大小。 硅胶表面具有类似于水的性质。因此可以设想，越易溶于水中的物质，将越易为 硅胶所吸附。 与水的界面张力越低的物质越易在硅胶表面上吸附。 溶解度与液液界面张力有密切关系。 第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面50第六章 固液界面6.6.4 混合（复合）吸附等温线（composite adsorption isotherm） 若溶液是由组分1和组分2组成 吸附前： ，浓度以摩尔分数表示: 吸附后: 和 分别表示1g固体表面上物质1和物质2的物质的量。 和 表示溶液本体

20、相中1和2物质的量， 则 ：吸附前后液相中2的浓度变化。 2022-1-23第六章 固液界面51第六章 固液界面由2022-1-23第六章 固液界面52第六章 固液界面 某一组分的负吸附仅仅意味着该组分在固体表面上的浓度小于溶液体相中的浓度，并非在固液界面不存在这种组分。2022-1-23第六章 固液界面53第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面54第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面556.6.5 对高分子的吸附对高分子的吸附 对可溶性高分子(主要是线性高分子，例如合成橡胶、纤维、聚乙烯)，吸附剂大多 用炭 (这与橡胶工业有关)，溶剂大多是极性较大的有机溶剂。 吸附

21、大致特点如下： (1) 高分子的分子体积大，形状可变，在良溶剂中可以舒展成带状，在不 良溶剂中卷曲成团，吸附时常呈“多点吸附”，且脱附困难； (2) 由于高分子总是多分散性的(即分子量有大有小)，所以吸附时与多组 分体系中的吸附相似，即吸附时会发生分级效应； (3) 由于分子量大，移动慢，向固体内孔扩散时受到阻碍，所以吸附平衡 极慢； (4) 吸附量常随温度升高而增加(也有相反的例子)。 第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面56高分子在固体表面上的吸附形态a 为高分子链的单点吸附，较易脱附， 不多见；b 为多点吸附，实为链段吸附；c 为平躺的多点吸附，最牢固；d 为无规线团的吸附

22、，可认为是高分子在溶液中的构型，吸附层的 厚度接近于无规线团的直径；e 为不均匀的链段分布，距表面越远，链段密度越低； f 为多层吸附，亦不多见。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面57高分子的吸附等温线等温线的特点： 总体说，符合Langmuir公式，浓度低 时吸附量迅速上升，而后变得平缓并 很快达到饱和吸附。温度对吸附量的影响：温度升高，吸附量增加。 这表明此吸附过程是吸热的。可以理解， 高分子吸附熵将降低，但被吸附的众多 溶剂分子脱附时又使溶剂的熵增加，所以总熵还是增加的。这说明，在此情况下 高分子的吸附是由熵因素控制的，而不是焓（能量）因素控制的。第六章 固液界面2022

23、-1-23第六章 固液界面58高分子在非孔性固体上吸附时，饱和吸附量 与高分子的分子量M通 常有如下关系 式中K为常数，与溶剂性质有关在不良溶剂中K值 增大； a 是与分子量和吸附状态有关的参数，常有下列几种情况： （1） a=0, As =K，吸附与分子量无关，此时高分子的链段平躺在固体表面上如c。 （2） a=1，吸附量与分子量成正比，此时高分子链为单点吸附图449(a)； （3） 0a nSiO32-2(n-x)Na+ 2x- xCa2+ + 2xNa+ + (m-x)Ca2+ 玻璃带正电，而溶液一侧界面带负电第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面603. 离子吸附 固体物质

24、在溶液中能选择性地优先吸附某种离子。 与组成成份性质相似的离子，往往容易优先吸附。4. 摩擦接触 非导电固体物质，在高速流动的流体中（包括非电离或不水解物质的 溶液中），由于两相接触而产生电荷。介电常数较大的相荷正电。 例：苯在玻璃管中流动会使玻璃管壁带正电而引起放电燃烧。带电本质：由于固体与介质（液体）的接触及相互作用，结果使得固体 表面电荷分布不均匀而在固液两相间产生电势差。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面616.7.2 双电层模型双电层模型 双电层(double layer)：带电的固体表面与带反电荷的溶液所组成的物 理区域或形成电势差的层间形式。 1. Helmhol

25、ts模型平板双电层模型 固体表面为一个带电层，离开固体表面一定距离的溶液是另一个带相反 符号电荷的带电层。 二个带电层相互平行，整齐的排列，又叫平板双电层模型。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面62 当溶液的介电常数为，正负电荷间的距离为，固体表面电荷密度为（1cm2固体表面所带电量）时，双电层电势差与固体表面电荷密度有 Helmholtz公式 0 为表面势位（热力学势位） 若是吸附单价离子，形成一个单离子层，每个离子的面积为1032， 80， 00.1V时， 4.4 nm 这个距离以外是电中性的 4.81013e.s.u电量/ 2 4800e.s.u电量/cm2,400431

26、010108.4每个离子的面积每个离子的电量第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面632. Goug-Chapman模型要点：既考虑溶液中离子的热运动，又考虑电引力而被拉近固体 表面，从而达到引力和热扩散的平衡。假定：（1）固体是平板表面，而且表面上电荷是均匀分布的 （2）把离子看成点电荷，在x方向的扩散服从Boltzmann分布 （3）溶剂的介电常数在整个区域内不变 （4）溶液中的电荷分布符合Poisson方程 一个带正电的固体表面，表面电势0，溶液中某一点的电势为。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面643.Stern模型和电势 1924年Stern综合了上述两种

27、模型中的合理部分提出如下假设： 双电层的溶液一侧由两层组成: 第一层离子在固体表面附近，其分布情况与在溶液里不同，由于固 体表面上静电吸引和范德华力对离子有一定的吸附作用，使被吸 附离子紧贴在固体表面，形成一个固定的吸附层，叫紧密层或 Stern层。 第二层为扩散层，它从紧密层开始到溶液内部。 紧密层与扩散层间具有滑动面。紧密层与扩散层间具有滑动面。 由于离子的溶剂化作用，当固液两相作相对运动时，紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑动面是在紧密层（Stern层）与扩散层的界面上。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面65 带有溶剂化层的滑动面与溶液内部电势为零的地方的电势

28、差称为 电势。 只有在质点移动时才能显示出 电势，所以又称电动电势。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面666.7.3 粘土微粒的双电层与粘土微粒的双电层与 电势电势粘土矿物（clay minerals） 是组成粘土岩和土壤的主要矿物。它们是一些 含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物。颗粒极细，一般小于0.01毫米。1. 粘土微粒表面电荷的产生Si-O-H 键和Al-O-H键 Si-O-H：SiO键结合力强，Si-O-H中的H+易脱落，使表面带负电 Al-O-H：酸性条件：OH较易脱落，使表面带正电 碱性条件：H+ 较易脱落，使表面带负电硅氧四面体层中的Si4部分被Al3取代，铝氧八面

29、体中的Al3部分被Mg2，Ca2取代，结果使粘土表面带负电。HSiOSiOH22332第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面67第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面68 2. pH值对粘土电势的影响 在粘土一水系统中，如果未加入电解质，则粘土微粒双电层中的反离子主要是H+。系统pH值的变化，即H+浓度的变化，将影响双电层的厚度与电势当pH值变小时，即:H+浓度增大时，H+将被更多地挤进吸附层而使双电层变薄，电势变小。上表的实验值说明了这一特点。 如果在该系统中加入电解质Na2SiO3或Na2CO3或Na4P207或纸浆废液，Na+与H+便交换取代。因为Na+水化程度高

30、，容易形成水膜，使双电层变厚，所以电势变大结果，粘土微粒间斥力与斥力能均增大，使得系统的稳定性与流动性增强当然，这类电解质加得过多，Na+便会过多地挤进吸附层而使得双电层变薄、 电势减少，得到相反结果。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面696.7.4 电解质离子在固液界面上的吸附电解质离子在固液界面上的吸附 电解质的吸附大致有三种情况： 1）某种离子强烈吸附构成Stern层 2）与扩散层中的离子的交换吸附 3）两亲大离子既可电性吸附也可因疏水作用而引起的吸附作用 1. Stern层吸附：用Langmuir等温式描述： c：体相浓度；Z：离子价数 e：单位电荷；：吸附势能 a：吸

31、附与固体表面所带电荷相反的离子。 b：优先吸附与固体组成离子成难溶盐的离子。 c：高价离子优先吸附。 d：同价离子体积的影响。 特：离子在带电符号相同表面的吸附： BaSO4吸附Pb 2Cu 2，因为PbSO4CuSO4（溶解度）第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面702. 离子交换（ion exchange） RM2：带有可交换离子的固体；M1：溶液中可交换离子 常将具有离子交换能力的固体称为离子交换剂，常具有网状结构，溶液在其中自由流动。例沸石中Na即可被交换。 2.1 离子交换剂分类： 阳离子交换剂阳离子交换剂，典型活性基团：COOH，OH，SO3H 阴离子交换剂阴离子交换

32、剂，典型活性基团：NH2，NH例：向土壤施肥时，往往会发生离子交换： 交换容量：交换容量：每100g（或1g）干交换剂能交换的离子量（mmol）为交换容量。 土壤中含有大量粘土矿物，成分为硅酸盐。 硅酸盐粘土矿物赋予了土壤离子交换能力。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面71Who we are: the worlds leading provider of science and health information. A global company headquartered in Amsterdam, employing more than 7,000 people in

33、 24 countries.2022-1-23第六章 固液界面726.7.5 界面动电现象界面动电现象概念：固液界面双电层在外电场或外力的作用下产生相对运动的现象。电渗：在外电场作用下液体介质相对于静止的带电表面(如多孔性物质、 隔膜等)的运动。电泳：在外电场作用下带电粒子和附着于粒子表面上的物质相对于液体介 质的运动。流动电势：在外力作用下液体介质相对于静止带电表面流动而产生电势差。 由Quincke发现，也称Quincke效应。沉降电势：在外力作用下带电粒子相对于液体介质运动而产生电势差。由 Dorn发现，也称Dorn效应。流动电势与沉降电势研究较少，特别是 沉降电势的研究方法较复杂，非常

34、规实验室能进行的。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面731.电渗：在外电场作用下液体介质相对于静止的带电表面(如多孔性物质、 隔膜等)的运动。 U形管下部有孔性物质(如素瓷片)或固体粉末压制成的多孔塞作为分散相，管中装入液体介质，并插入电极。在外电场作用下液体通过多孔性隔膜从管的一侧向另一侧运动，液面将改变一定高度h。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面74原因 :在多孔性固体和液体界面上有双电层存在。 在外电场作用下，与表面结合不牢固的扩散层离子向带反号电荷的电极方向移动，与表面结合紧密的Stern层离子实际是不动的。移动的扩散层离子因内摩擦的原因带动分散介质一

35、起运动，但这种运动不是沿固液界面进行，而是沿距表面处的滑动面进行的。 从在平板毛细孔中液体电渗运动的稳定条件，可得到液体运动体积速度v与电动电势的关系方程式：上式中的量（液体粘度）、(相对介电常数)、v（液体电导率）均可实验测定，式中也无毛细管大小的量。I是电流强度，08.8510-12 F/m0Ivv第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面752.电泳 在外电场作用下带电粒子和附着于粒子表面上的物质相对于液体介质的运动。宏观界面移动电泳 : U形管二支管标有刻度(长度单位)，底部有口径与支管粗细相等的活塞。分散体系经与u形管底部连接的漏斗中加入，注入量恰与活塞上口持平。活塞以上的支

36、管中加入分散体系的超过滤液(辅助液)。电极在U形管上部，并浸于超过滤液中。接通电源后观测分散体系与超过滤液界面的移动方向和速度，以确定分散相质点带电符号和电动电势 。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面76显微电泳也称微量电泳: 是用显微镜直接观测在外电场作用下单个质点的迁移速度和方向,以确定电动电势和带电符号。 用这种方法适宜于分散相质点较大(显微镜下可见)体系的研究。但用此法测定时需考虑同时发生的电渗的影响。为此，需测定一定液层深度面(静止层)上的质点。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面77电泳的主要应用：1. 测定带电质点的电动电势 s为t时间内界面（质点）

37、运动距离， U为电极间施加电压， L为电极间距离。 若单位用Pa/s，s和L单位用m，0单位用F/m,U单位用V,t单位用s，则的单位为V。2.在电极表面形成电泳沉积层（覆层）UtsL0 电泳与电渗最早由Peucc发现，研究方法相对较为简单，并且也有一些实际应用，故而研究工作较多。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面783. 流动电势 在外压力作用下使液体流过毛细管或毛细管束形成的多孔栓塞，液体将双电层中反离子带走，产生流动电流并同时形成电势差。此电势差又引起反向电流。当流动电流与反向电流相等时毛细管两端的电势差称为流动电势。流动电势是电渗的逆现象。 第六章 固液界面2022-1

38、-23第六章 固液界面794. 沉降电势 在重力场中分散质点沉降时质点周围的双电层因液层摩擦而变形，使得扩散离子落在运动质点的后面，从而沿沉降高度产生电势差。此电势差称为沉降电势。第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面80http:/ 2003年10月20日 13:46 新浪科技 新浪科技讯 英国当地时间10月19日(北京时间10月20日)消息，今天出版的英国微型机械与微型工程杂志(Journal of Micromechanics and Microengineering)刊登了加拿大阿尔伯特大学的两位科学家拉里-科斯提克(Larry Kostiuk )与丹尼尔-克沃克(Dani

39、el Kwok)关于直接将水转化为电能研结果。这是自人类在1839年发现核能和太阳能的160多年来首次研究出一种全新的产生电能的方法。 科斯提克在谈及这项发明时说，当水在物体表面流动时，水中的离子会与固体摩擦，这会使固体表面轻微带电。当水中充满了正负物质时，与固体表面不同极的物质将与固体相排斥，而同极的物质会相互吸引，这样会产生一个很薄的带净电荷的水流层，也叫双电荷层或者电偶层，科斯提克说，如果将这两种电荷分开，那么它的工作原理就和我们日常使用的电池没有什么两样了。 两位科学家认为，这种水充电池一开始能够运用到手机等需要充电电池的电器上，但将来这种电池的使用范围将扩大。这种“水充电池”无污染，

40、无毒并且易于携带，预计到本世纪头10年结束之时，这种电池就可以投入商用了。这种新型技术利用一个手持注射器、水和一片直径达1厘米，长为3毫米的玻璃片使水在微细管道中流动来产生电能。此技术是纳米科学的一种突破，属于分子级制造工艺。(LiHai)2022-1-23第六章 固液界面816.8 分散胶体颗粒的某些性质分散胶体颗粒的某些性质 6.8.1 沉降速度沉降速度 受到重力作用，在液体中分散的胶体颗粒（分散相）（乳状液，悬浮 液）在粘度为的分散介质（连续相）中，其沉降速度V可用下式表示 1和2分别表示连续相和分散相的密度，r为球状粒子的半径。 球状粒子半径r小,v小 连续相密度1大，v小 连续相粘度大，v小9)(26)(34122123grrgrv第六章 固液界面2022-1-23第六章 固液界面826.8.2 布朗运动布朗运动 布朗运动是热运动的液体分子对微粒冲撞的结果，爱因斯坦的布朗运动公式（分子运动论） x： 观察时间t内粒子延X轴方向移动的平均距离 r： 微粒半径 ：连续相的粘度 No：Avogadro r ,x ,结果使体系趋向保持均匀一致。 210)3(rtNRTx第六章 固液界面