表面化学与胶体化学课件.ppt

1、碧海蓝天碧海蓝天落日彩霞落日彩霞雾锁重山雾锁重山荷叶露珠荷叶露珠1.1.几个概念几个概念表面化学：研究物质相界面上发生的现象的规律。表面化学：研究物质相界面上发生的现象的规律。1)1)界面和表面界面和表面界面（界面（interfaceinterface）：密切接触的两相间的过渡区，约）：密切接触的两相间的过渡区，约1010-9-91010-8 -8 m m，有几个分子层厚。有几个分子层厚。五类界面：五类界面：气气(g)-(g)-液液(l)(l)，气，气(g)-(g)-固固(s)(s)，液液(l)-(l)-固固(s)(s)，液，液(l(l1 1)-)-液液(l(l2 2)，固，固(s(s1 1)

2、-)-固固(s(s2 2)表面（表面（surfacesurface）：）：若其中的一相为气相（习惯）若其中的一相为气相（习惯）,或在真空中。如或在真空中。如l-gl-g，s-gs-g。气-液界面空气空气4CuSO溶液气气-液液界面界面气-固界面气气-固界面固界面液-液界面2H OHg液-液界面玻璃板玻璃板Hg2H O液液-固界面固界面液-固界面固-固界面铁管铁管CrCr镀层镀层固固-固界面固界面2)2)比表面比表面 或或 单位（量纲）：长度单位（量纲）：长度-1-1 单位（量纲）：面积单位（量纲）：面积质量质量-1-1A、V、m 分别为物质的总表面积、体积和质量分别为物质的总表面积、体积和质量

3、A0：体现了物质的分散度。体现了物质的分散度。1cm3 立方体分散为小立方体时表面积的变化立方体分散为小立方体时表面积的变化颗粒小颗粒小分散度高分散度高表面积大表面积大3)3)界面现象（表面现象）界面现象（表面现象）在相的界面上发生的行为在相的界面上发生的行为 。如：如：露珠为球形露珠为球形 微小液滴易蒸发微小液滴易蒸发 水在玻璃毛细管中会自动上升，而汞面下降水在玻璃毛细管中会自动上升，而汞面下降 活性炭脱色活性炭脱色 硅胶吸水、塑料防水硅胶吸水、塑料防水 牛奶、豆浆制成乳状液而稳定存在牛奶、豆浆制成乳状液而稳定存在 肥皂、洗衣服和洗衣液起泡去污肥皂、洗衣服和洗衣液起泡去污 水过冷不结冰、液体

4、过热而不沸腾水过冷不结冰、液体过热而不沸腾 溶液过饱和而不结晶。溶液过饱和而不结晶。表面层粒子受力不均匀，受到一个指向液体内部的拉力。表面层粒子受力不均匀，受到一个指向液体内部的拉力。表面层粒子受力分析表面层粒子受力分析4)4)表面张力和表面能表面张力和表面能 导致：导致：液体表面有自动收缩为球形的趋势；液体表面有自动收缩为球形的趋势；界面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势。界面层分子有自发与外来分子发生化学或物理结合的趋势。可逆条件下：可逆条件下：比例系数比例系数为为表面张力表面张力。即：即：增大单位表面积所需要做的功增大单位表面积所需要做的功。换个角度讨论换个角度讨论表面功：表

5、面功：外力的作用外力的作用机械功机械功是垂直作用于表面上单位长度的力是垂直作用于表面上单位长度的力表面张力作用的结果使液体表面缩小表面张力作用的结果使液体表面缩小对于对于平液面平液面是沿着液面并与液面平行是沿着液面并与液面平行;对于对于弯曲液面弯曲液面则与液面相切。则与液面相切。表面张力的方向表面张力的方向(a)平液面表面张力示意图平液面表面张力示意图(b)(b)球形液面表面张力示意图球形液面表面张力示意图热力学基本方程热力学基本方程恒恒T、p条件下：条件下：等于在定温、定压条件下，增加单位表面积时系等于在定温、定压条件下，增加单位表面积时系 统统 G的增的增加，因此加，因此称为称为比表面自由

6、能（比表面自由能（表面自由能）表面自由能）。在定温、定压下在定温、定压下过程自发过程自发这是产生表面现象的热力学原因。这是产生表面现象的热力学原因。水滴形成球形表面积最小水滴形成球形表面积最小表面张力、表面能表面张力、表面能垂直作用在物质表面边界单位长度上的力垂直作用在物质表面边界单位长度上的力表面张力表面张力增加单位表面积所需付出的功增加单位表面积所需付出的功比表面功比表面功增加单位表面积时，系统吉布斯自由能的增加增加单位表面积时，系统吉布斯自由能的增加表面能表面能即即表面张力和比表面能是从不同角度分析同一事实得到的结果，不严格区分表面张力和比表面能是从不同角度分析同一事实得到的结果，不严格

7、区分金属键金属键离子键离子键极性键极性键非极性键非极性键,与压强有关与压强有关 与温度有关与温度有关 一般：温度升高一般：温度升高,；温度升高到临界温度；温度升高到临界温度T Tc c时，时，00其它：其它：组成，分散度组成，分散度 ,运动情况等运动情况等一般：压强升高一般：压强升高,；影响表面张力的因素影响表面张力的因素 与物质本性有关与物质本性有关分子间的作用力越大，分子间的作用力越大，越大：越大：与接触相的性质有关与接触相的性质有关 接触相相同，接触相相同，固体固体 液体液体某些液体、固体的表面张力和液液界面张力某些液体、固体的表面张力和液液界面张力2 2、弯曲液面上的附加压力、弯曲液面

8、上的附加压力1 1）液面的曲率）液面的曲率2 2）弯曲液面的附加压强）弯曲液面的附加压强附加压强附加压强p ps s：由表面张力的合力产生，指向由表面张力的合力产生，指向“球心球心”的压强的压强ABpsp0p=p0+ps凸面凸面ABpsp0p=p0-ps凹面凹面ABABp0平面平面p=p0其大小与表面的弯曲程度、表面张力的大小相关其大小与表面的弯曲程度、表面张力的大小相关334RVpRsp0p2s4 RAs0pppppdRRAd8dsRRVd4d2sdAWVpWdsRp2s球面球面 附加压强附加压强p ps s：由表面张力的合力产生，指向由表面张力的合力产生，指向“球心球心”的压强的压强适用范

9、围：适用范围：1)适用毛细管直径适用毛细管直径0.5mm情形情形2)适用于适用于R为定值的小液滴或液体中小气泡。为定值的小液滴或液体中小气泡。注意：注意：1)r 的符号：的符号：凸液面，凸液面，R0，ps0，R指向液相指向液相(固相固相)内部内部凹液面，凹液面，R0，ps0，R 指向气相指向气相平液面，平液面，R,ps0，2）气泡的附加压强：）气泡的附加压强：肥皂泡两个肥皂泡两个l-g界面，界面，r1r2 ps=ps,1+ps,2=4/r 1。假若液滴具有不规则的形状，则在表面上的不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，必将迫使液滴呈现球形 自由液滴

10、或气泡通常为何都呈球形？2。相同体积的物质，球形的表面积最小，则表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状就最稳定 3.3.毛细现象毛细现象毛细管插入液相中，毛细管内液体上升或下降的现象。毛细管插入液相中，毛细管内液体上升或下降的现象。ps=2/R=gh h=2/gR cos=r/Rh=2cos/rg r ,h 90o，h0；90o，h0；r，h 0原因：附加压强原因：附加压强 ps=p静压静压时，在液面处达力平衡时，在液面处达力平衡什么是润湿过程？滴在固体表面上的少许液体，取代了部分固气界面，产生了新的液固界面。这一过程称之为润湿过程。沾湿沾湿是指液体与固体接触后，其接触面由原来是指液体与固

11、体接触后，其接触面由原来液气和固气表面变为固液界面的过程。液气和固气表面变为固液界面的过程。浸湿浸湿是指固体浸入液体中的过程。是指固体浸入液体中的过程。液液液液固固固固铺展铺展过程实质上是以固液界面代替固气表面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铺满固体表面。的同时，液体表面也同时扩展并铺满固体表面。b)分析以上四种润湿情况的接触角大小分析以上四种润湿情况的接触角大小 1.完全润湿：完全润湿：=0 2.润湿：润湿：90 3.润湿不好：润湿不好：90180 4.完全不润湿：完全不润湿：=180润湿程度的量度润湿程度的量度接触角（接触角（contact angle)a)接

12、触角：过液、固、气接触角：过液、固、气 三相的交点作液面的切线，三相的交点作液面的切线，切线与液切线与液固界面的夹角（包含液体）。固界面的夹角（包含液体）。图图 接触角与各界面张力的关系接触角与各界面张力的关系 液滴在固体表面上的不同液滴在固体表面上的不同 角角 c)产生润湿、不润湿的原因产生润湿、不润湿的原因当液体以一定的状态沾附在固体表面时，我们认为它呈平衡状态。当液体以一定的状态沾附在固体表面时，我们认为它呈平衡状态。s-g=s-l+l-gCOS （合力为零）合力为零）的大小由三个的大小由三个 决定。决定。gllsgs cos浸湿功浸湿功 在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入

13、液体中，s-g、l-g界面转变为s-l界面的过程Gibbs自由能的变化值为：称为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故又称为沾附张力。1)固体表面上的吸附固体表面上的吸附 吸附实例：防毒面具、吸附实例：防毒面具、分子筛、催化。分子筛、催化。5、吸附、吸附 活性炭活性炭在第一次世界大战中曾经立下了汗马功劳。在第一次世界大战中曾经立下了汗马功劳。松花江水遭受污染松花江水遭受污染哈尔滨市民度过水荒，活性炭功不可没。哈尔滨市民度过水荒，活性炭功不可没。现在，活性炭不仅用于防毒面具，而且在精制食现在，活性炭不仅用于防毒面具，而且在精制食糖

14、和食油中，可以用作脱色剂和除臭剂。它还被用于糖和食油中，可以用作脱色剂和除臭剂。它还被用于饮水净化（净水器中装有活性炭）和污水处理。冰箱饮水净化（净水器中装有活性炭）和污水处理。冰箱中用的除臭剂也是活性炭。中用的除臭剂也是活性炭。活性炭净水器示意图活性炭净水器示意图如果用具有吸附作如果用具有吸附作用的固体过滤液体，不用的固体过滤液体，不仅可以滤去液体中的不仅可以滤去液体中的不溶性物质，还可以吸附溶性物质，还可以吸附掉一些溶解的杂质，除掉一些溶解的杂质，除去臭味。市场上出售的去臭味。市场上出售的净水器净水器，有些就是利用，有些就是利用活性炭活性炭来吸附、过滤水来吸附、过滤水中的杂质的。中的杂质的

15、。我们的祖先也早就在利用表面世界的这种特性。我国我们的祖先也早就在利用表面世界的这种特性。我国考古工作者在挖掘湖南长沙考古工作者在挖掘湖南长沙马王堆马王堆一号汉墓时发现，棺椁一号汉墓时发现，棺椁外面有大量木炭，用它来除去棺椁周围的湿气和浊气，从外面有大量木炭，用它来除去棺椁周围的湿气和浊气，从而对尸体起到了防腐作用。由此可见我国劳动人民在而对尸体起到了防腐作用。由此可见我国劳动人民在2000多年以前就知道利用木炭的吸附作用。多年以前就知道利用木炭的吸附作用。分子筛分子筛,是化学家仿照沸石的结构用人工合成的方法制是化学家仿照沸石的结构用人工合成的方法制造出来的水合硅酸铝，是一种多孔的物质。造出来

16、的水合硅酸铝，是一种多孔的物质。分子筛分子筛分子筛之所以具有优良的分子筛之所以具有优良的性能，奥秘就在于它的孔道只性能，奥秘就在于它的孔道只允许某些分子（较小的分子）允许某些分子（较小的分子）通过，但能将其他一些分子通过，但能将其他一些分子（较大的分子）阻挡在外面。（较大的分子）阻挡在外面。于是，分子筛就能对各种分子于是，分子筛就能对各种分子起筛分作用，因此化学家为它起筛分作用，因此化学家为它起了一个很有意思的名称，叫起了一个很有意思的名称，叫做做“分子筛分子筛”。固体如何降低表面能？固体如何降低表面能？从外部空间捕获气体分子（吸附）从外部空间捕获气体分子（吸附）g s 当气体或蒸汽在固体表面

17、被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：氮气、甲醛、CO、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。吸附：吸附：在一定条件下，某种物质在相界面上自动在一定条件下，某种物质在相界面上自动聚集的现象。聚集的现象。放热过程放热过程；解吸：解吸：吸附质从相界面上回到介质中的现象，吸附质从相界面上回到介质中的现象，吸吸热过程热过程。=vv吸脱吸附平衡时：吸附平衡时：(3)(3)物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附 物理吸附与化学并不一定是截然分开的，物理吸附可以转化为化学吸附物理吸附与化学并不一定是截然分开的，物理吸附可以转化为化

18、学吸附吸附作用力性质的不同吸附作用力性质的不同-本质区别本质区别物理吸附与化学吸附在指定条件下可同时发生物理吸附与化学吸附在指定条件下可同时发生如：如：O2在金属在金属W上的吸附同时存在三种情况上的吸附同时存在三种情况1）以分子状态）以分子状态O2 被吸附被吸附物理吸附物理吸附2）以原子状态）以原子状态O 被吸附被吸附化学吸附化学吸附3）一些氧分子）一些氧分子O2 吸附在氧原子吸附在氧原子O 上上同时发生同时发生对某些系统，对某些系统，低温时主要进行物理吸附；高温时主低温时主要进行物理吸附；高温时主要进行化学吸附；要进行化学吸附；在适当的温度范围内升温时，吸在适当的温度范围内升温时，吸 附的主

19、导方面将由物理吸附逐渐过渡到化学吸附。附的主导方面将由物理吸附逐渐过渡到化学吸附。吸附量通常有两种表示方法：31 m gVqm单位：(2)(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量1 mol g nqm单位：(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积体积要换算成标准状况体积要换算成标准状况(STP)对于一定的吸附剂与吸附质的系统，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如：(,)qf T p(1)(1)T=常数，常数，q=f(p)，称为吸附等温式，称为吸附等温式(2)(2)p=常数，常数，q=f(T)，称为

20、吸附等压式，称为吸附等压式(3)(3)q=常数，常数，p=f(T)，称为吸附等量式，称为吸附等量式 对指定的对指定的s-gs-g，固定，固定T T不变，考察吸附量与压力不变，考察吸附量与压力的关系的关系吸附等温线吸附等温线N2 在活性炭上的吸附及水在活性炭上的吸附及水和苯和苯蒸气蒸气在分子筛上的吸附。在分子筛上的吸附。最常见最常见氨在炭上的吸附等温线250 K273 K303 K353 K425 K50100150255075100/kPap单分子层吸附 理论：表面覆盖率，已吸附气体的固体表面积分数(1-)：未吸附气体的固体表面积分数达到平衡时，吸附与解吸速率相等。吸附速率为(1)vk p吸吸

21、脱附速率为ddrk1k pk吸脱=ppkKppk脱吸（）令：=这公式称为这公式称为 LangmuirLangmuir吸附等温式。吸附等温式。pKp 固体表面完全吸附时，固体表面完全吸附时，=1：1212122pKpKp 气体吸附量为饱和吸附量的一半时：气体吸附量为饱和吸附量的一半时：12 若若A B，溶质，溶质B在界面上的浓度比溶液中在界面上的浓度比溶液中高，正吸附；高，正吸附；若若A B，溶质，溶质B在界面上的浓度比溶液中在界面上的浓度比溶液中低，负吸附。低，负吸附。2）溶液表面上的吸附）溶液表面上的吸附 吉布斯吸附等温式吉布斯吸附等温式吸附量与在恒温时表面张力随溶液浓度的变化率成正比。吸附

22、量与在恒温时表面张力随溶液浓度的变化率成正比。为吸附量，表示单位表面上某溶质的量超出体相中相同为吸附量，表示单位表面上某溶质的量超出体相中相同 溶剂所溶解溶剂所溶解B B的量。的量。c c为溶液中某溶质的浓度。为溶液中某溶质的浓度。可为正值也可为负值，为正值表示可为正值也可为负值，为正值表示正吸附正吸附，为负值表示，为负值表示 负吸附负吸附。单位为单位为molmolm m-2-2；表示溶液表面吸附能力的大小表示溶液表面吸附能力的大小()TcRTc 1.1.溶液的表面张力与温度有关溶液的表面张力与温度有关2.2.溶液的表面张力与浓度有关溶液的表面张力与浓度有关3.3.在相同温度条件下，若表面张力

23、随物质浓度的增加二增大，在相同温度条件下，若表面张力随物质浓度的增加二增大，则该物质叫表面惰性物质，其吸附量为负值（表面层的浓度低则该物质叫表面惰性物质，其吸附量为负值（表面层的浓度低于溶液内部的浓度），反之则反于溶液内部的浓度），反之则反4.4.上式适用于气上式适用于气-液和液液界面。液和液液界面。()TcRTc 6.6.表面活性物质表面活性物质表面惰性物质（非表面活性物质）表面惰性物质（非表面活性物质）凡是使溶液表面张力增加的物质。凡是使溶液表面张力增加的物质。表面活性物质：表面活性物质：凡是使溶液表面张力减小的物质。凡是使溶液表面张力减小的物质。习惯上：加入少量就能习惯上：加入少量就能显

24、著降低显著降低表面张力的物质，又称表面张力的物质，又称表面活性剂表面活性剂。表面活性剂由结构上不对称的表面活性剂由结构上不对称的 两部分组成，两部分组成，为双亲化合物。为双亲化合物。极性基团。极性基团。常见的亲水基有羧基、磺酸基和羟基等。常见的亲水基有羧基、磺酸基和羟基等。一般为长链烃基。一般为长链烃基。易溶于水，具有亲水性质。易溶于水，具有亲水性质。易溶于油，具有亲油性质。易溶于油，具有亲油性质。(憎水基憎水基)非极性基团非极性基团易溶于油，具有亲油易溶于油，具有亲油性质。一般为长链烃性质。一般为长链烃基。基。极性基团极性基团易溶于水，具有亲水易溶于水，具有亲水性质。常见的亲水基性质。常见的

25、亲水基有羧基、磺酸基和羟有羧基、磺酸基和羟基等。基等。H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO按亲水基团的结构分类按亲水基团的结构分类如如 肥皂、磺化油、肥皂、磺化油、如如 烷基三甲基氯化铵烷基三甲基氯化铵 如如 十二烷基氨基丙酸钠十二烷基氨基丙酸钠平平加、平平加、OP等等氟碳表面活性剂、硅表面活性剂氟碳表面活性剂、硅表面活性剂烷基二甲基甜菜碱性烷基二甲基甜菜碱性如：如：肥皂肥皂硬脂酸钠硬脂酸钠 CH3(CH2)16COONa溶于水后，起表面活性作用的是阴离子。溶于水后，起表面活性作用的是阴离子。一般，阴离子表面活性剂水溶液

26、显一般，阴离子表面活性剂水溶液显 中性或碱性中性或碱性。亲水基亲水基亲油基亲油基溶于水溶于水C17H35COONa C17H35 COO-+Na+主要成分主要成分:+3NaOHCH2OHCH OHCH2OHCH2OOCC17H35CH OOCC17H35CH2OOCC17H35+3C17H35COONa肥皂肥皂缺点缺点:不能在硬水中使用不能在硬水中使用2C17H35COO-+Ca2+C17H35COO-2 Ca2C17H35COO-+Mg2+C17H35COO-2 Mg金属皂金属皂表面吸附的定向排列与形成溶液胶束表面吸附的定向排列与形成溶液胶束 空 气空 气空 气空 气水水水水极稀溶液极稀溶液

27、稀溶液稀溶液开始形成开始形成胶束溶液胶束溶液大于大于CMC溶液溶液CMC位置对应在位置对应在-c曲线的转折处曲线的转折处当溶液浓度较稀，吸附量不大时，表面活性剂当溶液浓度较稀，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，它们的排列不分子在表面层有较大的活动范围，它们的排列不那么整齐，但其憎水基团仍然倾向于逸出水面。那么整齐，但其憎水基团仍然倾向于逸出水面。当达到饱和吸附时，表面活性剂分子在水溶液紧当达到饱和吸附时，表面活性剂分子在水溶液紧密而有规则地密而有规则地定向排列定向排列着，水的表面就像覆盖一层薄着，水的表面就像覆盖一层薄的表面膜，称之为的表面膜，称之为单分子膜单分子膜（mon

28、omolecular filmmonomolecular film）。）。在饱和吸附前与分子定向排列的同时，溶液内的表面活性在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地聚集起来，互相把憎水基靠在一起，剂分子就开始三三两两地聚集起来，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称之为胶束胶束。胶束：胶束：稳定存在，无表面活性稳定存在，无表面活性 形状：形状：球，棒，层，椭圆球，棒，层，椭圆当溶液中胶束量开始显著增加时的浓度称为当溶液中胶束量开始显著增加时的浓度称为临界胶束临界胶

29、束浓度浓度(CMC,critical micelle concentration)。在一定温度下，各种表面活性剂的在一定温度下，各种表面活性剂的CMCCMC有一窄的浓度有一窄的浓度范围，它是表面活性剂表面活性的一种量度，是研究表面范围，它是表面活性剂表面活性的一种量度，是研究表面活性剂性质时的重要参数。当溶液达到活性剂性质时的重要参数。当溶液达到CMCCMC时，许多物理时，许多物理性质（如：表面张力、粘度、电导率、密度、渗透压、可性质（如：表面张力、粘度、电导率、密度、渗透压、可溶性等）几乎都会发生显著的变化。溶性等）几乎都会发生显著的变化。表面活性剂在溶液中形成胶束的最低浓度。表面活性剂在溶

30、液中形成胶束的最低浓度。临界胶束浓度临界胶束浓度(CMC):c表面张力表面张力浓度浓度 CMC 以单分子和胶束的动态平衡状态存在于溶液。以单分子和胶束的动态平衡状态存在于溶液。当溶液浓度达到临界胶束浓度时，表面活性剂的当溶液浓度达到临界胶束浓度时，表面活性剂的一些物理性质如电阻率、渗透压、冰点下降以及颜色一些物理性质如电阻率、渗透压、冰点下降以及颜色变化等就会发生改变。变化等就会发生改变。表面活性剂浓度稍大于表面活性剂浓度稍大于CMC时，才能充分发时，才能充分发挥其表面活性作用。挥其表面活性作用。5）表面现象及其应用）表面现象及其应用润湿作用润湿作用增溶作用增溶作用乳化作用乳化作用起泡作用起泡

31、作用洗涤作用洗涤作用润湿作用润湿作用是指固体表面上的一种流体（通常是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（通常是水或水气体，也可是液体）被另一种液体（通常是水或水溶液）所取代的过程。溶液）所取代的过程。因此润湿过程涉及三个相，因此润湿过程涉及三个相，是在表面及界面进行的过程。是在表面及界面进行的过程。润湿作用润湿作用包括包括沾湿、浸湿、铺展沾湿、浸湿、铺展三种类型。三种类型。如：喷洒农药。如：喷洒农药。在溶剂中添加表面活性剂后在溶剂中添加表面活性剂后,能明显使本来不能明显使本来不溶或微溶于溶剂的物质溶解或使其溶解度增加的现溶或微溶于溶剂的物质溶解或使其溶解度增加的现象

32、称为象称为增溶作用增溶作用。一般把被增溶的物质称为一般把被增溶的物质称为增溶物增溶物；加入的表面；加入的表面活性剂成为活性剂成为增溶剂增溶剂。两种互不相溶的液体，其中一种液体以极细小的两种互不相溶的液体，其中一种液体以极细小的液滴（一般直径约液滴（一般直径约101010m10m），均匀分散到另一种液体），均匀分散到另一种液体里的过程，称为里的过程，称为乳化作用乳化作用；所形成的体系称为；所形成的体系称为乳状液乳状液。有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为称为破乳剂破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如

33、原油中需要加入破乳剂将油与水分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。乳状液是不稳定体系，要使它稳定存在必须加乳状液是不稳定体系，要使它稳定存在必须加乳化剂，乳化剂多是乳化剂，乳化剂多是表面活性剂表面活性剂或或固体粉末固体粉末等。等。当气相分散于液相中时，被液膜包着的气泡当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称为泡沫，形成泡沫的过程称为起泡作用起泡作用。为形。为形成稳定的泡沫，需加入成稳定的泡沫，需加入起泡剂起泡剂。消泡剂消泡剂起泡能力与泡沫稳定性起泡能力与泡沫稳定性：前者是指泡沫形成前者是指泡沫形成的难易程度合生成泡沫量的多少；后者是指的难易程度合生成泡沫量的多

34、少；后者是指生成泡沫的持久性，即泡沫的寿命。生成泡沫的持久性，即泡沫的寿命。泡沫的应用泡沫的应用：浮选法、泡沫灭火、泡沫塑料、：浮选法、泡沫灭火、泡沫塑料、漂染织物和洗涤去污等。漂染织物和洗涤去污等。洗涤作用洗涤作用是指利用表面化学的方法将固体表是指利用表面化学的方法将固体表面的外来物质去掉的过程；其中若是从纤维、金面的外来物质去掉的过程；其中若是从纤维、金属表面等除去污垢，也可称为属表面等除去污垢，也可称为去污作用去污作用。去污作用除机械搓洗作用外，表面活性剂的去污作用除机械搓洗作用外，表面活性剂的作用是作用是润湿性、溶油性、渗透性、乳化性、分散润湿性、溶油性、渗透性、乳化性、分散性、增溶性

35、和发泡性性、增溶性和发泡性等多种复杂作用的综合。等多种复杂作用的综合。洗涤作用洗涤作用(detergency)(detergency)在洗涤过程中表面活性剂在水和油污之间形在洗涤过程中表面活性剂在水和油污之间形成独特的定向排列，若干个溶质分子或离子缔合成独特的定向排列，若干个溶质分子或离子缔合成肉眼看不见的聚集体，这些聚集体是以非极性成肉眼看不见的聚集体，这些聚集体是以非极性基团基团(亲油基亲油基)为核，里面包裹着油污，以极性基为核，里面包裹着油污，以极性基团团(亲水基亲水基)为外层的胶团。为外层的胶团。胶团形成以后，它的内核相当于碳氢油微滴，胶团形成以后，它的内核相当于碳氢油微滴，具有溶油的

36、能力，使整个溶液表现出既溶水又溶具有溶油的能力，使整个溶液表现出既溶水又溶油的能力。紧紧吸附着油污的胶团在机械力的作油的能力。紧紧吸附着油污的胶团在机械力的作用下与载体用下与载体(衣物衣物)分开，并悬浮于水中，由于载分开，并悬浮于水中，由于载体表面粘附着洗涤液，油污不会再返回到衣物表体表面粘附着洗涤液，油污不会再返回到衣物表面，达到清洗的效果。面，达到清洗的效果。6）表面活性剂的）表面活性剂的HLB值值（2 2）HLBHLB值的计算值的计算 亲油性表面活性剂的亲油性表面活性剂的HLB低，亲水性表面活性剂的低，亲水性表面活性剂的HLB高；高；亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水；亲油

37、性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水；HLB值在值在36的表面活性剂适合作的表面活性剂适合作W/O型乳化剂；型乳化剂；HLB值在值在818的表面活性剂适合作的表面活性剂适合作O/W型乳化剂；型乳化剂；HLB值在值在1318的表面活性剂适合作增溶剂；的表面活性剂适合作增溶剂；HLB值在值在79的表面活性剂适合作润湿剂。的表面活性剂适合作润湿剂。亲水亲油平衡值（亲水亲油平衡值（HLB)HLB)特性与应用：特性与应用：在表面活性剂给人们的生活，给工农业生产带来极大方便的同在表面活性剂给人们的生活，给工农业生产带来极大方便的同时，也给我们的环境带来了污染。这是世界性的问题，尤其在我国更时，也给

38、我们的环境带来了污染。这是世界性的问题，尤其在我国更应重视，解决的好坏关系到我国能否走可持续发展的道路问题。应重视，解决的好坏关系到我国能否走可持续发展的道路问题。据有关方面报据有关方面报道，我国的江湖，道，我国的江湖，例如淮河、辽河、例如淮河、辽河、松花江、巢湖、太松花江、巢湖、太湖、滇池的水污染湖、滇池的水污染已直接影响到人们已直接影响到人们的生活。的生活。7）表面活性剂的发展趋势）表面活性剂的发展趋势水体污染导致大量江鱼死亡水体污染导致大量江鱼死亡其中其中滇池滇池污染已经证明是由于居民大量使用污染已经证明是由于居民大量使用含磷含磷洗涤剂洗涤剂造成，水质严重富营养化，清澈透明的湖水变造成，

39、水质严重富营养化，清澈透明的湖水变得乌黑、发臭。三聚磷酸钠得乌黑、发臭。三聚磷酸钠(Na5P3O10)是洗涤剂常用是洗涤剂常用的助洗剂，它能与钙、镁、铁等离子生成溶于水的络的助洗剂，它能与钙、镁、铁等离子生成溶于水的络合物，起到软化水的作用，还能在合物，起到软化水的作用，还能在 pH4.314的范的范围内有较强的缓冲作用，调解围内有较强的缓冲作用，调解 pH值，保证洗涤效果。值，保证洗涤效果。如果不是污染的缘故，它是理想的助洗剂。为了改变如果不是污染的缘故，它是理想的助洗剂。为了改变这种状况，环保部门已采取措施，限制含磷洗涤剂的这种状况，环保部门已采取措施，限制含磷洗涤剂的生产、销售。生产、销

40、售。水体污染来源示意图水体污染来源示意图自来水厂净水示意图自来水厂净水示意图大型污水处理厂大型污水处理厂污水曝气池及转碟曝气机污水曝气池及转碟曝气机表面活性剂的发展趋势可概括为以下几点：表面活性剂的发展趋势可概括为以下几点：1表面活性剂要易于生物降解，原料可再表面活性剂要易于生物降解，原料可再生，广泛使用后，对环境无污染，对人、畜安全生，广泛使用后，对环境无污染，对人、畜安全温和。温和。长链烷基多苷长链烷基多苷(APG)和直链十二烷基苯磺酸和直链十二烷基苯磺酸钠钠(LAS)就是很有希望的两种表面活性剂。就是很有希望的两种表面活性剂。APG是新发展的，原料可再生的表面活性剂，并且有是新发展的，原

41、料可再生的表面活性剂，并且有很好的生物降解性。很好的生物降解性。LAS是一种老产品，最近研是一种老产品，最近研究证明，经废水厂处理后，生物降解度为究证明，经废水厂处理后，生物降解度为98，达到了环保要求。达到了环保要求。2表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作用外，还要有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应用外，还要有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用途。不断开发新用途。化妆品用表面活性剂就是近年新开发出的，它化妆品用表面活性剂就是近年新开发出的，它对产品的要求更高，更严格，例如抗衰老、皮肤保对产品的要求更高，更严格，例如抗衰老、皮肤保湿、去皱、增白等。

42、化妆品的活性成分通过皮肤的湿、去皱、增白等。化妆品的活性成分通过皮肤的吸收后影响机体的新陈代谢，达到真正的美容，效吸收后影响机体的新陈代谢，达到真正的美容，效果要能感觉到或看到。果要能感觉到或看到。主要产品有洗面奶、润肤露、清洁乳等。这主要产品有洗面奶、润肤露、清洁乳等。这个领域将不断有新产品问世。个领域将不断有新产品问世。3耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤用品是一个发展方向，这包括浓缩洗活性剂洗涤用品是一个发展方向，这包括浓缩洗衣粉和浓缩液体洗涤剂。衣粉和浓缩液体洗涤剂。显而易见，节约包装、降低运费、占地少，显而易见，节约包装、降低运费、占地少，

43、对环保，对厂家，对消费者都有好处。目前一些对环保，对厂家，对消费者都有好处。目前一些发达国家已在大力推广并取得成效，我国厂家也发达国家已在大力推广并取得成效，我国厂家也正朝这个方向努力。正朝这个方向努力。室温洗涤是消费者的普遍要求，这个问题在室温洗涤是消费者的普遍要求，这个问题在我国并没有解决，如大量使用的餐具洗涤剂，冷我国并没有解决，如大量使用的餐具洗涤剂，冷水洗涤效果不如温水，温水不如热水好。这对使水洗涤效果不如温水，温水不如热水好。这对使用者虽然已是司空见惯，但对厂家和科研部门应用者虽然已是司空见惯，但对厂家和科研部门应是一个要着力解决的问题。是一个要着力解决的问题。1.1.分散系统分散

44、系统1 1）分散系统的定义）分散系统的定义2 2）分散系统的分类）分散系统的分类（1 1）按分散度分按分散度分 分散系统分散系统 粒子直径粒子直径 实实 例例 分子或离子分散分子或离子分散 1nm 乙醇水溶液、空气乙醇水溶液、空气 胶体分散胶体分散 1nm 100nm AgI或或Al(OH)3 粗分散粗分散 100nm 悬浊液、乳浊液、泡沫悬浊液、乳浊液、泡沫（2 2）按聚集状态分）按聚集状态分 2.2.溶胶制备与纯化溶胶制备与纯化1 1）制备）制备要求：要求：分散相粒子大小落在分散相粒子大小落在1 nm100 nm1 nm100 nm范围内；范围内；具有足够的稳定性（有适当的稳定剂存在）具有

45、足够的稳定性（有适当的稳定剂存在）2 2）纯化：）纯化：除去胶体中的电解质及杂质。除去胶体中的电解质及杂质。渗析法：渗析法：利用溶胶质点不能通过半透膜，而离子或小分子能通利用溶胶质点不能通过半透膜，而离子或小分子能通过半透膜的性质，将多余的电解质或小分子化合物等杂质从溶过半透膜的性质，将多余的电解质或小分子化合物等杂质从溶胶中除去；胶中除去；超过滤法：超过滤法：用孔径极小而孔数极多的膜片作为滤膜，利用压差用孔径极小而孔数极多的膜片作为滤膜，利用压差（加压或吸滤）使溶胶流经过滤器，使杂质透过滤膜而除掉。（加压或吸滤）使溶胶流经过滤器，使杂质透过滤膜而除掉。最后所得胶粒应立即分散在新的分散介质中，

46、以免聚结成块。最后所得胶粒应立即分散在新的分散介质中，以免聚结成块。3.3.溶胶的基本性质溶胶的基本性质 1 1）动力性质）动力性质：胶体粒子不规则热运动引起。：胶体粒子不规则热运动引起。（1 1）布朗运动：）布朗运动：线度线度 40nm40nm的粒子，在分散介质中处于不停的，的粒子，在分散介质中处于不停的，无规则的热运动状态。无规则的热运动状态。（2 2）扩散：）扩散：有浓度梯度时，物质粒子因热运动而发生宏观上的有浓度梯度时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移定向迁移(高浓度高浓度低浓度低浓度)。T T一定：动能一定：动能=(3/2)=(3/2)kT kT=(1/2)=(1/2)mvmv

47、2 2=constconst 胶体粒子运动速率胶体粒子运动速率溶液中的溶质运动速率布朗运动公式，溶液中的溶质运动速率布朗运动公式，爱因斯坦爱因斯坦-布朗位移公式，求出胶团的摩尔质量：布朗位移公式，求出胶团的摩尔质量：M M=(4/3)(4/3)rr3 3LL（3 3）沉降与沉降平衡）沉降与沉降平衡 沉降：多相分散系统中的物质粒子，因受重力作用下沉的沉降：多相分散系统中的物质粒子，因受重力作用下沉的过程。过程。扩散扩散沉降沉降 沉降平衡：沉降平衡：扩散速率扩散速率 =沉降速率沉降速率ghhrennPRTN)()(34(高度分布定律公式1203201沉降平衡时：沉降平衡时：解释一些现象，如粉尘对大

48、气的污染。解释一些现象，如粉尘对大气的污染。2）光学性质）光学性质（1）丁达尔（）丁达尔（Tyndall）现象：）现象：一束光通过溶胶，从侧面（与光垂直方向）可以看到一个光的一束光通过溶胶，从侧面（与光垂直方向）可以看到一个光的圆锥体，圆锥体，区分溶胶与溶液和悬浮液区分溶胶与溶液和悬浮液（2）介质和分散相的折射率相差大）介质和分散相的折射率相差大 原因：原因：光的光的散射散射作用作用.(1)分散相粒子尺寸分散相粒子尺寸 入射光入射光波长波长,胶体胶体1 100nm，可见光波长，可见光波长400 700nm若：若：分散相粒子尺寸分散相粒子尺寸 入射光波长：反射或折散入射光波长：反射或折散（2）乳

49、光现象：）乳光现象：一束光通过溶胶，从一束光通过溶胶，从从正面和侧面观察溶液的颜色不一样从正面和侧面观察溶液的颜色不一样。原因：雷莱定律：原因：雷莱定律：I I-4-4 ：散射光的强度与入射光波长的四次方成反比；：散射光的强度与入射光波长的四次方成反比；分散相与介质的折射率相差愈大，分散相与介质的折射率相差愈大，I I 愈强；愈强；区别大分子溶液与溶胶。区别大分子溶液与溶胶。散射光强度与每个粒子体积的平方成正比，即散射光强度与每个粒子体积的平方成正比，即VV，II；鉴别分散系统的种类（小分子溶液、胶体）。鉴别分散系统的种类（小分子溶液、胶体）。散射光强度与单位体积粒子数成正比；散射光强度与单位

50、体积粒子数成正比；对同种物质的溶胶，仅浓度不同，若测量条件相同，则对同种物质的溶胶，仅浓度不同，若测量条件相同，则I1/I2=v1/v2I1/I2=v1/v2（浊度计原理）。（浊度计原理）。0222212121422224InnnnVI 3 3）电学性质）电学性质电动现象：电动现象：在外电场作用下，分散相与分散介质之间发生相对在外电场作用下，分散相与分散介质之间发生相对移动的现象。移动的现象。电泳电泳：在外电场作用下，在外电场作用下，胶体粒子胶体粒子（分散相）在分散介质中（分散相）在分散介质中定向移动的现象。定向移动的现象。胶体粒子带电胶体粒子带电 电渗电渗：在外电场作用下，在外电场作用下，分