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1、胶体与界面化学 基础（三） 环境工程专业,2.3 液体和固体的界面Interface of liquid and solid,润湿,不润湿,亲液性固体,憎液性固体,L,黏附功, 0 润湿,S,s-l,(s-g-s-l)l-g, , 铺展,毛细现象(Capillarity),凹形液面,凸形液面,（1）为什麽会形成凹形或凸形液面？,（2）为什麽液面会上升或下降？（3）如何能改变固体-液体表面的润湿状况？,润湿应用例子,矿物的泡沫浮选 采油 防水,还有其它应用！,矿物的泡沫浮选,固体悬浮在液面上，则环绕固粒的固、液、气三相交界的向上拉力必与固粒的表观重力相平衡，固体颗粒能否悬浮在液面，取决与接触角的
2、大小。通过加入表面活性剂，可控制固体浮游的条件利用浮选原理，提高矿石品位,浮选,矿物的浮选,采油,油层存在于地层的毛细孔中，油与土壤的接触角大于土壤与水的接触角 在水中加入润湿剂，通过井外注水，可增加水对地层的润湿性，将油从毛细孔中顶出，然后从井内采出。 缺点：表面活性剂用量太大，可能毁坏油田,注水采油法,防水,纤维织物用防湿剂处理，增加水 布之间的接触角，使水不能透过布， 而空气可以透过。常见的防水材料：石蜡、硅油多价金属皂等,防雨布为什么防水？,合理解释一些现象？, 在干燥的天气里，把水泼在光洁的体面上，很快水就蒸发，但把土地挖开，地下的土壤还是潮湿的为什么？ 实验室里判断玻璃器皿是否干净
3、的方法是以是否“挂水”为依据，为什么？洗干净的玻璃杯在空气中放久了，杯壁又会从新“挂水”，为什么？ 用手拿干净的玻璃杯接非常干净的水，以后总能发现水面上有极少的油脂污染，为什么？此现象说明什么问题？怎样才能不使水面污染？,润湿的其它应用,农药对植物叶有良好的润湿作用 制造照相胶片，感光乳剂的涂布 机器用的润滑油 油漆的使用,2.4 Surface adsorption of solution,1. Effect of solute on surface tension of solution,H2O,C2H5OH(aq),NaCl(aq),cB,ab c,a: 无机酸、碱、盐和多羟基有机物(如
4、蔗糖、甘露醇等)。溶液的表面张力随浓度增加而缓慢增大(大致成线性关系）-表面惰性物质surface inactivesubstance,b. 低分子量的极性有机物，如：醇、醛、酸、酯、胺等：溶液表面张力随浓度增加而逐渐减小。-表面活性物质surface active substance,Szyszkowski equation, 0 ：surface tension of pure water. : surface tension of solution b: experiential constant dependent on function group of organic substa
5、nces K: experiential constant dependent on the number of carbon atoms in a molecule,C. 具有长碳链（碳原子数大于8）的极性有机化合物：当浓度很小时，溶液的表面张力便急剧减小，但减小到一定值后就不再随浓度增加而变化。- 表面活性剂surface active agent (surfactant),2. Difference of concentration at surface frominterior of solution -surface adsorption ofsolution,(1) Surface
6、 inactive substances:csur cint negative adsorption,(2) Surface active substances and surfactant:csur cint positive adsorption,Surface inactive substance,Surface active substance,3. Adsorption isothermal equation,表面积的缩小和表面张力的降低是降低体系表面吉布斯自由能的两种途径 定温下纯液体的表面张力为定值，降低体系表面吉布斯自由能的唯一途径是尽可能缩小液体表面积 溶液自动调节不同组分在
7、表面层中的数量，改变溶液的表面张力，促进体系吉布斯自由能的降低 吉布斯吸附等温方程式描述定温下溶液浓度、表面张力和吸附量之间的定量关系,Gibbs isothermal equation of adsorption,Is called (relative) surface excess or amount of surface adsorption(表面过剩或表面吸附量) 物理意义:单位面积表面层中溶剂所含溶质的物质的量与同样数量的溶剂在溶液中所含溶质的物质的量的差值.,Mcbain 等验证Gibbs公式的实验结果,水溶液 cB/mol dm-3 /(mol m-2)测定值 计算值 4-氨基甲
8、苯 0.0187 5.7 4.90.0164 4.3 4.6 苯酚 0.218 4.4 5.1 己酸 0.0223 5.9 5.40.0258 4.4 5.60.0452 5.3 5.4 3-苄基甲酸 0.0100 3.7 3.40.0300 3.6 5.3,How to Calculate,(a) Tangent(切线) method,通过实验，测出不同浓度下溶液的值，作 c 关系曲线，在指定浓度求切线的斜率,cB,(b) By means of experiential equation,cB,Gibbs公式的应用（例）,表面活性剂物质横截面积的求算= = b0/RT 为饱和吸附量，与吸附
9、剂浓度无关。饱和吸附时，表面活性剂分子产生表面吸附和定向 的紧密排列，假设每个分子占据的面积为表面活性 剂的横截面积，则Am = 1/L L 为阿佛加德罗常数,如何从实验中获得饱和吸附量？,(a) Tangent(切线) method,通过实验，测出不同浓度下溶液的值，作 c 关系曲线，在指定浓度求切线的斜率,cB,如何从实验中获得饱和吸附量？,从上图中的切线斜率根据吉布斯吸附等温线求得某一温度下不同吸附质浓度的表面吸附量= Kc /（1+kc）C/ = C/ + 1/k C/ 作图，直线的斜率为,思考题,液体能够润湿固体的条件是什么？能否改变固-液润湿的状况？ 纯液体、溶液和固体各采用什么方法来降低表面能以达到稳定状态？这种现象在日常生活中有什么应用？ 表面活性剂具有什么结构特征？为什么表面活性剂能够降低溶液的表面张力？ 什么是吉布斯吸附等温式？它有那些应用？,
