溶液的表面张力ppt课件

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1、溶液的外表张力 H2O C2H5OH (aq) NaCl (aq)溶液的外表吸附溶液的外表溶液的外表张力不力不仅与温度、与温度、压力有关，力有关，并且并且还与溶液的种与溶液的种类和和浓度有关。度有关。溶质对外表张力的影响1. 非外表活性物质 无机盐、不挥发酸碱 2. 外表活性物质 短链脂肪酸、醇、醛 3. 外表活性剂：明显降低水的外表张力的两亲性质 的有机化合物c20 123 能使水的外表能使水的外表张力明力明显升高的溶升高的溶质称称为非外非外表活性物表活性物质。如无机。如无机盐和不和不挥发的酸、碱等。的酸、碱等。 这些物些物质的离子有水的离子有水协作用，作用，趋向于把水分向于把水分子拖入水中

2、，非外表活性物子拖入水中，非外表活性物质在外表的在外表的浓度低于度低于在本体的在本体的浓度。度。 假假设要添加要添加单位外表位外表积，所作的功中，所作的功中还必需必需包括抑制静包括抑制静电引力所耗引力所耗费的功，所以外表的功，所以外表张力升力升高。高。上一页上一页下一页下一页外表活性物外表活性物质(surface active substance) 溶液外表溶液外表张力随力随浓度添加而逐度添加而逐渐减小。减小。 低分子量的极性有机物，如：醇、低分子量的极性有机物，如：醇、醛、 酸、酸、酯、胺等、胺等.Traube规那么：脂肪酸同系物的稀水溶液那么：脂肪酸同系物的稀水溶液每添加一个每添加一个CH

3、2外表活性外表活性约添加添加3.2倍。倍。希士科夫斯基希士科夫斯基给出脂肪酸同系物溶液外表出脂肪酸同系物溶液外表张力与体力与体积浓度度间的关系。的关系。 0：溶：溶剂的外表的外表张力力; ：溶液的外表：溶液的外表张力力;cB : 溶液本体溶液本体浓度度;a , b:阅历常数常数;同系物的同系物的 b 一一样而而 a 不同。不同。 希士科夫斯基方程希士科夫斯基方程 Szyszkowski equation外表活性外表活性剂surface active agent (surfactant): 当当浓度很小度很小时，溶液的外表，溶液的外表张力便急力便急剧减小，但减小到一定减小，但减小到一定值后就不再

4、随后就不再随浓度度添加而添加而变化。化。具有具有长碳碳链碳原子数大于碳原子数大于8的极性有机化的极性有机化合物合物.从构造上看，外表活性物从构造上看，外表活性物质是两是两亲分子，一端分子，一端亲水水OH,COOH,SO3Na等等),另一端另一端亲油憎水油憎水R等。等。2 溶液的外表吸附景象溶液的外表吸附景象溶质溶质溶剂溶剂Surface inactive substanceC CB负吸附负吸附Surface active substanceC CB正吸附正吸附C ：外表相浓度：外表相浓度CB：本体相浓度：本体相浓度 极性端称为头基，非极性端称为尾基。 正由于外表活性物具有两亲性构造，极性端竭力

5、进入水相，而非极性端遭到水的排斥，有逃出水相的趋势，于是它被排向水面，在水面上浓集，将憎水部分伸向空气。微观上看，外表层外表活性物分子所受的向内的拉力比水分子的要小些，即表现出外表活性物质溶液的外表张力低于水的外表张力。溶液外表吸附溶液外表吸附：溶液外表吸附： 溶液外表溶液外表层的的组成与本体溶液成与本体溶液组成不同的景象成不同的景象外表活性物外表活性物质的外表的外表浓度大于本体度大于本体浓度，度，非外表活性物非外表活性物质在外表的在外表的浓度低于在本体的度低于在本体的浓度。度。外表外表热力学根本关系式力学根本关系式:外表集合公式外表集合公式: 3 吉布斯等温吸附式吉布斯等温吸附式上上标s表示

6、外表表示外表(surface)，令，令A为溶溶剂，B为溶溶质。上两式上两式对比，可得：比，可得：溶液相溶液相, 由吉布斯由吉布斯-杜亥姆方程杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation平衡平衡时，有，有 外表吉布斯外表吉布斯-杜亥姆方程杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation在溶液中，在溶液中，1mol溶溶剂A中所含溶中所含溶质B的摩的摩尔数数单位面位面积外表外表层中的溶中的溶剂A在溶液中所在溶液中所应含溶含溶质B的摩的摩尔数数单位面位面积外表外表层实践所含溶践所含溶质的摩的摩尔数数定义：定义：Is called (relative) surface excess or a

7、mount of surface adsorption(外表超外表超额或外表吸附量或外表吸附量)物理意物理意义:单位面位面积外表外表层中溶中溶剂所含溶所含溶质的物的物质的量与同的量与同样数量的溶数量的溶剂在溶液中所含溶在溶液中所含溶质的的物物质的量的差的量的差值.稀溶液中稀溶液中吉布斯吸附等温式吉布斯吸附等温式讨论：讨论：外表活性物外表活性物质,正吸附正吸附 非外表活性物非外表活性物质, 负吸附吸附运用吉布斯公式运用吉布斯公式,先要由先要由实验或或阅历公式得到公式得到 c之之间的关系的关系,然后求出然后求出 ( /c)T,p,再求再求值 . 溶液外表吸附溶液外表吸附希什科夫斯基希什科夫斯基阅历

8、公式：公式： 对外表活性物外表活性物质代入吉布斯等温吸附式代入吉布斯等温吸附式两亲分子在气液界面上的定向陈列两亲分子在气液界面上的定向陈列 根据根据实验，脂肪酸在水中的，脂肪酸在水中的浓度到达一定数度到达一定数值后，后，它在外表它在外表层中的超中的超额为一定一定值，与本体，与本体浓度无关，并度无关，并且和它的碳且和它的碳氢链的的长度也无关。度也无关。 这时，外表吸附已到达，外表吸附已到达饱和，脂肪酸分子合理的和，脂肪酸分子合理的陈列是列是羧基向水，碳基向水，碳氢链向向空气。空气。两亲分子在气液界面上的定向陈列两亲分子在气液界面上的定向陈列 根据这种严密陈列的方式，可以计算每个分子所占的截面积A

9、m。式中L为阿伏加德罗常数，G原来是外表超额，当到达饱和吸附时,G 可以作为单位外表上溶质的物质的量。由由这种方法求得醇分子的的种方法求得醇分子的的S=0.2780.289nm2,脂肪酸脂肪酸S=0.3020.310nm2，结果普通偏大。果普通偏大。这是由于外表是由于外表层中达中达饱和吸附和吸附时仍仍夹杂着水分子着水分子. 从从还可以求算可以求算饱和吸附和吸附层的厚度的厚度: = M/M：溶：溶质的摩的摩尔质量；量；：溶：溶质的密度；的密度；M 为单位面位面积上的溶上的溶质质量量, 量量纲为m。实验结果果阐明，同系物碳明，同系物碳链添加一个添加一个-CH2-时，添加添加0.130.15nm.

10、与与X光分析光分析结果一致。果一致。 当两当两亲分子的疏水基到达一定的程度，其在分子的疏水基到达一定的程度，其在水中的溶解可被忽略，而水中的溶解可被忽略，而经过铺展在水面上构成展在水面上构成的的单分子分子层，称，称为不溶性外表膜。能构成不溶性外表膜。能构成单分子分子膜的物膜的物质有碳原子在有碳原子在1422之之间的的长链含极性基含极性基如如OH、COOH、COO-、NH3+、CN等的脂肪族化合物以及含有等的脂肪族化合物以及含有SO3-、N(CH3)3+等等强极性基极性基团的的22个以上碳原子的个以上碳原子的长链分子等。分子等。1、 外表膜的构成外表膜的构成1765年，年，Franklin的的实

11、验6 不溶性外表膜不溶性外表膜(insoluble surface film)2、 外表压外表压 0dx 丈量安装：丈量安装： Langmuir 膜天平膜天平普通，普通，= 3050 mN/m假假设膜厚膜厚约为2.5 nm, p = 1.5107 kPa 150 atm定定义3、不溶膜的类型、不溶膜的类型a气态膜气态膜气液平衡区气液平衡区液液态扩张膜膜凝凝聚聚膜膜a：成膜分子平均：成膜分子平均占有面积占有面积气态气态气液平衡气液平衡液态液态固态固态气气态膜膜类似于理想气体的似于理想气体的pv关系，关系，为二二维空空间运运动的的质点理想气体点理想气体 a = kT 或或 AnRT A：n mol

12、分子所占的外表分子所占的外表积。 ：外表：外表压。是二。是二维空空间运运动的的质点点即外表膜分子即外表膜分子对浮片碰撞的浮片碰撞的结果。果。 AnRT 公式的一个有意公式的一个有意义的运用的运用是是测定蛋白定蛋白质的摩的摩尔质量。量。4 生物膜生物膜 大家知道动植物细胞都有膜，使细大家知道动植物细胞都有膜，使细胞对物质的透过有选择性，是细胞与胞对物质的透过有选择性，是细胞与环境之间物质交换的通道。环境之间物质交换的通道。 生物膜是由磷脂和蛋白质组成，磷生物膜是由磷脂和蛋白质组成，磷脂是两性的，有两个疏水的碳氢链及脂是两性的，有两个疏水的碳氢链及亲水的磷酸脂。亲水的磷酸脂。5 LB技术和技术和L

13、B膜膜1935年，年，I. Langmuir的学生和助手的学生和助手K.Blodgett将将单分分子膜子膜转移到固体移到固体衬底上，底上，胜利地制利地制备出第一个出第一个单分分子子层积累的多累的多层膜，膜，这就是我就是我们所称所称谓的的Langmuir-Blodgett 膜膜-LB膜。膜。 而而这种将气液界面上的种将气液界面上的单分子分子层转移到固体基片移到固体基片上的技上的技术就被命名就被命名为-LB技技术。y型堆型堆积 (基片基片头尾尾头头 ) 基片在上升和下降基片在上升和下降时均可挂膜均可挂膜. 膜的膜的层与与层之之间是是亲水与水与亲水面水面 ,疏水与疏疏水与疏水面相接触水面相接触 .这

14、种方式最种方式最为常常见 .z型堆型堆积 (基片基片头尾尾头尾尾 ) 与与 x型膜相反型膜相反 ,基片上升基片上升时挂膜挂膜 ,下下降降时不挂不挂 .要求基片外表要求基片外表为亲水性的水性的x型堆型堆积 (基片基片尾尾头尾尾头 ) 基片只在下降基片只在下降时挂上挂上单分子膜分子膜 ,上升上升时不挂膜不挂膜. 特点是每特点是每层膜的疏水面与相膜的疏水面与相邻的的亲水面接触水面接触. 基片外表疏水性的基片外表疏水性的 .LB膜的类型膜的类型LB膜的运用前景膜的运用前景1.LB膜的无源器件运用：膜的无源器件运用：2.a. 电子束刻子束刻蚀3.b. 光滑光滑资料料4.c. 分子分子导线和二和二维导电膜

15、膜5.d. 超薄超薄绝缘膜膜6.e. 液晶器件液晶器件铁电液晶的外表取向液晶的外表取向 2.LB膜的有源器件运用：膜的有源器件运用：3.光光电转换膜分子膜分子电池和分子开关池和分子开关4.电光光转换膜膜电致致发光平板彩色光平板彩色显示器示器5.光致光致变色膜高密度并行多信号色膜高密度并行多信号记录资料料6.非非线性光学膜各种非性光学膜各种非线性器件性器件7.各各类传感器感器红外，气敏等外，气敏等8.仿生膜嗅仿生膜嗅觉、视觉等人工器件等人工器件9.等等。等等。10.这些令人些令人兴奋的运用前景，吸引了大批学者投的运用前景，吸引了大批学者投身其研身其研讨，使得，使得LB膜成膜成为化学、物理、生物、医学、化学、物理、生物、医学、电子学、光学、子学、光学、资料学等于一体的料学等于一体的边缘科学，成科学，成为当当前研前研讨的的热点。点。