界面张力原因的应用.docVIP

1、界面张力介绍 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，如其中一相为气体，这种界面通常称作为表面。在固体和液体相接触的界面处，或在两种不同液体相接触的界面上，单位面积内两种物质的分子，各自相对于本相内部相同数量的分子过剩自由能之加和值，就称为界面张力。 界面张力，也叫液体的表面张力，就是液体与空气间的界面张力。 严格说表面应是液体和固体与其饱和蒸汽之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。 液体与另一种不相混溶的液体接触，其界面产生的力叫液相与液相间的界面张力。 液体与固体表面接触，其界面产生的力叫液相与固相间的界面张力。 液体的表面张力，就是液体表面的自由能。 固体表面与空气的界面之间的界面张力，就是固体表面的自由能。固体表面不同的材质，其表面自由能不同,金属和一般无机物表面的能量在 lOOmN/m以上，称为高能表面；塑料等有机物表面的能量较低，称为低能表面。 与表面张力不同，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 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消。因此界面张力通常要比表面张力小得多。 表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。我们知道，球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体。因此，在表面张力的作用下，液滴总是力图保持球形，这就是我们常见的树叶上的水滴按近球形的原因。 表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直。表面张力仅仅与液体的性质和温度有关。一般情况下，温度越高，表面张力就越小。另外杂质也会明显地改变液体的表面张力，比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小，也就是说，洁净水表面具有更大的收缩趋势。 当界面张力落在0.1mN.m-1-0.001mN.m-1范围为低界面张力，高于上限为高界面张力，低于下限为超低界面张力。 超低界面张力的应用领域 超低界面张力最主要的应用领域是在增加原油采集率和形成微乳状接夜，而提高原油采收率的化学方法之一是在注水时加入表面活性剂使油水界面张力降低，所加的表面活性剂应是源于丰富且价格低廉。为此，研究最多的是石油磺酸盐。该表面活性剂溶液的组成是：水‘表面活性剂、盐，加入油相后，便产生由油、水、表面活性剂、盐组成的低界面张力体系，其中油相包括各种烃类，如烷烃，不饱和烃，芳香烃，环烷烃及其混合物，表面活性剂可以是单一组分或混合物，盐类包括各种水溶性无机盐 2、矿物浮选的基本原理 润湿过程??? 矿物可浮性好坏的最直观标志，就是被水润湿的程度不同。易被水润湿的矿物(例如石英、云母等)称为亲水性矿物，不易被水润湿的矿物(例如石墨，辉钼矿等)叫做琉水性矿物。 ? 图12·2·1是水漓和气泡在不同矿物表面的铺展情况。图中矿物的上方是空气中水滴在矿物表面的铺展形式．从左至右，随着矿物索水程度的减弱，水滴越来越难于铺展而成为球形，图中矿物下方是水中气泡在矿物表面附着的形式，气泡的形状正好与水 jI|的形状相反，从右至左·随着矿物表面索水性的增强．气泡变 由此可知，在气相与液相之间为了占有固体表面而存在着一种竞争。此外，矿物表面上液相为另一相(气相或油相)取代的条件也是非常重要的，杜普雷(Dupre)首先应用热力学进行研究，臭斯特豪夫(Osterhof)等人提出了三种基本润湿形式，即附着润湿(4)，铺展润湿(6)和漫没润湿(c)，如图12．2．2所示。图中的液相是水，另一相为空气。如果以油代替空气．并以其他液体代替水。其关系仍然相同。 该系统由原来状态转变为最终状态时单位面积上所作的功，此功等于系统位能的损失。因此它是系统变化的推动力的判据。为简化起见，略许多学者用润湿过程来说明浮选的原理，认为：(1)表层浮选基本上取决于矿物表面的空气是否能被水所取代，如水不能取代矿物表面上的空气，即矿物表面不易润湿，则此矿物体就将飘浮在水面上，(2)全油浮选是由于被浮矿物表面的亲油性和疏水性所造成的，(3)泡沫浮选是由于被浮矿物经浮选剂处理，造成了表面疏水性而附着于气泡上浮。??? 可见，了解矿物表面上一种液体(例如水或油)取代另一种流体(如空气)的过程亦即润湿过程的规律性、对浮选具有实际意义。 许多学者用润湿过程来说明浮选的原理，认为：(1)表层浮选基本上取决于矿物表面的空气是否能被水所取代，如水不能取代矿物表面上的空气，即矿物表面不易润湿，则此矿物体就将飘浮在水面上，(2)全油浮选是由于被浮矿物表面的亲油性和疏水性所造成的，(3)泡沫浮选是由于被浮矿物经浮选剂处理，造成了表面