3.4 固液界面(润湿作用).ppt

3.3 固—液界面（润湿作用） 粘附功(work of adhesion) 浸湿功(work of immersion) 浸湿功(work of immersion) 铺展系数(spreading coefficient) 铺展系数(spreading coefficient) 1、接触角(contact angle) 接触角(contact angle) 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 2、影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 3、固体的润湿性质 固体的润湿性质 固体的润湿性质 固体的润湿性质 固体的润湿性质 固体的润湿性质 固体的润湿性质 4、表面活性剂对润湿性的影响 表面活性剂对润湿性的影响 表面活性剂对润湿性的影响 表面活性剂对润湿性的影响 浮游选矿 5、润湿热 润湿热 润湿作用的其他应用举例 润湿作用的其他应用举例 2、固体表面活性剂 表面活性剂也可通过物理吸附或化学吸附以改变固体表面的 组成和结构，使高能表面变为低能表面，而降低润湿性。 产生物理吸附的表面活性剂有：重金属皂类、长链脂肪酸、 有机胺盐、有机硅化合物、合氟表面活性剂等，这些表面活 性剂一般是在表面形成憎水基朝外的吸附层，而使固体表面 能降低。 若表面活性剂的亲水基在固体表面产生化学吸附，而使憎 水基朝外，则这亦有利于降低固体的表面能而使其润湿性降 低，这方面的实例有黄药（黄原酸）在矿物浮选中的应用。黄 药与方铅矿表面发生化学作用。 这时，矿物表面的外层为碳氢基，其润湿性大大下降，并附 着于鼓入的气泡中被浮选到液体表面，又如用甲基氯硅烷处 理玻璃或带有表面羟基的固体表面，甲基氯硅烷与固体表面 上的羟基作用，释出氯化氢，形成化学键Si-0键，这使原来 亲水的固体表面被甲基所覆盖而具有憎液性强和长期有效的 特点，可通过此方法改性 玻璃表面从而使其防水（如汽车玻璃，玻璃镜片等）。 再如普通的棉布因纤维中有醇羟基团而呈亲水性，所以很 易被水沾湿，不能防雨，若采用季胺盐类活性剂与氟氢化合 物混合处理后，表面活性剂的极性基与纤维的醇羟基结合 而憎水基朝向空气，从而使棉布表面从润湿变为不润湿， 由此方法可做成雨衣或防水布。 以上讨论的是极性固体的表面改性 ，若为非极性固体 表面，若通过表面活性剂的吸附形成亲水基向外的吸附 层则可使憎水表面变为亲水表面，即使其润湿性提高，如 将聚乙烯，聚四氟乙烯，石蜡等典型的低能固体浸在氢 氧化铁或氢氧化锡溶胶中，经过一段时间，水合金属氧化 物在低能表面产生较 强的吸附，干燥后可使表面润湿性发 生永久性的变化，即从憎水变为亲水。 浮游选矿的原理图 选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。 当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。 润湿热 将一固体浸入一液体中所放出的热量称为润湿热， 采用微量量热计等精密量热仪器可以测出各种固体和 液体浸润过程中的热效应。 同接触角一样，润湿热的数值也可以作为固液体系 润湿性能的表征，在△S0的场合，采用润湿热数据 作为表征更有现实意义。 由于体系的自由能降低主要是以放热体现出来。 * 在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表面粘附时对外所作的最大功称为粘附功，它是液体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。 在粘附过程中，消失了单位液体表面和固体表面，产生了单位液-固界面。粘附功就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值的负值。 等温、等压条件下，将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功，它是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。 只有浸湿功大于或等于零，液体才能浸湿固体。在浸湿过程中，消失了单位面积的气、固表面，产生了单位面积的液、固界面，所以浸湿功等于该变化过程表面自由能变化值的负值。 等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。若S≥0，说明液体可以在固体表面自动铺展。 在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。 若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面； 若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。 接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算： 接触角的示意图： 1、角