第4讲 表面活性剂在固液界面的吸附作用.ppt

第4章 表面活性剂在固液界面的吸附作用 概述 表面活性剂在固液界面上的吸附应用十分广泛，如纺织、印染、食品、皮革、造纸、农药、医药、石油、采矿、金属加工、感光材料、肥料、饲料等 工业部门及日常生活中都有重要应用。 在这些实际应用中主要是利用表面活性剂分子的两亲性特点，在固液界面形成有一定取向和结构吸附层，以改变固体表面的润湿性质、分散性质等。 固体界面发生吸附现象，根本的原因是因为界面能有自动减小的本能。 当纯液体与固体表面接触时，由于固体表面分子(或原子、离子)对液体分子作用力大于液体分子间的作用力，液体分子将向固液界面富集，同时降低固液界面能。 概述 与气液界面和液液界吸附不同，测定固液界面张力(实际应为固体表面能)非常困难，没有进行基于界面张力的吸附理论研究。 固体与界面活性剂相接触时，根据固体与界面活性剂间的相互作用进行着各样类型的吸附，大致分为物理吸附和化学吸附。 固液界面的吸附多以吸附等温线为基础进行研究。 固液界面吸附量测量容易。测定由于吸附而引起的溶液浓度的变化即可以在一定温度下测定吸附量。 概述 吸附剂: 具有吸附能力的固体物质。 吸附质: 被吸附的物质。 在研究表面活件剂在固液界面吸附时通常把表面活性剂叫做吸附质，固体叫做吸附剂。 注意: 吸附只发生在相界面上，被吸附的物质并不进入到固体内部，否则就称为吸收。如镍-氢电池中储氢材料对氢气的吸收等,而非简单的吸附。 物理吸附: 吸附剂与吸附质之间以范德华力相互作用而发生的吸附。 化学吸附: 吸附剂与吸附质之间发生化学反应,生成化学键的吸附。 概述 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 1. 固体的表面能 液体的表面张力和表面自由能是从力学和热力学角度出发对同一种表面现象的两种说法，应用相应单位时它们在数值上也相等。 固体与液体不同，虽仍可定义形成单位固体新表面外力做的可逆功为固体的表面自由能（常简称表面能），但不可笼统地将固体表面能与表面张力等同起来。 固体的表面能具有平均值的意义。 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 1. 固体的表面能 固体可能存在各向异性，形成不同单位晶面 (或解理面) 做的功可不相等。 ②固体原子的流动性极小，形成新固体表面时表面上的原子仍处于原体相中的位置，是热力学不平衡态。 ③固体表面区域内，在不改变原子数目的条件下，通过压缩和伸长原子间距离可以改变固体表面积的大小。显然，此时表面能不是将内部原子拉到表面做的可逆功。 ④固体表面的不规则性、不完整性和不均匀性使得在不同区域、不同位置的表面原子微环境有差异，受到周围原子的作用力也不同，故使表面能不同。 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 1. 固体的表面能 固体表面通常不是理想的晶面，而是有台阶、裂隙、沟槽、位错和熔结点等，放大看，都是不平坦的粗糙表面。 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 2. 低表面能固体和高表面能固体 高表面能固体： 人为规定表面能大于100mJ/m2的固体。主要为无机固体和金属。 低表面能固体： 表面能小于100mJ/m2的固体，主要指聚合物和固态有机物。 固体表面能至今没有精确、通用的测定方法，现报道的一些方法都是相对子一定条件和体系所选择的，对同一固体用不同方法所得结果可相差很大。 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 2. 低表面能固体和高表面能固体 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 3. 固体表面的电性质 固体与液体接触后可因多种原因而使固体表面带有某种电荷，原因如下： (1)电离作用 硅胶在弱酸性和碱性电解质中，表面硅酸电离而使其带负电 活性炭表面的一些含氧基团在水中也可电离，在中性介质中通常带负电 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 3. 固体表面的电性质 (2)选择性吸附 有些固体优先自水吸附H+或OH-而使其带正电或负电。 不溶性盐总是优先组成不溶物离子吸附于固体表面而使表面带电。如AgCl易吸附Ag+或Cl-。 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 3. 固体表面的电性质 (3)晶格取代 固体晶格中某一离子被另一不同价数的离子取代而使其带电，如Si4+被Al3+或Mg2+、Ca2+取代。 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 3. 固体表面的电性质 电势决定离子：使固体表面带电的特定离子。 等电点(IEP)：电动电势为零时，电势决定离子浓度的负对数称为等电点。 电势决定离子为H+和OH-时，pH＞IEP时，表面带负电， pH＜ IEP时，表面带正电。 4.1 固体自稀溶液中吸附的特点 4.1.1 固体表面特点 4. 固体表面自由