第四章液气与液液界面

应用：增加原油采收率和形成微乳状液 水溶无机盐 目前研究最多的是 石油磺酸盐（烷基、芳基）＋NaCl
4.5 液液界面的吸附
（一）Gibbs公式应用条件
若 ①第二相无界面活性 ②溶质及液体1在第二液相 完全不溶解 ③溶质与液体1在两相中的 mol比相同
（任意一种）可有：
−dγ12 = Γ(31)RTd ln a3
4.4 超低界面张力 ①定义 ②历史 ③测定 ④应用
4.5 液液界面的吸附
①Gibbs公式应用条件 ②吸附等温线 ③液液界面吸附层
4.6 微乳状液 ①定义 ②历史 ③基本类型 ④应用
4.1 液液界面及界面张力
两种不混溶的或不完全混溶的液体互 相接触的物理界面即液液界面。
由于界面两边分子性质不同，界面上分 子所处力场不是各向同性的，也存在界 面张力——垂直通过液液界面上任一单 位长度，与界面相切的收缩界面的力。
⎛⎜⎝
−
ΔH
AB
N 0 ⎞⎟⎠
1
W
d a
=2
γ
d a
γ
d b
2
Wad:色散力时粘附功 贡献
N ab :单位面积上两液体 的分子数目
a :每个分子所占面积
WaAB:酸碱作用对粘附 功贡献
ε AB :每个分子的酸碱 作用能
N0 :Avogadro常数
ΔH AB
=
EA EB
+
CACB
酸碱作用焓变 静电作用参数 共价作用参数
（二）吸附等温线
①Langmuir型 ②饱和吸附量小 ③低浓度区吸附量随浓度上升
速度比较快
（三）液液界面的吸附层
①分子所占面积大（油相分子介入） ②－CH2基在界面吸附过程中标准自

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4.4 弯曲表面下的附加压力
自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液 面内外存在一压强差，称为附加压强, 用Ps 表示。 附加压强是由于表面张力存在而产生的。 附加压强的产生 1.平液面
f f
P0 0
△ S
在液体表面上取一小面积 △ S, 由于液面水平，表面 张力沿水平方向， △ S 平 衡时，其边界表面张力相 互抵消, △S 内外压强相等：
将金属做成超细微粒以降低熔点；
10
例题
例 1 、将 1g 水分散成半径为 10-9m 的小水滴 （视为球形），其表面积增加了多少倍？
解：对大水滴
1 2 4 AS 4 r 4 cm 4.84 10 cm 4/3
2 2/3 2
对小水滴 6 6 10 3 10 1 2 3 2 As 4 r 3.0 10 m 1 3 4 / 3 r1 r1

这些现象说明：液体表面与体相液 体的性质不完全相同。这些特点可 以从力学和能量的角度予以解释。
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表面层分子与内部分子相比，它们所处 的环境不同。 体相内部分子 所受四周邻近相同分子的 作用力是 对称 的，各个方向的力彼此抵消 (各向同性)；故在液体的内部，分子的移动 无需作功。
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但是处在界面层的分子，一方面受到体相内 相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的 另一相中物质分子的作用，其所受作用力不能相 互抵消。因此，界面层分子由于其处在一不均匀 对称的力场会显示出一些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一 物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系， 特性则来自于界面层的组成与任一相的组成均不 相同。 15
P 4r 2 dr 8r dr 由此可得 2 P r

界面化学基础习题参考答案第一章1．一个小水滴的体积31645.3103Vr π-==⨯cm 3 1 cm 3水分散成小水滴的个数为161105.3n ⨯＝个＝1.887×1015个这些小水滴的总表面积S ＝1.887×1015×4πr 253610r=⨯＝cm 2 0.07205γ=N ·m -1×60m 2=4.32J2．N ·m -1=N ·m ·m -2=J ·m -2 表面自由能 3．（略） 4．22()24 () sL V s L V N N CU T r T T N N U πγγγ-∂⎛⎫==- ⎪∂⎝⎭↑-↓↓↓5．d dS d d d i i UT p V A n γμ=-++∑ 对表面0dV=则有d d d d i i U T S A n γμ=++∑,j s T p n p A nU S U T T A A T γγγ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫==+=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭,，，＋22sp A nU T T T γ⎛⎫∂∂=- ⎪∂∂⎝⎭，， 6．1-1-121880mN m 0.43mNm K 1808K 2.66J m sU--=⋅+⋅⋅=⋅7．当T =4620K 时，γ=0当T =823K 时，γ=380mN ·m -1-1-1380mN m K 3797pT γ∂⎛⎫=-⋅⋅ ⎪∂⎝⎭-1-11273380(380450)mN m 335.0mN m 3797k γ=-⨯⋅=⋅ 8．12(22.052930.096)mN m 50.18mJ m sU--=+⨯⋅=⋅1 mol 甲醇的体积为32/0.8=40cm 3 每个甲醇分子的半径为13823403cm 2.5110cm 6.02104r π-⎛⎫=⨯=⨯ ⎪⨯⎝⎭ 1 cm 3的表面积S =824231.210cm 1.210m r=⨯=⨯总表面积S ’=4.8×105m 2ΔG =4.8×105×22.05×10-3·J ·m -2 =1.06×104J ·m -29．不能。

如图5-7所示，设一根纤维浸在某液体中，纤维的另一端挂在电子天 平的测量臂上。用升降装置使液面逐渐下降。纤维经(b)状态脱离液 面，在纤维脱离液面的瞬间，电子天平测出该变化过程中力的变化 P，由记录仪记下如图5-8的曲线。
如果液体完全润湿纤维，则 P = 2rL 式中r为纤维半径。 若选用半径已知金属纤维，使液体能够完全润湿纤维，则测出
4.4 接触角的测定方法 4.4.1 停滴法（图4-5）
图4-5 停滴法测接触角

将液滴视作球形的一部分，测出液滴高度h和2r， 由简单几何分析求出θ：
sin = tan =
2hr h r
2 2
(4 -1 3 ) (4 -1 4 )
2hr r h
2 2
接触角测定仪
仪器结构主要由光源、工作台、底座、放大镜、滴液 器等部分组成
液滴在固体表面 上形成如图4—2所 示的形状，这时系 统达到最小自由焓 状态。假定液滴足 够小，重力影响可 以忽略，现液体发 生一个小的位移， 使各相界面的面积 变化分别为dASL、 dASG、dALG，则
图4-2 Young方程的推导
从能量观点推导Young方程（如图4-2）

系统自由焓的变化
d G L G d A L G S G d AS G S L d AS L
① 具有OH， COOH等极性基的有机物，与水分子吸引较强，它们与 水接触后，在水面上能自动铺展，有较大的铺展系数。 ② 碳氢化合物及其被卤素取代后的衍生物，因分子的极性减弱，因而铺 展系数也较小。 ③ 对于石蜡、溴仿这些极弱的极性键和非极性键物质，与水吸引力很 小，不能在水面上铺展，所以铺展系数为负值。
4-3 Young-Dupre公式