(完整版)界面张力的原因和应用
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液体力学中的表面张力与界面现象液体力学是物理学的一个分支,研究以及描述液体的力学行为。
其中一个重要的概念就是表面张力和界面现象。
本文将深入探讨液体力学中的表面张力和界面现象的原理以及它们在日常生活中的应用。
表面张力是液体分子之间的一种内聚力,它使得液体表面上的分子相互吸引,表现出一种“膜”的特性。
具体来说,液体分子在表面上会受到来自内部分子的吸引力,所以它们会聚集在一起,形成一个能够承受外力的弹性薄层。
这种力量在液体的小滴或者泡沫上表现得尤为明显。
表面张力的大小可以通过测量一个液体的能够在单位长度上支撑多大的重量来确定。
举个例子,如果你将一个铁环轻轻地放在水面上,你会发现水的表面张力足够强大,能够支撑起整个铁环。
这也是为什么某些昆虫能够在水上行走的原因,因为它们的体重并不足以破坏水的表面张力。
界面现象是指当两种不同的液体相遇时所产生的现象。
它涉及到液体之间界面的特性,以及界面上的现象,如表面张力和吸附现象。
当两种液体相互接触时,它们之间会产生相互作用力。
一种常见的界面现象是液体之间的混合和互溶。
一个经典的界面现象就是水和油的不互溶性。
水和油分子之间的互相排斥导致它们在混合时形成界面,形成一个有各种尺寸的水滴悬浮在油的表面上。
这是因为水分子之间的吸引力大于水和油之间的吸引力,所以它们更愿意聚集在一起。
界面现象在很多实际应用中都起到重要的角色。
一个重要的应用是液体和固体之间的界面,如润湿现象。
润湿是指液体在固体表面上的分布情况。
如果液体能够均匀地分布在固体表面上,我们称之为良好的润湿。
如果液体无法均匀地分布在固体表面上,则称之为不良的润湿。
润湿现象在很多领域都有重要的应用,如涂料工业、医疗材料、和光学镀层等。
另一个重要的应用是液体和气体之间的界面,如气泡和泡沫。
气泡和泡沫的形成与表面张力密切相关。
当一个封闭的气体被液体包裹时,液体分子在外部施加的压力会使得气体内部的压力大于外部压力,就会出现气泡。
通过控制表面张力和液体的性质,可以控制气泡的大小和稳定性,这在食品工业和洗涤剂等领域有着广泛的应用。
高分子材料中的界面现象及其应用高分子材料是指由单体经过聚合反应得到的聚合物,具有多种物理、化学和力学性质,广泛应用于医学、电子、汽车、建筑等领域中。
而高分子材料中的界面现象则是指在高分子材料的表面或者内部,由于材料性质发生变化而产生的各种现象。
在高分子材料的应用中,界面现象是一个非常重要的问题。
它直接影响到高分子材料的性质和使用效果。
下面我们从界面现象的基本原理、表面改性和材料应用等方面来分析高分子材料中的界面现象及其应用。
一、界面现象的基本原理高分子材料的界面现象主要包括吸附、电荷、亲疏水性、界面张力和界面电势等方面。
其中,吸附是指高分子材料表面吸附溶质的过程。
例如,在高分子材料表面吸附上一层有机分子,如十六烷基三甲基氯化铵,可以增加材料的亲水性。
此外,高分子表面的吸附还可以增加界面的粘附力。
电荷也是影响高分子材料界面现象的重要因素。
材料表面的化学性质和电荷特征会影响附属电势的大小和分布。
一般情况下,带负电的表面会吸引阳离子,而带正电的表面则会吸引阴离子。
亲疏水性是指高分子材料表面的亲水性和疏水性。
亲水性好的材料表面会吸引水分子,而疏水性好的材料表面会排斥水分子。
因此,在材料表面上引入疏水性分子可以有效地抑制材料的水分解反应。
界面张力则是指高分子材料界面上的一个力学角度的概念。
界面电势是指在高分子材料界面上的电势差。
以上这些基本原理都会影响到高分子材料的表面性质。
因此,人们需要通过界面改性的方法来对高分子材料进行改良,以达到更好的性能和效果。
二、表面改性表面改性是界面现象技术中的一种重要方法,它可以改善高分子材料的表面性质,从而提高材料的特性和应用效果。
表面改性主要有两种方法:物理改性和化学改性。
物理改性主要是通过对高分子材料表面进行物理加工,来改善材料的表面性质。
物理改性方法包括气相沉积、溅射沉积、离子束喷射、激光喷涂等。
这些方法可以通过改变材料表面的粗糙度或者结构,来改善材料的表面特性。
比如,气相沉积在高分子材料表面上形成一层陶瓷、金属或者金属氧化物,能够有效地提高材料的耐磨性和导电性等特性。
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,如个中一相为气体,这种界面平日称作为概况.在固体和液体相接触的界面处,或在两种不合液体相接触的界面上,单位面积内两种物资的分子,各自相对于底细内部雷同数目的分子多余自由能之加和值,就称为界面张力.界面张力,也叫液体的概况张力,就是液体与空气间的界面张力.严厉说概况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概况.罕有的界面有: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.液体与固体概况接触,其界面产生的力叫液相与固相间的界面张力.液体的概况张力,就是液体概况的自由能.固体概况与空气的界面之间的界面张力,就是固体概况的自由能.固体概况不合的材质,其概况自由能不合,金属和一般无机物概况的能量在 lOOmN/m以上,称为高能概况;塑料等有机物概况的能量较低,称为低能概况.与概况张力不合,处在界面层的分子,一方面受到体相内雷同物资分子的感化,另一方面受到性质不合的另一相中物资分子的感化,其感化力未必能互相抵消.是以界面张力平日要比概况张力小得多.概况张力是由液体分子间很大的内聚力引起的.处于液体概况层中的分子比液体内部稀少,所以它们受到指向液体内部的力的感化,使得液体概况层如同张紧的橡皮膜,有压缩趋向,从而使液体尽可能地缩小它的概况面积.我们知道,球形是必定体积下具有最小的概况积的几何形体.是以,在概况张力的感化下,液滴老是力争保持球形,这就是我们罕有的树叶上的水滴按近球形的原因.概况张力的偏向与液面相切,并与液面的任何两部分分界限垂直.概况张力仅仅与液体的性质和温度有关.一般情形下,温度越高,概况张力就越小.别的杂质也会显著地改变液体的概况张力,比方干净的水有很大的概况张力,而沾有番笕液的水的概况张力就比较小,也就是说,干清水概况具有更大的压缩趋向.超低界面张力的界说-1-1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.超低界面张力的运用范畴超低界面张力最重要的运用范畴是在增长原油收集率和形成微乳状接夜,而进步原油采收率的化学办法之一是在灌水时参加概况活性剂使油水界面张力下降,所加的概况活性剂应是源于丰硕且价钱低廉.为此,研讨最多的是石油磺酸盐.该概况活性剂溶液的构成是:水‘概况活性剂.盐,参加油相后,便产生由油.水.概况活性剂.盐构成的低界面张力体系,个中油相包含各类烃类,如烷烃,不饱和烃,芬芳烃,环烷烃及其混杂物,概况活性剂可所以单一组分或混杂物,盐类包含各类水溶性无机盐2.矿物浮选的基起源基本理润湿进程矿物可浮性利害的最直不雅标记,就是被水润湿的程度不合.易被水润湿的矿物(例如石英.云母等)称为亲水性矿物,不轻易被水润湿的矿物(例如石墨,辉钼矿等)叫做琉水性矿物.图12·2·1是水漓和蔼泡在不合矿物概况的铺展情形.图中矿物的上方是空气中水滴在矿物概况的铺展情势.从左至右,跟着矿物索水程度的削弱,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概况附着的情势,气泡的外形正好与水 jI|的外形相反,从右至左·跟着矿物概况索水性的加强.气泡变由此可知,在气相与液相之间为了占领固体概况而消失着一种竞争.此外,矿物概况上液相为另一相(气相或油相)代替的前提也是异常重要的,杜普雷(Dupre)起首运用热力学进行研讨,臭斯特豪夫(Ost erhof)等人提出了三种根本润湿情势,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.假如以油代替空气.并以其他液体代替水.其关系仍然雷同.该体系由本来状况改变成最终状况时单位面积上所作的功,此功等于体系位能的损掉.是以它是体系变更的推进力的判据.为简化起见,略去重力和静电力.很多学者用润湿进程来解释浮选的道理,以为:(1)表层浮选根本上取决于矿物概况的空气是否能被水所代替,如水不克不及代替矿物概况上的空气,即矿物概况不轻易润湿,则此矿物体就将飘浮在水面上,(2)全油浮选是因为被浮矿物概况的亲油性和疏水性所造成的,(3)泡沫浮选是因为被浮矿物经浮选剂处理,造成了概况疏水性而附着于气泡上浮. 可见,懂得矿物概况上一种液体(例如水或油)代替另一种流体(如空气)的进程亦即润湿进程的纪律性.对浮选具有现实意义.很多学者用润湿进程来解释浮选的道理,以为:(1)表层浮选根本上取决于矿物概况的空气是否能被水所代替,如水不克不及代替矿物概况上的空气,即矿物概况不轻易润湿,则此矿物体就将飘浮在水面上,(2)全油浮选是因为被浮矿物概况的亲油性和疏水性所造成的,(3)泡沫浮选是因为被浮矿物经浮选剂处理,造成了概况疏水性而附着于气泡上浮. 可见,懂得矿物概况上一种液体(例如水或油)代替另一种流体(如空气)的进程亦即润湿进程的纪律性.对浮选具有现实意义.吸附对浮选的意义1.概念:吸附:是液体(或气体)中某种物资在相界面上产生浓度增高或下降的现象.正吸附:当参加某种物资后,使溶液概况能下降,概况层溶质的浓度大于溶液内部的浓度,浓度增高现象.这种物资称为概况活性剂.负吸附:当参加某种物资后,使溶液概况能增高,概况层溶质的浓度小于溶液内部的浓度,浓度下降现象.这种物资称为非概况活性剂.吸附量:必定温度下,当吸附达到均衡时,单位面积上所吸附的吸附质的摩尔数,经常运用“Γ”暗示.2.意义:吸附是浮进程中,相间互相感化的一种重要情势,此外还有接收,粘赞同多相化学反响.研讨浮选进程中的吸附现象,对摸索浮选理论和指点浮选实践均有重要意义.二.吸附类型:吸附分为物理吸赞同化学吸附.两者差别:吸附基面上的化学质点与吸附质之间是否产生化学键的联合.凡由化学键力引起的吸附称为化学吸附;凡由分子键力引起的吸附称为物理吸附.物理吸附:分子吸附,双电层集中层吸附,半胶半吸附.化学吸附:离子吸附,双电层内层吸赞同特征吸附.1.分子吸附:溶液中被消融的溶质,以分子情势吸附到固---液,气---液等相界面上,称为分子吸附.吸附的成果不改变矿物概况电性.2.离子吸附:溶质离子在矿物概况吸附,称为离子吸附.(1)定位吸附:定位离子在定位层产生的吸附,具有强的选择性和无代替性,成果改变电性.(2)交流吸附:一种离子交流矿物概况的另一种离子而吸附在矿物概况上.定位吸赞同交流吸附经常同时产生,常在矿物概况生成不溶性盐类,可以改变矿物概况的电性(包含数目和符号).3.双电层的吸附:(1)双电层内层吸附----定位吸附(2)双电层外层吸附:慎密层吸附:静电力.范德华力和化学键力.集中层吸附:静电力.4.半胶束吸附:长烃链非极性端在范德华力的感化下,产生缔合感化,形成相似胶体的构造.5.特征吸附:双电层吸附中除静电吸附以外的吸附.对溶液中某种组分有特别的亲合力.三.气---液界面的吸附现象起泡剂是一种概况活性物资,在气---液界面上呈单分子层定向吸附分子中非极性基透过界面穿过气相,而极性基留在液体中.非极性基以范德华力互相感化,极性基互相排挤,又与水偶极子互相吸引.3.去污感化机理(1)非离子型去污剂的感化道理是什么这类去污剂具有两亲构造的分子构造,疏水基原料是具有生动氢原子的疏水化合物,如高碳醇,脂肪酸,高碳脂肪胺,脂肪酰胺等物资.疏水基原料有环氧乙烷,聚乙二醇等.其机理是感化在界面上的概况活性剂分子,下降了界面自由能,改变了污垢与基质的界面性质,经由过程吸引电荷相斥或吸附层的铺展压,使污垢从基质上移去,在经卷离,乳化,疏散,增溶等感化,籍机械力,流体力学等身分,随溶液除去(2)什么是皂化感化?番笕去污的道理是什么?番笕也洗衣粉的道理是一样的么?E是起什么感化?是进步效力照样本身也是去污的呢?番笕去污的道理是什么?番笕的制法就不讲了,番笕是硬脂酸钠(十八酸钠)或十八烯酸钠.或油酸钠,这些高等脂肪酸钠的分子,可以分成两部分,一部分是羧基钠盐-COO(-)Na(+),羧基阴离子是易溶于水的基团叫亲水基,它使得番笕具有水溶性;另一部分是较长的烃基部分,不溶于水而溶于非极性溶剂叫憎水基.番笕分子在水中时,它们的烃基部分彼此靠范德华力联合在一路,形成球状而将-COO(-)Na(+)部分,吐露在球面上.如许番笕溶于水时,就形成了很多外面被亲水基包着的小球而疏散在水中.当番笕擦在沾油的水中衣上时憎水基快活爱好油,变拔出沾油的衣中,亲水基憎油变拔出水分子中,两手擦洗,油被疏散成渺小的颗粒,番笕分子中的烃基溶于油粒中,而羧基部分则留在油粒外面,如许,每一个渺小的油粒外面都被很多亲水基包抄着悬浮于水中,成为乳浊液,这种现象叫乳化.就似乎几十把钢扦,拔出很大的石头中,大家齐用力,就把石头抬出来了一样.用水一冲就干净了.这是现代洗涤剂的一个配合去污道理,再加发泡剂.胶溶剂.喷鼻料.润湿剂等等,就构成了洗涤剂.现代日本的洗涤剂是叫五颜六色的番笕片做成的,椐研讨说碳链的长度对去污才能有很大的关糸,太长,消融性变小,太短去污才能差,如今科学家们正在摸索这个长度和什么样的亲水基和什么样的憎水基最好,愿望在明天!4.胶体粒子的制备办法收集胶体金溶液的制备有很多种办法,个中最经常运用的是化学还原法,根本的道理是向必定浓度的金溶液内参加必定量的还原剂使金离子变成金原子.今朝经常运用的还原剂有:白磷.乙醇.过氧化氢.硼氢化钠.抗坏血酸.枸橼酸钠.鞣酸等,下面分别介绍制备不合大小颗粒的胶体金溶液.一.制备胶体金的预备(一)玻璃器皿的干净制备胶体金的成功与掉败除试剂身分以外玻璃器皿干净是异常症结的一步.假如玻璃器皿内不干净或者有尘土落入就会干扰胶体金颗粒的生成,形成的颗粒大小不一,色彩微红.无色或混浊不透明.我们的经验是制备胶体金的所有玻璃器皿先用自来水把玻璃器皿上的尘土流水冲洗干净,参加干净液(重铬酸钾1000g,参加浓硫酸2500ml,加蒸馏水至10000ml)浸泡24h,自来水洗净干净液,然后每个玻璃器皿用洗洁剂洗3~4次,自来水冲洗掉落洗洁剂,用蒸馏水洗3~4次,再用双蒸水把每个器皿洗3~4次,烤箱湿润后备用.经由过程此办法的处理玻璃器皿不须要硅化处理,而直接制备胶体金.也可用已经制备的胶体金溶液,用一致大不颗粒的金溶液去包被所用的玻璃器皿的概况,然后弃去,再用双蒸水洗净,即可运用,如许后果更好,因为削减了金颗粒的吸附感化.(二)试剂的配制请求(1)所有配制试剂的容器均按以上请求酸处理洗净,配制试剂用双蒸馏水或三蒸馏水.(2)氯化金(HauCl4水溶液的配制:将lg的氯化金一次消融于双蒸水中配成1%的水溶液.放在4”c冰箱内保管长达几个月至1年阁下,仍保持稳固.(3)白磷或黄磷乙醚溶液的配制:白磷在空气中易燃烧,要非分特别当心操纵.把白磷在双蒸水中切成小块,放在滤纸上吸于水份后,敏捷放入已预备好的乙醚中去,轻轻动摇,等完整消融后即得饱和溶液.储藏于棕色密闭瓶内,放在阴凉处保管.二.制备胶体金的办法和步调(一)白磷还原法1.白磷还原法(zSigmondy 1905年)(1)取1%的HAuCl4水溶液1ml,加双蒸水99ml配成0.01%的HAuCl4水溶液.2CO3调pH至7.2.(3)加热煮沸腾,敏捷参加0.5ml20%白磷的饱和乙醚溶液,振荡数分钟至溶液呈现橙红色时即成.胶体金的颗粒直径为3nm阁下,大小较平均.2.白磷还原法(zSigmondy 1905及z Sigmondy Thiessen 1925)(1)取0.6%的HAuCl4水溶液2.5ml,加双蒸水120ml .2CO3,调pH至中性.(3)参加1/5饱和度的白磷乙醚溶液1ml(1份白磷4份乙醚),在室温振荡约15min ,溶液呈红褐色,再加热至典范的葡萄酒红色,加热可使乙醚蒸发,胶体金液体内过量的白磷通入空气后被氧化,此办法获得胶体金颗粒的直径在5~12nm之间.3.白磷还原法的改进法(Henegouwen1986)(1)取20%饱和度白磷乙醚溶液0.5ml,加双蒸水60ml .(2)用1%的HAuCl42CO30.6ml, 振荡变成棕红色.(3)加热煮沸,至溶液变成透明红色.运用上述办法增长还原次数使金颗粒直径不竭增大,二者之间的关系见表5-1.表5-1 胶体金颗粒大小与还原次数之间的关系此办法重要长处是简化了制备不合大小的颗粒胶体金的手续和其它试剂的配制,经济.操纵简略.别的,在多次还原进程中氯化金不再形成新的金颗粒,只是在本来金粒子基本上使它的直径变大.第一次金颗粒起着“晶核”的感化.因为这一特色,制备的金颗粒相对平均一致.(二)抗体血酸还原法(Stathis and Fabrikanos 1958)(1)将在4℃预冷的1%HAuCl42CO31.5ml.双蒸水25ml混匀.(2)在搅拌下参加1ml0.7%抗坏血酸水溶液,立刻呈现紫红色.(3)加双蒸水至100ml,加热至溶液变成透明红色为止.胶体金颗粒直径为8~13nm.(三)柠檬酸三钠还原法(Frens 1973)此办法是由Frens在1973年创立的,制备程序很简略,胶体金的颗粒大小较一致,广为采取.该法一般先将0.01%的HAuCl4溶液加热至沸腾,敏捷参加必定量1%柠檬酸三钠水溶液,开端有些蓝色,然后浅蓝.蓝色,再加热消失红色,煮沸7~10min消失透明的橙红色.各类颗粒的胶体金制备详见表5-2.表5-2 柠檬酸三钠用量与胶体金颗粒直径的关系按照Frens法还可以制备出其它不合颗粒大小的胶体金出来.很多研讨证实用该法制备胶体金时金颗粒的大小是柠檬酸三钠用量的函数,根本的纪律是柠檬酸三钠用量多,胶体金颗粒直径小,柠檬酸三钠用量越少,腔体金颗粒直径越大.(四)鞣酸—柠檬酸三钠还原法(Slot与Gueeze1985年)该法是以1982年Muhlpfordt法为基本,1985年Slot与Geuze对该法进行了改进,特色是经由过程改变鞣酸的用量制备出多种颗粒直径的胶体金,并且颗粒的直径平均一致,很合适于双标及多标研讨.制备3nm.5nm.10nm.15nm的胶体金颗粒见表5-3.表5-3 鞣酸—柠檬酸三钠还原法操纵步调:(1)依据所须要的胶体金颗粒分别配制A液和B液.(2)将配制好的A.B两液在水浴内加热到60℃,并经由过程控温装配使温度保持稳固.(3)在电磁搅拌器上搅拌A液敏捷参加B液,持续加热直至胶体金变成葡萄酒色,时光大约7~10min.在A.B两液混杂后可见溶液立刻变成蓝色,大约1~3min就变成红色.用鞣酸—柠檬酸三钠还原法,柠檬酸三钠重要为还原剂,而鞣酸则有双重感化,一是还原感化,二是呵护感化,掌握“晶核”的形成进程,也就是说鞣酸的用量若干决议胶体金颗粒的大小形成,是以改变鞣酸的用量就可以改变胶体金的颗粒大小,达到制备不合直径颗粒的胶体金之目标.(五)乙醇超声波还原法(Baigent and Muller 1980)(1)1%HAuCl4水溶浓0.2ml参加100ml双蒸水.2CO3调pH至中性,再参加1ml乙醇.(3)用20KC.125w超声波探头浸入溶液内进行超声振荡,由此法制得的胶体金颗粒为6~10nm.(六)硼氢化钠还原法(Tschopp et al 1982)(1)将预冷在4℃的40ml双蒸水中参加0.6ml 1%的HAuCl4.2CO3,0.2ml.(3)在搅拌下,敏捷参加新颖配制的硼氢化钠水溶液(0.5mg/ml)0.4ml,一般反复参加3~5次,直至溶液的兰紫色变成橙红色为至.然后再搅拌5min,获得的金颗粒直径在2~5nm之间.(七)放射性胶体金的制备办法(Kent and Allen 1981)(1)取0.01%HAuCl4上水溶液100ml,加热至沸腾.(2)参加40μl195Au.(3)敏捷参加4ml1%柠檬酸三钠水溶液,5~7min消失透明的橙红色.(4)其含量为I×106脉冲数/min.(八)微波制备液体金办法.媒介:一种胶体银纳米粒子的制备办法,起首,将PVP水溶液与硝酸银溶液按PVP与硝酸银中银离子的质量比为1~15∶1进行混杂;然后,在获得的混杂溶液中加丙酮,参加的丙酮与硝酸银中银离子的质量之比为5~10∶1;最后在辐射波长为253.7- 300nm,为14~2000W紫外灯照耀下以0.5~60mL/min的流速流经石英蛇形管即可.本创造将PVP,丙酮和硝酸银水溶液注入石英蛇形螺旋管中,并在螺旋管中拔出紫外灯进行紫外照耀,经由过程简略的混杂及紫外照耀即可获得粒径散布平均的银纳米粒子的胶体溶液,且在全部制备进程中无有毒物资或情形污染物.产生,制备的粒子尺寸轻易掌握,并且可以实现持续大范围临盆.胶体的制备办法:面筋情形:当您在一点点水熔化的糖或盐的含量,我们留意到,糖或盐完整消融于水,不克不及分别,过滤或不Baltroyq的解决计划被称为真实的.假如你把适量的水有点沙子洛奇这个解决计划,我们得到的水,你可以看到用肉眼砂颗粒(分钟),假如你留在锅的底部的沙粒的混杂物聚积的沙子被停牌.这两个极端之间的前提的情形下打德律风的胶体粒子的大小,个中一分钟之间的体积和分子吊坠真正解决大小让步,这就是所谓的胶体.胶体溶液办法制备:有两种方法预备胶体:办法取决于材料碎片,使范围内胶体粒子的大小,称为集中法基本的办法,收集粒子,成为真正的解决办法,甚至在更大的范围被称为(聚合或凝聚)糯米方法多种多样.一.办法传播:分为:机械办法,方法电力,Albptnp(零售),超音波.机械办法:在这种情形下研磨材料,直到它到达胶体颗粒大小的范围和在特别的机械称为胶体磨.二.电气:将这个单元格,电解,那边的金属阴极材料是舒展和电解液是氢氧化钠溶液,并经由过程在阴极的高强度Vihrr钠流,并与金属归并和反响在这个Almmelgm钠与水的溶液中敏捷舒展的金属工艺胶体电解质溶液状况.三.Albptnp(零售):这个进程可以转化从非胶体的胶体状况的情形,而溶剂或作为可以接收的情势身分或身分Albptnp已知的任何添加剂的影响的材料.Albptnp一般取决于吸附中间分类出版商广泛,这可能产生在材料是爱拜访溶剂(Iofeli)的情形.例如:氢氧化铝,措辞回身对胶体增加了稀盐酸小案件的预备(DNA是一种身分是Albptnp四.超声波:与穗位高频率的声波无法触摸到,具有较高的才能,使他们可以或许打破文章颗粒大小在胶体范围之内.Interfacial tension theory and application 概况张力理论及运用。
变压器油界面张力
变压器油界面张力是指变压器油中存在的油-空气界面上的张力。
界面张力是液体分子内部之间的相互作用力和液体分子和气体或固体之间的相互作用力之间的平衡关系。
在变压器油中,油和空气之间存在着界面,油分子会受到内部作用力的拉扯,而界面张力则是油分子和空气之间的相互作用力,在界面上产生一个微小的张力。
界面张力的大小取决于油和空气之间的相互作用力,影响这些相互作用力的因素包括油的性质、温度和有无杂质等。
界面张力的存在对于变压器油的性能具有一定的影响。
较高的界面张力可以增加油的表面张力和稳定性,有助于减少油的挥发和氧化化学反应,从而提高变压器油的绝缘性能和使用寿命。
然而,过高的界面张力也可能导致油表面的泡沫生成和沉积物的形成,对设备的运行产生不利影响。
因此,合理控制变压器油界面张力对于确保变压器油的正常运行和延长设备寿命具有重要意义。
通常可以通过选择适合的油品和控制油的质量、纯净度和温度等方式来调节界面张力。
物理化学中的界面现象物理化学作为研究物质和能量相互作用的学科,广泛关注物质的界面现象。
界面现象是指不同相(例如气相、液相、固相)之间的交界处所表现出的一系列特殊性质和现象。
本文将对物理化学中的界面现象进行探讨,包括界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
首先,我们来讨论界面张力。
界面张力是界面上单位长度所具有的能量。
液体的界面张力是由分子间吸引力和排斥力所引起的。
分子间吸引力导致液体分子之间靠近,而分子间排斥力使液体分子远离界面。
这种分子间的不均匀排布导致了界面张力的存在。
界面张力使得水滴在平面上形成球状,也使得液体能够在毛细管中上升。
接下来,我们将讨论胶溶体。
胶溶体是由固体分散在液体中形成的混合物。
在胶溶体中,固体颗粒通过与液体分子的相互作用形成一个三维网络结构。
这种网络结构赋予了胶溶体特殊的物理性质,如黏度的增加和凝胶的形成。
在生活中,我们可以看到许多胶溶体的运用,比如胶水、果冻和凝胶电池等。
最后,我们来探讨表面活性剂。
表面活性剂是一类具有亲水性头部和疏水性尾部的分子。
在液体表面,表面活性剂的头部与水分子相互作用,而尾部则与空气或其他非极性物质相互作用。
这种分子的不均匀性导致表面活性剂在液体表面形成一个稳定的单分子层,称为胶束。
表面活性剂的存在使液体的表面张力减小,也可以使油与水相溶。
这种特性使得表面活性剂广泛应用于洗涤剂、乳化剂和泡沫剂等领域。
总而言之,物理化学中的界面现象涵盖了界面张力、胶溶体和表面活性剂等方面。
这些现象的研究不仅可以深化我们对物质相互作用的理解,也为许多实际应用提供了基础。
通过进一步研究和探索界面现象,我们可以更好地理解和应用物理化学的知识。
表面张力和界面张力
表面张力和界面张力
表面张力和界面张力是物理学中的两个重要概念,它们在日常生活中的应用非常广泛。
下面我们将对这两个概念进行详细的解释和实际应用。
一、表面张力
表面张力是指液体表面对外界的抵抗力。
液体分子与气体分子之间的作用力比液体分子之间的作用力要小,因此液体表面的分子比内部分子受到的引力要大。
这种表面分子被拉紧的情况就称为表面张力。
表面张力的实际应用非常广泛,例如我们在洗手或洗碗时,我们会发现水分子容易形成球状,这是因为水分子之间的作用力和表面张力相互抵消,使得水分子更愿意聚集在一起形成球状。
此外,蜘蛛在行走时可以在水面上行走,也是因为水面张力的存在。
二、界面张力
界面张力是指两种不同液体之间的相互作用力。
两种不同液体之间的作用力不同,这就形成了界面张力。
例如在水与油的界面处,水分子之间的作用力比油分子之间的作用力要大,因此会形成一个“水滴”状的界面,这就是界面张力的表现。
界面张力的实际应用也非常广泛。
例如在油墨印刷中,油墨不会扩散
到纸张的其他部分,这是因为油墨和纸张之间形成了一定的界面张力。
再比如在制药过程中,不同液体之间会发生反应,形成药物,这也是
界面张力的作用。
综上所述,表面张力和界面张力是物理学中两个非常重要的概念。
在
日常生活中,无论是洗涤、行走还是印刷、制药,表面张力和界面张
力的应用都是无所不在的。
第九章 界面张力教学目的与要求 理解表面张力和表面Gibbs 函数的概念。
理解弯曲界面的附加压力概念和LapLace 公式、Ke1vin 公式。
了解润湿、接触角和Young 方程,了解物理吸附与化学吸附的含义和区别。
掌握Langmuir 单分子层吸附模型和吸附等温式了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用。
理解Gibbs 吸附等温式。
教学重点与难点 重点:Laplace 方程、Kelvin 公式、Langmuir 吸附等温式和Gibbs 吸附等温式等公式及其应用。
难点:表面张力和附加压力的关系,Gibbs 表面相的概念。
作业 9.2 9.4 9.6 9.10 9.14 9.209-1 界面张力界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。
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。
比表面通常用来表示物质分散的程度,有两种常用的表示方法:一种是单位质量的固体所具有的表面积;另一种是单位体积固体所具有的表面积。
即:s s s / /V a A m A A V ==或式中,m 和V 分别为固体的质量和体积,A s 为其表面积。
目前常用的测定表面积的方法有BET 法和色谱法。
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
把一定大小的物质分割得越小,则分散度越高,比表面也越大。
例如,把边长为1cm 的立方体1cm 3逐渐分割成小立方体时,比表面增长情况列于下表:边长l/m 立方体数 比表面A v /(m 2/m 3)1×10-2 1 6 ×1021×10-3 103 6 ×1031×10-5 109 6 ×1051×10-7 1015 6 ×1071×10-9 1021 6 ×109一.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数表面层分子与内部分子相比,它们所处的环境不同。
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,另一方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。
超低界面张力的定义当界面张力落在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(Oster hof)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,略去重力和静电力。
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。
吸附对浮选的意义1.概念:吸附:是液体(或气体)中某种物质在相界面上产生浓度增高或降低的现象。
正吸附:当加入某种物质后,使溶液表面能降低,表面层溶质的浓度大于溶液内部的浓度,浓度增高现象。
这种物质称为表面活性剂。
负吸附:当加入某种物质后,使溶液表面能增高,表面层溶质的浓度小于溶液内部的浓度,浓度降低现象。
这种物质称为非表面活性剂。
吸附量:一定温度下,当吸附达到平衡时,单位面积上所吸附的吸附质的摩尔数,常用“Γ”表示。
2.意义:吸附是浮过程中,相间相互作用的一种主要形式,此外还有吸收,粘附和多相化学反应。
研究浮选过程中的吸附现象,对探索浮选理论和指导浮选实践均有重要意义。
二、吸附类型:吸附分为物理吸附和化学吸附。
两者区别:吸附基面上的化学质点与吸附质之间是否发生化学键的结合。
凡由化学键力引起的吸附称为化学吸附;凡由分子键力引起的吸附称为物理吸附。
物理吸附:分子吸附,双电层扩散层吸附,半胶半吸附。
化学吸附:离子吸附,双电层内层吸附和特性吸附。
1.分子吸附:溶液中被溶解的溶质,以分子形式吸附到固---液,气---液等相界面上,称为分子吸附。
吸附的结果不改变矿物表面电性。
2.离子吸附:溶质离子在矿物表面吸附,称为离子吸附。
(1)定位吸附:定位离子在定位层发生的吸附,具有强的选择性和无取代性,结果改变电性。
(2)交换吸附:一种离子交换矿物表面的另一种离子而吸附在矿物表面上。
定位吸附和交换吸附经常同时发生,常在矿物表面生成不溶性盐类,可以改变矿物表面的电性(包括数量和符号)。
3.双电层的吸附:(1)双电层内层吸附----定位吸附(2)双电层外层吸附:紧密层吸附:静电力、范德华力和化学键力。
扩散层吸附:静电力。
4.半胶束吸附:长烃链非极性端在范德华力的作用下,发生缔合作用,形成类似胶体的结构。
5.特性吸附:双电层吸附中除静电吸附以外的吸附。
对溶液中某种组分有特殊的亲合力。
三、气---液界面的吸附现象起泡剂是一种表面活性物质,在气---液界面上呈单分子层定向吸附分子中非极性基透过界面穿过气相,而极性基留在液体中。
非极性基以范德华力相互作用,极性基互相排斥,又与水偶极子相互吸引。
3、去污作用机理(1)非离子型去污剂的作用原理是什么这类去污剂具有两亲结构的分子结构,疏水基原料是具有活泼氢原子的疏水化合物,如高碳醇,脂肪酸,高碳脂肪胺,脂肪酰胺等物质。
疏水基原料有环氧乙烷,聚乙二醇等。
其机理是作用在界面上的表面活性剂分子,降低了界面自由能,改变了污垢与基质的界面性质,通过吸引电荷相斥或吸附层的铺展压,使污垢从基质上移去,在经卷离,乳化,分散,增溶等作用,籍机械力,流体力学等因素,随溶液除去(2)什么是皂化作用?肥皂去污的原理是什么?肥皂也洗衣粉的原理是一样的么?E是起什么作用?是提高效率还是本身也是去污的呢?肥皂去污的原理是什么?肥皂的制法就不讲了,肥皂是硬脂酸钠(十八酸钠)或十八烯酸钠、或油酸钠,这些高级脂肪酸钠的分子,可以分成两部分,一部分是羧基钠盐-COO(-)Na(+),羧基阴离子是易溶于水的基团叫亲水基,它使得肥皂具有水溶性;另一部分是较长的烃基部分,不溶于水而溶于非极性溶剂叫憎水基。
肥皂分子在水中时,它们的烃基部分彼此靠范德华力结合在一起,形成球状而将-COO(-)Na(+)部分,暴露在球面上。
这样肥皂溶于水时,就形成了许多外面被亲水基包着的小球而分散在水中。
当肥皂擦在沾油的水中衣上时憎水基爱好油,变插入沾油的衣中,亲水基憎油变插入水分子中,两手擦洗,油被分散成细小的颗粒,肥皂分子中的烃基溶于油粒中,而羧基部分则留在油粒外面,这样,每一个细小的油粒外面都被许多亲水基包围着悬浮于水中,成为乳浊液,这种现象叫乳化。
就好像几十把钢扦,插入很大的石头中,大家齐用力,就把石头抬出来了一样。
用水一冲就洁净了。
这是现代洗涤剂的一个共同去污原理,再加发泡剂、胶溶剂、香料、润湿剂等等,就组成了洗涤剂。
现代日本的洗涤剂是叫五颜六色的肥皂片做成的,椐研究说碳链的长度对去污能力有很大的关糸,太长,溶解性变小,太短去污能力差,现在科学家们正在探索这个长度和什么样的亲水基和什么样的憎水基最好,希望在明天!4、胶体粒子的制备方法收集胶体金溶液的制备有许多种方法,其中最常用的是化学还原法,基本的原理是向一定浓度的金溶液内加入一定量的还原剂使金离子变成金原子。
目前常用的还原剂有:白磷、乙醇、过氧化氢、硼氢化钠、抗坏血酸、枸橼酸钠、鞣酸等,下面分别介绍制备不同大小颗粒的胶体金溶液。
一、制备胶体金的准备(一)玻璃器皿的清洁制备胶体金的成功与失败除试剂因素以外玻璃器皿清洁是非常关键的一步。
如果玻璃器皿内不干净或者有灰尘落入就会干扰胶体金颗粒的生成,形成的颗粒大小不一,颜色微红、无色或混浊不透明。
我们的经验是制备胶体金的所有玻璃器皿先用自来水把玻璃器皿上的灰尘流水冲洗干净,加入清洁液(重铬酸钾1000g,加入浓硫酸2500ml,加蒸馏水至10000ml)浸泡24h,自来水洗净清洁液,然后每个玻璃器皿用洗洁剂洗3~4次,自来水冲洗掉洗洁剂,用蒸馏水洗3~4次,再用双蒸水把每个器皿洗3~4次,烤箱干燥后备用。
通过此方法的处理玻璃器皿不需要硅化处理,而直接制备胶体金。
也可用已经制备的胶体金溶液,用同等大不颗粒的金溶液去包被所用的玻璃器皿的表面,然后弃去,再用双蒸水洗净,即可使用,这样效果更好,因为减少了金颗粒的吸附作用。
(二)试剂的配制要求(1)所有配制试剂的容器均按以上要求酸处理洗净,配制试剂用双蒸馏水或三蒸馏水。
(2)氯化金(HauCl4水溶液的配制:将lg的氯化金一次溶解于双蒸水中配成1%的水溶液。
放在4”c冰箱内保存长达几个月至1年左右,仍保持稳定。