表面活性剂原理

2 3
b
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式中 h 为达平衡时液柱高度，g 为重力加速度，Δρ＝ ρ液－ρ气（ρ 为密度）。由图中可以看出，曲率半径 r 与毛细管半径 R 以及接触角 θ 之间存在着如下关系，
若考虑到对弯液面的修正，常用公式为：
毛细管上升法理论完整，方法简单，有足够的测量精度。
b
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环法：
基本原理是将一金属圆环(通常为铂丝圆环)平放
• 表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩 成最小的宏观张力。
b
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表面张力产生的微观本质 • 分子力观点：
• 表面张力是由于液体表面层内分子间相互作用与液体内部分子间相互作用不 同。
• 分子力：在液体內部的分子之间，彼此互相吸引力，忽略了斥力；
• 分子作用球(约10-8 m) ：在液体内部P点任取一分子A ,以A为球心，以分子有 效作用距离为半径作一球，称为分子作用球 。球外分子对A 无作用力，球内 分子对A 的作用力对称分布，合力为零。
• 圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部 的膜戳破，那么棉线圈将被拉成圆形；
b
9
为什么液体表面会形成一张有弹性的膜?
• 把系有棉线的铁环放入肥皂水中，拿出时，铁环上 布满一层肥皂膜。刺破一侧肥皂膜，另一侧肥皂膜 收缩，棉线向该侧完成弧形 。
• 发现液体表面存在张力，且方向在液面内 。
b
b
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在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势
表面张力产生的微观本质
• 从能量观点来分析
力把作分功子,从分液子体势内能部增移加到,即表表面面层层，内需分克子服的f势⊥ 作能功比;液外
体内部分子的势能大，表面层为高势能区; 表面层内,各个分子势能增量的总和称为液体的表
面能，用E 表示。
任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子 有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势， 使液面呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张 力。
水步
面：
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3
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b
6
一枚硬币上可承受几滴水？
b
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结论：水面是一张有弹性的膜
提问：为什么液体表面会形成一张有弹性的膜?
b
8
为什么液体表面会形成一张有弹性的膜?
在液体表面(或界面)上,用外力将圆环拉起，测量
f 2l
从能量的角度是单位表面的表面自由能,是 增加单位表面积液体时自由能的增值,也就是 单位表面上的液体分子比处于液体内部的同 量分子的自由能过剩值.
G () b A
p,T,nB
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表2.1 常见液体的表面张力
b
21
表2.2 一些液液体系的界面张力
液液界面的 界面张力小
b
22
影响表面张力系数的因素
10
为什么液体表面会形成一张有弹性的膜?
作用在液体表面，使液体表面收缩到最小面 积的力，叫做「液体表面张力 」。
生活中，许多 地方都有它！
b
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2.1 表面张力和表面活性
界面与表面的概念 表面：液体或固体与气体的接触面称为液 体或固体的表面。 界面：液-液、固-固和液-固的接触面称为 界面。
b
b
23
影响表面张力系数的因素
b
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表面张力的测定方法
滴重法(滴体积法)
W2r f
b
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❖ 毛细管上升法
将一洁净的半径为 r 的均匀 毛细管插入能润湿该毛细管的 液体中，则由于表面张力所引 起的附加压力， 将使液柱上 升，达平衡时，附加压力与液 柱所形成的压力大小相等，方 向相反：
1Rghr
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液体表面张力产生的原因
1.汽
1.表面层
1.液体
• 表面层是一个 厚度大概为10-9 m的薄层，液
体分子间距比 较大。
液体表面微观图
b
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分子间既有引力作用 又有斥力作用
rro
rro
v12
f
斥力
f 0 平衡位置
d
o•
r0
f 0 斥力起主要作用
引力
v12=0
r
R
r
d
d 分子有效直径 1010m
rro f 0 引力起主要作用
体积一定, 球体的表面积最小;
b
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2.1.1表面张力与表面自由能
空气
m
m′
液体
液体内部和表面分子的受力情况
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂
直于表面的边界，指向液体方向并与液面相切。把作用于单位边
界线上的这种力称为表面张力，用γ表示，单位是N/m，通常为
mN/表面自由能
与液体的性质有关：不同液体， 值不同；密度小、 易挥发的液体值较小。如:酒精、乙醚的值很小， 金属熔化后的值很大。
与相邻物质化学性质有关：同一液体与不同物质交界 ， 值不同。
与温度有关：温度升高， 值减小。当液体沸腾时表 面张力系数为零。
与液体内所含杂质有关：在液体内加入杂质，液体的 表面张力系数将显著改变，有的使其值增加；有的 使其值减小。使值减小的物质称为表面活性物质。
a
c l f
b 保持温度、压力和组成 不变，每增加单位表面 积时,Gibbs自由能的增加 值称为表面Gibbs自由能
d ，或简称表面自由能或 ⊿d 表面能，用符号γ表示
，单位为J·m-2。
液体表面张力
f 2l
G ( A)p,T,nB
b
J＝N·m，J/m2＝ N/m19
γ 从力的角度是作用于单位长度上的力,叫表 面张力.
第二章 表面活性剂的作用原理
2.1表面张力与表面活性 2.2表面活性剂胶束 2.3表面活性剂结构与性能的关系
b
1
有趣的现象
2007年11月23日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又
被称为泡泡人Sam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来：
为什么肥皂膜能被拉的很大而b不破裂？
2
行凌
走波
在微
• 从表面层中Q、R、S点任取一分子，其分子作用球一部分在液体外，空气密 度比水小，破坏了表面层的分子受力的球对称性；
• 其受合力与液面垂直，指向液体内部，这使得表面层内的分子与液体内部的
分子不同,都受一个指向液体内部的合力 f • 越部靠的近趋表势面。，受到的f越大；在f作用下，液体表面的分子有被拉进液体内
rR f 0 R—分子有效作用半径
分子力是短程力！ b
108 m
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液体的表面张力
• 现象：液体表面有收缩到最小的趋势 液面像紧绷的弹性薄膜。
• 说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存 在于液体表面。
• 表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分子有效作 用距离(=10-8 m) 的一层液体。