第3章-界面化学与表面活性剂基础知识分析
【胶体和界面化学】研究生课件3
H2COOCR
CH2OH 3RCOONa + CHOH
CH2OH
2. R-OSO3M硫酸酯盐 (烷基硫酸盐）R为8～22，M为Na、K ， （如十二烷基硫酸钠）
是润湿、乳化分散及去污最好的表面活性剂之一，是在肥 皂之后最老的阴离子表面活性剂，是以用高级醇经硫酸化、 碱中和后制成。由于高表面活性而得到广泛应用，但有两 方面缺点，一是在酸性条件下易水解还原为醇，二是碳原 子数为14-16时室温溶度很小。
第三章：表面活性剂作用原理
§第一节 表面活性剂的分类和化学结构 §第二节 表面活性剂在界面上的吸附 §第三节 表面活性剂在溶液中的状态 §第四节 表面活性剂有序结构 §第五节 表面活性剂的化学结构和性能
的关系
§第一节 表面活性剂的分类和化学结构
1.1 表面活性和表面活性剂 1.2 表面活性剂的分子结构特点 1.3 表面活性剂的分类和化学结构
纺织、印染、农药等工业中常用的调湿剂“拉开粉”即为 一
种烷基(二丁基或二异丙基)萘磺酸盐。萘和丁醇在浓硫酸 石油的磺作酸用盐下即生成二丁基萘磺酸，以碱中和即得萘磺酸盐。
石油磺酸过去常为提炼、纯化白矿油的副产品，与废酸一起 被抛弃。近年来应用越来越广泛。石油磺酸不再作为废品被 弃去，而是在市场上供不应求。实际应用的石油磺酸大部分 是油溶性的，其平均分子量大约在400与580之间(石油磺酸钠)
烷基苯磺酸盐，十二烷基苯磺酸钠，是大多数洗衣粉中的主要 成分，在硬水中一般不生成皂垢，耐酸碱。制造的主要原料是 石油,合成路线：
C10H24CH4 = CH2 +
[HF] C12H25
or[H2SO4]
C12H25
[H2SO4] [SO3]
界面化学：第三章 表面活性剂溶液3
所以 △Gm0 = RTln(a+a-)
△Gm0 = 2RTlncmc
(a+=a-)
3.8.1 胶团热力学模型—相分离模型
对相分离模型的评价 • 合理性：
在胶团溶液所具有的胶团聚集数 很大的情况下，单体到胶团的过渡 是锐变过程，类似于相分离。
• 局限性：
一般溶液的胶团聚集数并不大（30-200），不适宜作为一相 处理，因此相分离的描述不确切
由于n>>1，在cmc以上的一段浓度范围内，可以忽略第二项。
则 △Gm = △Gm0 – RTlnas
对于非离子型表面活性剂，两种模型得出同样的结果
3.8.2 胶团热力学模型—质量作用模型
对于离子型表面活性剂（ 如S+）
缔合平衡式 nS+ + kB-
(SnBk)(n-k)+
平衡常数K = am/(asn abk) = FCm/(CsnCbk)
lncmc= △Gm0 /（RT）-kglnCb
• 计算胶团标准自由能
• 有了胶团标准自由能便可以方便计算出相应的 标准焓变和标准熵变。
H
o m
T 2d (Gm0
T)
dT
Smo dGm0 dT
• 非离子型表面活性剂 P98 • 离子型表面活性剂
+
Br-
C12
Br
• 在所有实验温度， △Gm0皆为负值，说明在标准状态下形成胶团
3.8 胶团热力学
• 胶团溶液是热力学平衡体系，可以应用热力学 方法加以研究。
• 首先，需要确定热力学过程及热力学模型 • 胶团形成是若干个表面活性分子或离子结合成
一个整体（缔合体）的过程。
3.8.1 胶团热力学模型—相分离模型
初中化学知识点归纳物质的表面张力和界面活性剂
初中化学知识点归纳物质的表面张力和界面活性剂物质的表面张力和界面活性剂是初中化学中的重要知识点，对于理解物质的性质和应用有着重要的作用。
本文将对物质的表面张力和界面活性剂进行归纳和解析。
一、物质的表面张力表面张力是指液体表面发生形变时所需要的能量。
一般来说，表面张力使液体表面趋于收缩，这是由于液体分子间的相互作用力导致的。
液体表面上的分子相互靠近，受到液体内部的吸引力，所以液体的表面像薄膜一样被拉紧。
表面张力的大小与液体种类有关，一般情况下，分子间作用力较大的液体具有较大的表面张力。
二、界面活性剂界面活性剂是一类能够降低液体表面张力的物质。
界面活性剂分子结构中含有亲水基团和疏水基团，使其既能与水分子相互作用，又能与非极性物质相互作用。
界面活性剂可以在液体表面形成一层分子膜，分子膜的疏水基团朝向水面，亲水基团与水分子相互作用。
这种分子膜能够降低表面张力，使液体表面变得更加平滑。
三、表面活性剂的分类和应用表面活性剂可以根据亲水基团和疏水基团的相对位置分为两类：阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂的亲水基团带正电荷，而阴离子表面活性剂的亲水基团带负电荷。
表面活性剂在日常生活中有广泛应用。
例如，洗涤剂就是一种常见的表面活性剂。
洗涤剂的分子结构中含有亲水基团和疏水基团，可以降低水与油污的表面张力，使其与水混合并分散在水中。
此外，界面活性剂还可以用于制备乳液、泡沫剂等。
四、物质的表面张力与界面活性剂的联系物质的表面张力与界面活性剂有着密切关系。
界面活性剂的存在可以降低液体的表面张力，使液体更容易形成泡沫、乳液等。
同时，界面活性剂还可以改变液体的表面性质，使其具有良好的润湿性和展开性。
总结：物质的表面张力是液体表面发生形变时所需要的能量，而界面活性剂是能够降低液体表面张力的物质。
表面活性剂在日常生活中有着广泛的应用，例如洗涤剂、乳液等。
了解物质的表面张力和界面活性剂对于理解物质性质和应用有着重要的意义。
界面化学：第三章 表面活性剂溶液2
4 温度升高，离子型略有降低，非离子型增加 5 在水介质中，表面活性剂与水不相似性越大，聚集数
3.5 动表面张力与吸附速度
——吸附动力学
v1>v2 ，步骤2主控，次表面层/溶液内部分子 交换（双向扩散）决定
•无搅拌，无能垒
分子到达表面速度
dn
dt
(D
1
)2
ct
1 2
(N0
1000)
11
瞬时表面吸附量 n 2(D )2 ct 2 (N0 1000)
未考虑解吸 用于起始吸附阶段
考虑解吸作用
次表面层溶质浓度是时间的函数，为0-t变数 验证：扩散决定吸附？
3.4 Gibbs吸附公式对各种表面活性剂 溶液的应用
• 非离子型（非电解质）表面活性剂溶液
• 离子型（电解质）表面活性剂溶液
1-1价型强电解质 1-1价型弱电解质
—回顾
• 确定吸附公式的形式
（1）非离子型（非电解质型）溶质
如：C8H17OH
二元组分，稀溶液
(1) 2
1 RT
d
d
ln C2
1 2.303RT
d
d
lg C2
（2）离子型（电解质型）溶质
1-1价型强电解质
(1) 2
1 2RT
d
d
ln C2
1-1价型弱电解质
如：C10H21SO4Na 如：羧酸钠
二元组分 极稀溶液
(1)
(1)
R
RH
1
d
RT d ln cNa cR
3.5 动表面张力与吸附速度
3.5 动表面张力与吸附速度
第三章表面活性剂-PPT
45
六 表面活性剂得生物学性质
1、对药物吸收得影响 表面活性剂得存在可能增加药物吸收,也可能降低药物
得吸收。 (1)若药物系被增溶在胶束内,且能顺利从胶束内扩散或胶
束本身迅速与胃肠粘膜融合,则可增加吸收,如吐温80 促进螺内酯口服吸收。 (2)表面活性剂得浓度亦有重要影响,如0、01%吐温80可 增加司可巴妥吸收,而1%吐温80反而降低了司可巴妥 吸收。
图解表面张力
三、表面活性剂得种类
根据极性基团得解离性质进行分类: ①离子型表面活性剂(阴离子型活性剂;阳离子
型活性剂,两性离子型); ②非离子型表面活性剂。
混合型得
11
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
12
根据分子量大小进行分类: ①低分子表面活性剂; ②高分子表面活性剂[如海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)、
酸碱酶得作用下易水解。
23
24
第二节 表面活性剂得基本特性
一、胶束(micelles)
溶液得表面正吸附达到饱与后,当溶液内表面活性剂 分子数目不断增加时,分子转入溶液中,其疏水部分 相互吸引,缔合在一起。
表面活性剂分子自身依靠范德华力相互聚集,形成亲 油基向内,亲水基向外,在水相中温度分散,大小在胶 体粒子范围得缔合体,称为胶束。
表面活性剂浓度变大
C < CMC
分子在溶液表面 定向排列,表面张 力迅速降低
C ＝ CMC
溶液表面定向排 列已经饱与,表面 张力达到最小值。 开始形成小胶束
C > CMC
溶液中得分子得憎水 基相互吸引,分子自 发聚集,形成球状、 层状胶束,将憎水基 埋在胶束内部
第三章表面活性剂
第三章表面活性剂习题部分一、概念与名词解释1．表面活性剂：2．临界胶束浓度(CMC)：3．HLB值：4．Krafft point：5．昙点：二、判断题(正确的填A，错误的填B)1．一些无机盐可以使水的表面张力略有增加，一些低级醇可以使水的表面张力略有降低。
( )2．如果表面活性剂浓度越低，降低表面张力越显著，则表面活性越强，越容易形成正吸附。
( )3．与低分子表面活性剂相比，高分子表面活性剂降低表面张力的能力较小，增溶力、渗透力弱，乳化能力较强。
( )4．Krafft点是离子表面活性剂的特征值，也是表面活性剂使用温度的下限。
( )5．极性有机物如尿素、N-甲基乙酰胺、乙二醇等均可升高表面活性剂的临界胶束浓度。
( ) 6．根据HLB值的意义，HLB值越大亲水性越强，其增溶效果越好。
( )7．吐温80做增溶剂时，对药物的增溶不受添加顺序的影响。
( )8．Pluronic F-68有液态、固态和半固体三种状态，均可作为优良的乳化剂。
( )9．表面活性剂之所以具有增溶作用，主要由于其具有较高的极性。
( )10．在CMC以上，随着表面活性剂用量的增加，胶束数量达到饱和。
( )11．肥皂可与苯扎溴铵合用。
( )12．阳离子表面活性剂可与含羧基的化合物如羧甲基纤维素、阿拉伯胶等合用。
( ) 13．皂土、白陶土、滑石粉等具负电荷的固体可与阳离子表面活性剂合用。
( )14．明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇及聚维酮等水溶性高分子对表面活性剂分子有吸附作用，减少溶液中游离表面活性剂分子数量，临界胶束浓度因此升高。
( )15．表面活性剂如十二烷基硫酸钠可溶解生物膜脂质增加上皮细胞的通透性。
从而改善吸收。
( )16．阳离子表面活性剂毒性最大，其次是阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂毒性最小。
( )17．非离子表面活性剂毒性大小顺序为：聚氧乙烯烷基醚>聚氧乙烯芳基醚>聚氧乙烯脂肪酸酯>吐温类；( )18．一些不溶性无机盐如硫酸钡能化学吸附阴离子表面活性剂，使溶液中表面活性剂浓度下降。
表面活性剂化学
பைடு நூலகம்
活性剂的润滑作用
目前泥浆中常用的润滑剂有：
4
a. OP-30：
5
对润滑剂结构的要求
1
一是有足够长度的烃链C12-C18，不带支链以形成良好的油膜。
2
另一要求是极性基牢固地吸附在粘土和金属表面。
3
聚氧乙烯硬脂酸酯：
磺酸盐
01
01
02
02
活性剂的防腐蚀作用
YNC-1分子中，醇羟基上未共用电子对与不锈钢中正价金属离子形成配位键，YNC-1分子就以化学吸附的方式牢固地吸附在金属表面，形成致密的保护膜。阻止酸的进一步与金属作用。
1
2
润湿剂的应用
制备有机粘土、提高注入水的洗油能力等。
2014
常用的几种润湿剂：
琥珀酸二异辛酯磺酸钠：
2015
01
油酸丁酯硫酸酯钠：
02
聚氧乙烯异辛基苯酚醚-10：
氯化十二烷基三甲基铵：
一般淡水中的发泡剂为：
烃链短，带支链，亲水基的极性弱，并要求活性剂（消泡剂）的活性高。
对消泡剂的分子结构要求：烃链短，带支链使吸附层吸附强度弱；亲水基的极性弱，使水化差、水化膜薄，并要求活性剂（消泡剂）的活性高，加入泡沫中，能顶替发泡剂分子。
消泡剂的分子结构特点
泥浆中常用的消泡剂：
泥浆遇到气侵时，必须迅速消泡，除加入消泡剂外，还可以配合机械方法如泡沫浮在液面上，可以用挡板除去。同时泥浆性能要降粘、降切，使气泡升到液面上，有利于消泡。
表面活性剂的润湿反转作用-润湿剂 润湿反转是指活性剂使固体表面的润湿性向相反方面转化的作用。 能使固体表面的润湿性发生反转的活性剂叫润湿剂或润湿反转剂。
界面化学北京化工大学第三章表面活性剂的界面吸附ppt文档
吉布斯吸附等温式
Gibbs吸附公式
Γ 2
希斯科夫施基公式：
0
1
b
ln
C2 a
1
经验式 a和b为经验参数
d
dC2
b 0
a
C2 a
1
1
b 0
C2 a
(1) 2
C2 RT
d
dC2
b 0C 2
RT (C 2 a)
讨论：
当:
C2<<
a,(21)
C2 d
RTdC2
b0C2
RTa
,(21)
~C2
成线性关系
C2>> a,(21) bRT0 m,
界面化学北京化工大学第三章表面活性剂的界面吸附
1 溶液表面过剩
表面过剩 物质在界面上富集的现象叫做吸附。溶液表面的吸附 导致表面浓度与内部浓度不同，这种不同称为表面过 剩，可用以下公式表示：
1 2n2c2Vn1c1Vcc1 2溶剂表面过剩为0
时溶质的表面过剩，单位是mol/cm2。
上式中， c1,c2,c1,c2分别为溶剂（1）和溶质（2）
在α、β相中的浓度，均为实验可测量,
也是已知量，因此可求得
1 2
。
而V，
n1
,
n
2
以上求吸附量的公式可从以下公式导出：
ni ni ni nis ciV ciV nis
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19
影响表面张力的因素 表面张力与物质的本性有关,分子之间的 作用力越大则表面张力也越大. ( 金属 )> ( 离子 )>( 极性 )>( 非极 性) 与接触相的性质有关 温度增加 , 分子之间的作用力减弱 , 所以 大多数物质的表面张力也都将减小 与溶液的组成有关
立方体数 1 103 109 1015 1021
比表面Av /（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
分散度与比表面
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分 割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相 催化方面的研究热点。
9
界面现象的本质
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销；
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，其作用力未必能相互抵销， 因此，界面层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，则特性来 自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
F 2 l 即
F 2l
(8 - 5)
－表面张力，沿着液体表面,垂直作用于单位长度 线段上的紧缩力，单位N ·m-1
16
(a)
(b) 表面张力存在
17
另一方面，当用外力F，使金属丝非常缓慢地向下移动 dx ，皂膜面积增大dAs，则表面张力作可逆表面功：
δ' Wr' Fdx 2 l dx dAs
2018/8/3
一、表面和界面(surface and interface)
常见的界面有： 1.气-液界面
2018/8/3
一、表面和界面(surface and interface)
2.气-固界面
2018/8/3
一、表面和界面(surface and interface)
3.液-液界面
2018/8/3
第3章 界面化学与表面活性剂 基础知识
一、表面和界面(surface and interface)
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。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间
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。
固体表面会自动吸附其它物质。
微小液滴更易于蒸发。
产生表面（界面）现象的原因
8
3.2.1 表面张力和表面能
物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以 气-液表面分子与内部分子受力情况为例，如左下图。 液体内部的任一分子，皆处于 同类分子的包围之中，平均来看， 该分子与周围分子间的吸引力是球 形对称的，各个方向上的力彼此抵 消，其合力为零。然而表面层的分 子处于不对称的环境中。
2018/8/3
表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。
界面现象的本质
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
2018/8/3
立方体数 1 103 109 1015 1021
比表面Av /（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
肥皂膜
l
dx
无摩擦、可自由活动
F
若用钢丝制成一框架，如上图。一边为可以自由活动的金属 丝，将此金属丝固定后，使框架沾上一层肥皂膜，若放松金属 丝，肥皂膜会自动收缩以减小表面积。 要使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小与金属丝 长度 l 成正比，比例系数 。因膜有两个表面，故有：
δ Wr' dAs
可理解为：使液体增加单位表面时环境所需作的 可逆功，称比表面功。 单位：J ·m-2。
因为，恒温，恒压下，可逆非体积功，等于系统的吉布斯 函变： '
δWr dGT, p dAs
所以：
G δWr' F dAs 2l As T, p
2018/8/3
界面现象的本质
2018/8/3
比表面（specific surface area）
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：
Am A / m或Fra bibliotekAV A / V
式中，m和V分别为固体的质量和体积，A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。
2018/8/3
分散度与比表面
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1cm3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 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
2018/8/3
等于系统增加单位面积时，吉布斯函数的增加， 18 所以， 也称为比表面自由焓。单位 J ·m-2
G δWr' F dAs 2l As T, p
G F As T, p, nB( α) As T,V, nB( α)
一、表面和界面(surface and interface)
4.液-固界面
2018/8/3
一、表面和界面(surface and interface)
5.固-固界面
2018/8/3
3.1 界面化学概述 通常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关:
汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。
水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈凹形。