【大学课件】表面活性剂及其作用.ppt

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2、烯烷基酰胺,R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型,http:/ 面上相对浓集。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。,http:/ 表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束。表面活性剂在水溶液中开始形成胶束的所需最低浓度称为临界胶束浓度。这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表

3、面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。,http:/ 1.润湿作用表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90。,http:/ 非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。表面活性剂是由于胶束而产生增溶作用的。在胶束内部，相当于液态的碳氢化合物，根据性质相似相溶原理，非极性有机溶质较易溶于胶束内部的碳氢化合物之中，形成了增溶现象。只有表面活性剂的浓度大于临界胶束浓度以上，有胶

4、束形成时才有增溶作用。,http:/ 一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。水和有机物组成的互不相溶液体中，有机物统称为油。若油以小液珠形势存分散在水中，称为水包油型乳状液 (O/W)，如牛奶就是奶油分散在水中形成水包油型乳状液；若水以小液珠形式分散在油中，称为油包水型乳状液(W/O)，如含水分的石油。,http:/ 只要把少量表面活性剂加入到两种互不相溶的液体之中，经过剧烈搅拌或超声振荡，就可制成较稳定的乳状物。表面活性剂分子在油水界面上的吸附，使表面张力减少，即使系统的表面能降低，所以系统能够较稳定存在。制备不同的乳状物选择不同

5、的表面活性剂。,http:/ “泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂。也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。,http:/ 洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：,http:/ B.加入表面活性剂后，憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。 C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面

6、后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。,http:/ 质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相，另一种物质称为分散介质,分散相与分散介质,例如：云，牛奶，珍珠,http:/ (Table V-1.1),分子分散体系(真溶液) 胶体分散体系粗分散体系,按分散相和介质的聚集状态分类： Table V-1.2,液溶胶固溶胶气溶胶,按胶体溶液的稳定性分类：,憎液溶胶亲液溶胶,http:/ 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。 2.胶体分散体系分散相粒子

7、的半径在1 nm100 nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。,http:/ 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。,http:/ 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶： A.液-固溶胶如油漆，AgI溶胶 .液-液溶胶如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶如泡沫,http:/ 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶： A.固-固溶胶如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶如珍珠，某些宝石

8、C.固-气溶胶如泡沫塑料，沸石分子筛,http:/ 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围. A.气-固溶胶如烟，含尘的空气 B.气-液溶胶如雾，云,http:/ 半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散体系中主要研究的内容。,http:/ 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂

9、中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。,http:/ 溶胶的光学和力学性质,一、丁达尔(Tyndall)效应,二、布朗（Brown）运动,三、扩散 diffusion,四、沉降和沉降平衡 Sedimentation,http:/ nm之间。,（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。,（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。,（3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。,http:/ 原理：散射,分散

10、相粒子直径入射光的波长反射分散相粒子直径入射光的波长散射,波长越短，粒子直径越大，散射越强。,http:/ 现在用超显微镜可观察到胶粒在介质中不停地无规则运动。,布朗（Brown）运动示意图,http:/ 当颗粒太大时： 1.撞击力大体抵销； 2.质量较大，运动不明显。还取决于温度，介质粘度：温度越高、粘度越小则运动速度越快。,http:/ diffusion,在有浓差的情况下，溶胶粒子会从高浓度处向低浓度处扩散。,菲克(Fick)定律：（一维）,D:扩散系数，10-11 m2s-1 而真溶液D10-9 m2s-1 数值与粒子半径，介质粘度，温度有关,http:/ Sedimentati

11、on,1. 沉降平衡：若溶胶粒子密度分散介质的密度，,在重力作用下,由于浓度差,当沉降速度=扩散速度时，达沉降平衡，而形成稳定的浓度梯度。,沉降,扩散,http:/ 、0 ：分散相和分散介质的密度 V ：单个粒子的体积。,http:/ 沉降：,若分散相粒子较大，布朗运动不足以克服沉降作用时，就发生沉降。重力作用： f1=4/3r3(0)g 阻力：f2=6ru 当f1=f2 时，粒子以恒定速度u下降,http:/ 溶胶的电学性质,一、电动现象：电泳；电渗,二、溶胶粒子带电的原因,四、溶胶粒子的双电层,三、溶胶粒子的结构胶团（电中性）,http:/ 电泳：在外电场作用下，

12、分散相在分散介质中作定向移动。电渗：在外电场作用下，液体介质作定向移动。,溶胶能稳定存在的原因： 1.溶胶粒子带电；2.布朗运动；,http:/ 1/V(粒子大小),电泳应用：电泳分离（生物学）：蛋白质和核酸分子电泳速率不同；电泳电镀：医用橡胶手套；,电渗应用：电沉积法涂漆中使漆膜中水分排出；泥炭脱水；水的净化；,http:/ 离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。例如：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。,例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电

13、；如果KI过量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电。,http:/ 可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。,胶粒带电的原因,例如蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在pH较高的溶液中，离解生成PCOO-离子而带负电；在pH较低的溶液中，生成P-NH3+离子而带正电。,在某一特定的pH条件下，生成的-COO-和-NH3+数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，这pH称为蛋白质的等电点。,http:/ NO3 x+ x NO3 (AgI)mnI (n-x) Kx- xK,胶粒,胶团,在电动现象中的滑动面,胶核紧密层分散层,http:/ d d d ,d,分散层,紧密层,d,d,

14、同时电势下降, 最后0,电解质浓度增加,http:/ Dr：介质相对于真空的介电常数（水：Dr=80） 0：真空的介电常数（8.851012 Fm-1）：介质的粘度(Pas) E：电势梯度(Vm-1),(电动电势)：与电解质的浓度有关。决定了电泳速度的大小,http:/ 溶胶是热力学不稳定系统，它的不稳定性是绝对的。聚沉过程：溶胶最终会聚集成大颗粒，当颗粒聚集到一定程度，溶胶便失去表观上的均匀性，沉降下来，这个过程叫聚沉过程。聚沉物：聚沉过程所得到的沉淀物，一般比较紧密，沉淀过程也较缓慢，这种沉淀物叫聚沉物。,http:/ 聚沉值：外加电解质需要达到一定浓度方能使溶胶发生聚沉。

15、使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度叫聚沉值。,1）外加电解质对溶胶聚沉的影响,聚沉能力是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。,http:/ 与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数越高，聚沉能力越强。,与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异。,例如，对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子硝酸盐的聚沉能力次序为： H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+,对带正电的胶粒，一价阴离子的钾盐的聚沉能力次序为： F-Cl-Br-NO3-I-,这种次序称为感胶离子序（lyotropic series)。,http:/

16、将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。 3）大分子化合物对溶胶稳定性的影响在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况：加入大分子溶液太少时，会促使溶胶的聚沉，称为敏化作用；当加入大分子溶液的量足够多时，会保护溶胶不聚沉，常用金值来表示大分子溶液对金溶液的保护能力。,http:/ 的胶粒粘附在明胶上，便于聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确。,http:/ 金值（gold number),http:/ 1.研磨法 2.胶溶法 3.超声波分散法 4.电弧法

17、,（2）凝聚法 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法,溶胶的净化,（1）渗析法（2）超过滤法,http:/ 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。,（2）凝聚法使分子或离子聚结成胶粒,http:/ 用机械粉碎的方法将固体磨细。,这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。,胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。,http:/ nm左右的粒子。,http:/ 作为稳定剂。,制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为

18、胶粒。,http:/ 2H3AsO3（稀）+ 3H2S As2S3（溶胶）+6H2O,B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 （稀）+3H2O （热） Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl,http:/ 2H2S(稀）+ SO2(g) 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶）,E.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3（稀）+ KCl（稀） AgCl (溶胶） +KNO3,D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O,溶胶的制备-凝聚法,http:/ 更换溶

19、剂法利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。,例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶。,例2.将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。,溶胶的制备-凝聚法,http:/ 外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管3中获得钠的苯溶胶。,http:/ Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。,少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。,净化的方法主要有渗析法和超过滤法。,http:/ 将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，

20、膜外放纯溶剂。,溶胶的净化,利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。,如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。,http:/ 为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。,（1）渗析法,溶胶的净化,http:/ 表面现象与分散系统,总结,http:/ 公式 : p=2/r 附加压力的方向总是指向球心,四、Kelvin eq.,注意：凹（液中气泡）：r取负值，pr p,五、毛细管现象 (capillarity),R为毛细管半径,http:/ 法扬司(Fajans)规则：优先吸附与溶胶粒子有相同元素的离子；例如：AgI溶胶优先吸附Ag+或I,http:/ NO3 x+ x NO3 (AgI)mnI (n-x) Kx- xK 胶核紧密层分散层,胶粒,胶团,http:/ 聚沉值与反离子价数成反比,2. 感胶离子序:同价反离子，聚沉能力略有不同 H+Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+ FClBrNO3I 3.同离子：当反离子相同时，同离子价数越高，聚沉能力越弱 4.有机化合物离子有很强的吸附能力，因此有较强的聚沉能力。,http:/

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