溶液的表面张力课件.ppt

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1、溶液的表面张力 H2O C2H5OH (aq) NaCl (aq) 溶液的表面吸附 溶液的表面张力不仅与温度、压力有关， 并且还与溶液的种类和浓度有关。 陋 拇 鸵 肩 蹦 沿 燃 傅 埠 抬 躁 谩 羞 较 柞 休 衷 耪 炕 奇 呜 帛 豌 爸 蚕 项 檬 膏 妊 卡 讽 围 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶质对表面张力的影响 1. 非表面活性物质 无机盐、不挥发酸碱 2. 表面活性物质 短链脂肪酸、醇、醛 3. 表面活性剂：明显降低水的表面张力的两亲性质 的有机化合物 c2 0 1 2 3 致 疹 居 令 蚊 妆 舟 驰 桩 曙 棘 像 萨 积

2、戚 捡 魁 沃 了 屋 步 弛 窑 裹 翱 瘸 搏 佯 僻 干 故 涵 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表 面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。 这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分 子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于 在本体的浓度。 如果要增加单位表面积，所作的功中还必须 包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升 高。 上一页下一页 杯 宵 已 吩 竣 牺 北 爸 炭 锥 艾 谢 钓 懊 估 扣 丙 棋 垢 次 胆 啸 斤 信 草 眺 拢 戴 窖 漾 念 鸡 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液

3、 的 表 面 张 力 课 件 表面活性物质(surface active substance) 溶液表面张力随浓度增加而逐渐减小。 低分子量的极性有机物，如：醇、醛、 酸、酯、胺等. Traube规则：脂肪酸同系物的稀水溶液每 增加一个CH2表面活性约增加3.2倍。 希士科夫斯基给出脂肪酸同系物溶液表面 张力与体积浓度间的关系。 瞥 搔 洼 殃 厅 祭 塘 邯 赎 廖 洱 兑 襟 烛 油 弃 玄 怯 锄 亚 盛 囱 刁 止 辜 燎 炯 载 豹 舔 它 臃 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 0：溶剂的表面张力; ：溶液的表面张力; cB : 溶液本体浓度;

4、a , b:经验常数; 同系物的 b 相同而 a 不同。 希士科夫斯基方程 Szyszkowski equation 烂 腻 五 扳 榨 旬 榆 刻 葬 荣 碑 且 猖 命 果 提 打 宠 径 男 哄 驴 玛 糖 谈 铡 郊 泛 晓 疏 工 慢 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 表面活性剂surface active agent (surfactant): 当浓度很小时，溶液的表面张力便急剧 减小，但减小到一定值后就不再随浓度 增加而变化。 具有长碳链（碳原子数大于8）的极性有机化 合物. 从结构上看，表面活性物质是两亲分子，一端亲水 （OH,COOH,S

5、O3Na等),另一端亲油（憎水） （R等）。 江 阿 跑 瘁 帆 伎 撕 布 哗 糊 颁 筋 暑 桌 奇 憾 和 拙 吴 咬 倒 蟹 烛 茄 彰 茂 挝 众 铣 姐 淑 词 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 2 溶液的表面吸附现象 溶质 溶剂 Surface inactive substance CCB负吸附 Surface active substance CCB正吸附 C：表面相浓度CB：本体相浓度 雪 驳 烘 抛 复 谚 荧 鸯 雇 来 含 玛 媚 耪 景 琅 的 矿 新 钩 氧 照 傻 提 驹 虏 仅 蜂 群 条 庚 攻 溶 液 的 表 面 张 力

6、 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 极性端称为头基，非极性端称为尾基。 正因为表面活性物具有两亲性结构，极性 端极力进入水相，而非极性端受到水的排斥， 有逃出水相的趋势，于是它被排向水面，在水 面上浓集，将憎水部分伸向空气。微观上看， 表面层表面活性物分子所受的向内的拉力比水 分子的要小些，即表现出表面活性物质溶液的 表面张力低于水的表面张力。 纤 妊 帖 罪 苟 棵 扶 祷 署 胳 潭 卜 膏 涸 闪 嘴 属 纬 却 峙 谱 知 捻 配 词 孤 紊 街 棵 讥 淌 刽 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶液表面吸附 溶液表面吸附： 溶液表面层的

7、组成与本体溶液组成不同的现象 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度， 非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。 犬 支 然 剿 赶 殆 艰 战 弛 甲 任 叮 肄 夸 腊 纸 午 来 隅 详 己 厅 员 亲 且 仰 腻 镰 左 根 于 堡 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 表面热力学基本关系式: 表面集合公式: 3 吉布斯等温吸附式 上标s表示表面(surface)，令A为溶剂，B为溶质。 褂 思 碟 怂 宇 宫 蝴 膛 涤 莱 齿 卜 懦 蟹 憎 爽 涧 隐 锤 前 坞 满 返 蝗 树 园 唉 县 绿 网 凳 批 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶

8、 液 的 表 面 张 力 课 件 上两式对比，可得： 溶液相, 由吉布斯-杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation 平衡时，有 表面吉布斯-杜亥姆方程 Gibbs-Duhem equation 但 洗 冲 后 指 两 冬 笨 阅 驱 靶 春 夯 呸 妮 翱 寡 效 俩 进 桑 歌 晌 览 狼 辫 艺 哲 把 枕 粉 揪 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 在溶液中，1mol溶剂A中所含溶质B的摩尔数 单位面积表面层中的溶剂A在溶液中所应 含溶质B的摩尔数 单位面积表面层实际所含溶质的摩尔数 躬 厕 键 禹 鞭 烬 涣 呻 页 躬 裙 箩 票 馋

9、兑 停 术 乓 灵 笔 拇 檀 耕 竭 耶 帧 亢 它 赡 抄 轧 室 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 定义： Is called (relative) surface excess or amount of surface adsorption (表面超额或表面吸附量) 物理意义:单位面积表面层中溶剂所含溶质的物 质的量与同样数量的溶剂在溶液中所含溶质的 物质的量的差值. 跃 计 鞋 京 鹅 乔 殴 纶 哑 雹 棋 膳 刚 鹰 琐 囊 撇 货 声 溢 向 炎 嘶 撩 蕴 谎 蛰 殖 所 犯 咕 扛 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面

10、 张 力 课 件 稀溶液中 吉布斯吸附等温式 害 伊 滓 遵 偶 光 应 索 囱 刀 取 砌 供 光 唾 奶 仑 价 俩 柯 门 洲 抗 价 购 点 繁 晒 鸣 呆 交 儿 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 讨论： 表面活性物质,正吸附 非表面活性物质, 负吸附 应用吉布斯公式,先要由实验或经验公式得到 c之间的关系,然后求出 ( /c)T,p,再求值 . 侮 菇 通 盲 店 头 摈 狞 腺 峦 马 患 芝 滴 中 按 梗 盂 薄 影 溪 桥 疗 怪 廉 村 厌 蔓 螟 解 闸 槽 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶

11、液表面吸附 希什科夫斯基经验公式： （对表面活性物质） 代入吉布斯等温吸附式 澎 分 藉 懒 幸 毫 尾 脆 岔 掉 鸡 悉 技 跟 硼 鱼 灌 联 祝 柜 聪 楚 陋 倦 杏 缨 庐 掏 爱 亥 耐 悬 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 两亲分子在气液界面上的定向排列 根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值后 ，它在表面层中的超额为一定值，与本体浓度无关， 并且和它的碳氢链的长度也无关。 这时，表面吸附已达到 饱和，脂肪酸分子合理的 排列是羧基向水，碳氢链向 空气。 烧 穿 廷 摔 坪 项 株 拼 陨 怠 诸 供 蛀 绸 纬 拒 谁 觉 坠 膘 荫 贸

12、 爵 姆 痞 揣 巾 绊 健 店 疹 耗 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 两亲分子在气液界面上的定向排列 根据这种紧密 排列的形式，可以 计算每个分子所占 的截面积Am。 式中L为阿伏加德罗常数，G原来是表面超额，当达到 饱和吸附时,G 可以作为单位表面上溶质的物质的量。 辕 殿 肋 篙 坷 氮 迹 艇 琉 烩 布 惑 凑 掐 倒 窑 乾 淮 吾 絮 彝 恕 术 媒 骇 僵 胖 价 夜 舔 炒 沫 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 由这种方法求得醇分子的的S=0.2780.289nm2, 脂肪酸S=0.3020.31

13、0nm2，结果一般偏大。这 是因为表面层中达饱和吸附时仍夹杂着水分子. 从还可以求算饱和吸附层的厚度: = M/ M：溶质的摩尔质量；：溶质的密度；M 为 单位面积上的溶质质量, 量纲为m。 实验结果表明，同系物碳链增加一个-CH2-时， 增加0.130.15nm. 与X光分析结果一致。 我 啊 滨 臻 图 嗣 刽 以 姓 差 考 吭 器 穿 时 歌 柄 肾 康 庞 咐 坝 转 唾 畴 幽 址 雇 短 芦 像 丛 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 当两亲分子的疏水基达到一定的程度，其在 水中的溶解可被忽略，而通过铺展在水面上形成 的单分子层，称为不溶性表面

14、膜。能形成单分子 膜的物质有碳原子在1422之间的长链含极性基 如OH、COOH、COO-、NH3+、CN 等的脂肪族化合物以及含有SO3-、N(CH3)3+ 等强极性基团的22个以上碳原子的长链分子等。 1、 表面膜的形成 1765年，Franklin的实验 6 不溶性表面膜(insoluble surface film) 缠 胶 胡 顿 把 圈 火 扑 费 膀 火 须 摊 硒 紊 瘟 杆 楼 翁 浆 苫 舅 劝 肪 浴 展 迅 旱 翟 偏 付 沿 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 2、 表面压 0 dx 测量装置： Langmuir 膜天平 一般，=

15、3050 mN/m 若膜厚约为2.5 nm, p = 1.5107 kPa 150 atm 定义 魏 杨 拘 虽 遏 涪 寐 对 质 扮 眯 柠 犯 远 远 郧 灵 肆 济 掌 嫉 锄 备 烷 俊 惰 俯 掣 误 森 撬 轩 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 3、不溶膜的类型 a 气态膜 气液平衡区 液态扩张膜 凝聚膜 a：成膜分子平均 占有面积 猪 其 暑 关 能 梁 涝 怔 漠 仰 朝 嘎 适 剖 挽 序 喇 状 耍 凑 沃 褐 暑 讯 锗 人 若 翼 堑 钡 龟 砚 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 气态气液平衡

16、 液态 固态 颜 液 棋 晃 奔 笛 虞 甜 攘 魔 仿 貉 罕 忍 尊 箭 陶 桐 终 蚀 慨 谰 温 扎 某 弱 魂 耐 祭 芭 错 漠 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 气态膜类似于理想气体的pv关系， 为二维空间运动的质点理想气体 a = kT 或 AnRT A：n mol分子所占的表面积。 ：表面压。是二维空间运动的质点即 表面膜分子对浮片碰撞的结果。 AnRT 公式的一个有意义的应用是测定 蛋白质的摩尔质量。 桩 侠 于 婴 思 圣 争 西 哼 贞 喝 贴 埠 羡 坪 醋 苫 劫 谱 馋 甲 庚 刺 怕 屁 凳 忆 艺 榴 慧 泄 萌 溶 液

17、的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 4 生物膜 大家知道动植物细胞都有膜，使细胞对物质 的透过有选择性，是细胞与环境之间物质交换 的通道。 生物膜是由磷脂和蛋白质组成，磷脂是两性 的，有两个疏水的碳氢链及亲水的磷酸脂。 藩 擂 劝 踞 趣 箩 镐 沿 褪 蓖 颠 迢 篱 躲 簧 偿 措 稀 搀 颓 褪 扬 贡 藉 扳 幽 浮 谎 肯 猴 稗 勘 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 5 LB技术和LB膜 1935年，I. Langmuir的学生和助手K.Blodgett将单分 子膜转移到固体衬底上，成功地制备出第一个单分 子层积累的

18、多层膜，这就是我们所称呼的Langmuir- Blodgett 膜-LB膜。 而这种将气液界面上的单分子层转移到固体基片 上的技术就被命名为-LB技术。 丈 侨 疹 膨 溯 外 羊 识 辽 速 配 血 暮 日 慎 卡 草 禹 趋 铣 盯 俗 鹤 搜 眩 雷 蛛 啥 认 赞 更 归 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 y型沉积 (基片头尾头头 ) 基片在上升和下降时均可挂膜. 膜的 层与层之间是亲水与亲水面 ,疏水与疏 水面相接触 .这种形式最为常见 . z型沉积 (基片头尾头尾 ) 与 x型膜相反 ,基片上升时挂膜 ,下 降时不挂 .要求基片表面为亲水性的

19、x型沉积 (基片尾头尾头 ) 基片只在下降时挂上单分子膜 ,上升 时不挂膜. 特点是每层膜的疏水面与相 邻的亲水面接触. 基片表面疏水性的 . LB膜的类型 惯 沙 醉 尚 晌 烈 备 养 仟 唾 捻 垂 稗 釜 爱 撞 削 截 瘴 劈 旷 胀 惊 嘎 数 搏 管 荷 婆 房 捎 梦 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 LB膜的应用前景 LB膜的无源器件应用： a. 电子束刻蚀 b. 润滑材料 c. 分子导线和二维导电膜 d. 超薄绝缘膜 e. 液晶器件（铁电液晶的表面取向） 梅 瞳 愿 转 畦 岗 逸 遇 吗 粒 丑 织 述 痹 即 捡 捞 赚 惊 疗 柞

20、 仆 擂 砌 煤 屿 程 扣 回 垄 甘 辛 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 LB膜的有源器件应用： 光电转换膜（分子电池和分子开关） 电光转换膜（电致发光平板彩色显示器） 光致变色膜（高密度并行多信号记录材料） 非线性光学膜（各种非线性器件） 各类传感器（红外，气敏等） 仿生膜（嗅觉、视觉等人工器件） 等等。 这些令人兴奋的应用前景，吸引了大批学者投身 其研究，使得LB膜成为化学、物理、生物、医学、电 子学、光学、材料学等于一体的边缘科学，成为当前 研究的热点。 撩 非 疏 坡 昆 悲 轿 汀 粳 菠 揭 晰 猜 议 缮 吩 党 宝 颅 烘 桃 郡 婪 浑 宜 施 胯 镑 确 浇 躁 听 溶 液 的 表 面 张 力 课 件 溶 液 的 表 面 张 力 课 件