表面物理化学(3)

2020-02-22 10:48

动的距离为dx,对浮片所做的功伟?ldx,浮片移动dx后,表面膜增加的面积为ldx,故系统的 Gibbs自由能减少了(r0-r)ldx,即系统所做的功,r0为纯水的表面张力,r的加入铺展液成膜后的表面张力,故 ?ldx=(r0-r)ldx 即:?=r0-r

也即:表面压的数值等于纯水的表面张力与膜的表面张力之差, ∵r0>r。故浮片被推向纯水的另一侧。

测量表面压的仪器:朗格缪尔膜天平 三.不溶性表面膜的应用: 1.降低水蒸气的速度 2.测定蛋白质分子的摩尔质量 3.使化学反应的平衡位置发生移动

§13.5 膜 一.L——B 膜的形成

在适当条件下,不溶物的单分子膜可通过简单的方法转移到固体基质上,经多次转移仍保持其定向排列的多分子曾给结构,这种多层单分子膜,称为L——B膜,L——B 膜的一个具有相对

规整的分子排列,高度个相异的层结构。且人为可控的纳米尺寸厚度的薄膜,利用这种膜转移技术课进行分子组装,发展新型光电子器件,这种技术称为L-B技术。

通过将固体基片插入(或提出)带有不溶膜(单分子膜)水面的办法,可将不溶物单分子膜转移到固体表面上,由于形成单分子膜的累积(或转移)方法不同,可形成不同的分子膜。

①X型多分子层(板-尾—头—尾—头型) ②Y型多分子层(板-尾—头—头—尾型) ③Z型多分子层(板-头—尾—头—尾型) 生物膜简介:

生物膜是一个具有特殊功能的半透膜,它的功能主要是:能量传递,物质传递,信息识别与传递,且具有选择性。

§13.6 液—固界面—润湿作用

在固体的表面滴少许液体,滴上的液滴取代了部分固—气界面,产生新的液—固界面,这一过程称为润湿过程。

粘湿(粘附):θ≤180 润湿 浸湿(浸湿):θ≤90 铺展: θ=0

0

00

一.沾湿

沾湿过程:即液体和固体接触,使液气界面和固气界面转变成新的固液界面的过程。在转变过程中要克服rl-g,rs-g。设各相界面的都是单位面积,则该过程的 Gibbs自由能的变化值: ?G=rl-s-rl-g-rs-g

则该液体做的做大体积功: Wa= ?G=rl-s-rl-g-rs-g

Wa为沾湿功,是沾湿过程中系统对外所做的最大功,其绝对值越大,液体越易沾湿固体,界面粘的越牢。 二.浸湿过程

恒温恒压可逆的情况下,具有单位表面积的固体浸入液体,,气固机诶按转变为固液界面的过程,称为浸湿过程,要克服rg-s,故

?G=rl-s-rg-s=Wi

Wi称为浸湿功,它是一额头在固体表面上取代气体能力的一种量度,Wi≤0是液体浸湿固体的条件。 三.铺展过程

当液体滴到固体表面上,液—固界面在取代气—固界面的同时,气—液界面也扩大了同样面积,这一个过程就是铺展。 在恒温恒压可逆铺展一单位面积时 ?G=rl-s-rg-l-rg-s S=-?G=rg-s-rg-l-rl-s

S称为铺展系数,S≥0时,液体可以在固体表面上自动铺展。 四.接触角与润湿方程

某固体表面形成一液滴,气液固三相交接处A点受到 rl-s、rl-g、rs-g的表面张力作用: θ

气 液 A Rs-l Rs-g 固 当系统达到平衡时,气—液界面与固—液界面之间的夹角,即 rl-g与rs-l 之间的夹角,称为接触角,用θ表示,则 rs-g=rl-s+rl-gcosθ 或 cos θ=

rs?g?rs?l rl?g0

① 若 rs-g-rl-s=rl-g,则cosθ=1,θ=0.称为完全润湿

②若 rs-g-rl-scosθ>0,θ<90,固体能被液体所浸湿。 ③若rs-g90.固体不能被液体所浸润。 将接触角用于前面的内容讨论,则 沾湿功 : Wa=rl-s-rl-g-rs-g=-rl-g(1+cos θ) 浸湿功:Wi=rl-s-rg-s=-rl-gcosθ

铺展系数 S=rg-s-rg-l-rl-s=rl-g(cosθ-1)即利用实验测出θ,rl-g即可计算出这些参数。

0

0

§13.7 表面活性剂及应用

能明显降低水的表面张力并具有两亲性质的有机化合物,叫做表面活性剂。

一. 分类:①离子型表面活性剂:溶于水并能够电离生成离子的表面活性剂

②非离子型表面活性剂:在水中不电离 二. 胶束和临界胶束浓度

1. 表面活性剂的效率:指使水的表面张力降低到一定值是所需表面活性剂浓度

表面活性剂的能力(有效值):指表面活性剂能把水的表面张力可能降低的程度。

长链而一端带有亲水基团的表面活性剂降低水表面张力的效率很高,但其有效值比短链的同系物,具有支链或亲水基团在中央的同系物差得多。 离子型表面活性剂由于亲水基团在水中电离而产生静电排斥,效率不高,有效值也不高。

表面张力与活性剂浓度的关系: P346 图 23 图24 2. 胶束


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