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1、http:PPwww.hxtb.org化学通报2009年第12期·1091·固体的表面能及其亲水P疏水性王晖顾帼华(中南大学化学化工学院长沙410083)摘要固体表面的亲水P疏水性质与表面分子与水之间的固P液界面相互作用自由能以及水介质中表面分子与空气之间的固P(液)P气界面相互作用自由能密切相关。水介质中固体表面与水之间存在范德华引力或疏水引力,与气泡之间存在范德华斥力、疏水引力以及静电斥力。在Lifshitz2范德华(LW)相互作用自由能、Lewis酸2碱(AB)相互作用自由能以及静电(EL)相互作用自由能3
2、者之中,AB相互作用自由能比其它两者+-要大2～3个数量级以上。与固体表面能Lewis酸2碱分量相关的亲水指数γS+γS可以成为衡量固体表+-1P2面亲水P疏水性质的重要判据,水介质中固体表面疏水的必要条件是γS+γS<5mJPm,指数大于或接1P2近5mJPm的表面必然是亲水的。关键词表面能界面相互作用亲水P疏水性亲水指数SurfaceFreeEnergyofSolidMatteranditsHydrophilicPHydrophobicNatureWangHui,GuGuohua(SchoolofChemis
3、tryandChemicalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083)AbstractThehydrophilicPhydrophobicnatureofsolidsurfaceiscloselyrelatedtotheinterfacialinteractionsbetweensurfacemolecules,waterandair,whichcanbedividedintotwoseriesincludingsolidPliquidandsolidP(
4、liquid)Pgasinterfacialinteractions.ThereexisttheVanderWaalsattractiveforceandhydrophobicattractiveforcebetweensolidsurfaceandwaterinterface,andthereexistVanderWaalsexclusiveforce,hydrophobicattractiveforceandelectrostaticexclusiveforcebetweensolidsurfaceandai
5、rinterface.ComparingtheinteractivefreeenergyofLifshitz2vanderWaals(LW),Lewisacid2base(AB)andelectrostaticinteractions,thestrengthofthehydrophobicattractiveforceorhydrationexclusiveforceis+-strongerthantheVanderWaalsforceortheelectrostaticforcebyabout2～3orders
6、ofmagnitude.WhileγandγrepresenttheLewisacidcomponentandLewisbasecomponentofthesurfacefreeenergyrespectively,thehydrophileindex+-isdefinedasγS+γS,whichisveryusefultojudgethehydrophilicPhydrophobicnatureofsolidsurface.The+-1P2necessaryconditionofhydrophobicsurf
7、aceisγS+γS<5mJPm.Thesolidhaveahydrophilicsurfaceifthe1P2hydrophileindexislargerthanorcloseto5mJPm.KeywordsSurfacefreeenergy,Interfacialinteraction,HydrophilicPhydrophobicnature,Hydrophileindex表面自由能是分子间力的一种直接证明,液体或固体表面的分子受到不平衡的分子间力的影响,与[1][2,3]LW内部分子比较,它们具有附加的
8、能量。vanOss等认为,表面能γ由其Lifshitz2范德华分量γ和ABAB+-Lewis酸2碱分量γ组成,其中γ又包含Lewis酸分量γ和Lewis碱分量γ。按扩展的DLVO理[4,5]论,两物质(组分)之间相互作用总的自由能应包括静电相互作用自由能、Lifshitz2范德华相互作用自由能以及Lewis酸2碱相互作用自由能,涵盖静电力、范德华力、疏水引力及水化斥力。固
