表面活性剂润湿作用

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1、第五章润湿作用2021/8/6一润湿及其类型润湿：表面上一种流体被另一种流体取代的过程。因此，润湿作用必然涉及三相，而其中至少两相为流体。通常指的是固体表面上的气体被液体取代的过程。它可分为：浸湿、沾湿、铺展三种情况。2021/8/61沾湿沾湿是指液体与固体接触，变液/气界面和固/气界面为固／液界面的过程，如图所示。例如飞机在空中飞行，大气中的水珠是否会附着于机翼上而有碍飞行；农药喷雾能否有效地附着于植物的枝叶上？这都是与沾湿过程有关的问题。设固/液接触面积为单位值，则此过程中体系自由能变化值为：2021/8/6设此过程恒温恒压，则体系自由能的减少等于体系所做的最大非体积功，即式中分别为气／固

2、界面、液体表面和固／液界面的自由能。Ｗa称为粘附功，它是沾湿过程体系对外所做的最大功，也就是将固/液接触面(如图右侧)自交界处拉开，外界所需做的最小功。显然，此值越大，则固／液界面结合越牢。故Ｗa是固／液界面结合能力即两相分子间相互作用力大小的度量。1沾湿2021/8/6S-固相；L-液相；G-气相根据热力学第二定律，在恒温恒压条件下，Ｗa≥0的过程为自发过程，此即沾湿发生的条件。1沾湿2021/8/62、浸湿指固体浸入液体的过程。该过程的实质是固/气界面为固/液界面所代替，而液体表面在过程中无变化(下图)。洗衣服时把衣物浸泡在水中即为此过程。2021/8/6在浸湿面积为单位值时，过程的自由

3、能降低为：式中，Ｗi称为浸润功，它反映液体在固体表面上取代气体的能力。Ｗi≥0是恒温恒压下浸湿发生的条件。2、浸湿2021/8/63铺展铺展过程的实质是在以固／液界面代替固／气界面的同时，液体表面也同时扩展(下图)。如农药喷雾于植物上，就要求农药能在植物的枝叶上铺展以覆盖最大面积。2021/8/6当铺展面积为单位值时，体系自由能降低为：Ｓ为铺展系数。在恒温恒压条件下，Ｓ≥0时，液体可以在固体表面上自动展开，连续地从固体表面上取代气体。只要液体量足够多，液体将会自行铺满固体表面。2021/8/6上述三种润湿都是界面现象，其过程的实质都是界面性质及界面能量的变化。三种润湿发生的条件为：沾湿：浸湿：

4、铺展：以上三式也成为润湿能否发生的能量判据。对于同一体系，Ｗa＞Ｗi＞S。显然，若S≥0，则必有Ｗa＞Ｗi＞0，亦即铺展的标准是润湿的最高标准，能铺展则必能沾湿和浸湿，反之，则不然。因而常以铺展系数作为体系润湿性的指标。2021/8/62021/8/6常用来描述润湿的是润湿方程（Youngeq）将润湿方程用于上述三种润湿过程，可得到：沾湿：浸湿：铺展：2021/8/6因此，通过测定液体的表面张力和接触角，即可得到粘附功、浸润功和铺展系数的数值。不难看出，接触角的大小可作为判断润湿能否进行的判据，它与以能量变化为基础的判据间有如下关系：能量判据接触角判据沾湿：θ≤1800铺展：θ≤0浸湿：θ≤9

5、02021/8/6在以接触角表示润湿性时，习惯上可将θ＝90°定为润湿与否的标准，即θ＞90°叫做不润湿；θ＜90°则叫做润湿，接触角越小润湿性能越好；平衡接触角θ＝0时，则称为铺展。通常需要测定润湿角，来确定润湿的程度，但润湿角的测量十分困难。润湿涉及到至少三相，其中一相为固体，所以润湿不仅与液体的性质有关，也与固体的性质有关。2021/8/62.液—液界面张力理论液—液界面张力的测定（1）毛细上升法：方法简单、方便。但接触角不易测定。（2）滴体积法：方法简单、方便。但要引入校正因子。注意上述两种方法的有关公式中，不能忽略任一相的密度。关于液—液界面张力的理论液液界面张力同表面张力一样，是界

6、面上的分子受到两边液相分子作用力的结果。其值与两液体的表面张力有关。2021/8/6液—液界面张力理论1Antonoff经验规则该规则的主要缺陷是1）认为低表面张力的液体总是可以在高表面张力的液体上面铺展,而事实则不然.2）假设在界面上的分子不论是a或b，它受到a相的引力应等于a分子间的作用力，受到b相的引力应等于b分子间的作用力。显然，这忽略了a与b分子间的相互作用力。2021/8/6液—液界面张力理论2、Good—Girifalco理论理论要点为；1）根据a和b粘附过程的粘附功公式定义自粘功公式2）设W（ab）与W（aa）、W（bb）之间存在几何平均关系2021/8/6液—液界面张力理论2

7、021/8/6液—液界面张力理论3）Fowkes理论Good—Girifalco理论的主要缺陷在于没有从根本上考虑分子间的各种相互作用。Fowkes从另一个角度成功地改进了Good—Girifalco理论，他指出所有存在于分子间的作用力均对液体的表面张力有贡献，即液体的表面张力是各项作用力的贡献之和2021/8/6液—液界面张力理论4）吴氏倒数平均法2021/8/6液—液界面张力理论符合几何平均关