界面化学问答

问答题

1何谓增溶作用？简述表面活性剂增溶作用的机理 答：

增溶作用：不溶解于水的物质，在不使用醇及其它溶剂的情况下，由于添加少量表面活性剂（C > CMC）而透明地溶解于水的现象称为增溶。 增溶机理： （1）夹芯型增溶，增溶饱和脂肪烃、环烷烃以及其它不易极化的化合物于内核 ； （2）栅栏型增溶，即增溶质被增溶的位置在胶束内核的外部，与极性基相连的α亚甲基之间形成“栅栏”结构区，增溶较长的极性分子，如长链醇、胺等 ； （3）吸附型增溶，即增溶质被吸附于胶束表面。此类增溶质往往是高分子或者多官能基的甘油、蔗糖以及一些染料。另外，一些油、水相都不溶的小分子，例如邻苯二甲酸二甲酯也属于此类 ；

（4）聚氧乙烯醚链间增溶，增溶质增溶于PEO链之间，此类增溶方式只存在于聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的胶束溶液，相应的增溶质有苯酚、苯胺等。

2何谓非离子型表面活性剂的浊点？解释其产生的原因及影响因素 答：

非离子型表面活性剂的浊点：聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂在水中溶解度随升高温度而降低，而且升达某温度时会发生混浊分相，通常称此温度为浊点，浊点也是一个可逆的相转变点。 产生的原因：水中的乙氧基链往往呈现醚基朝外的曲折型构象，朝外的醚基与水形成弱化学键—氢键，而且每个醚基能吸引20~30个水化水。升高温度，分子链的热运动加剧，会脱去氢键，乙氧基链的亲水性降低，最终由水中析出而相分离。 影响浊点的因素：

①疏水基 ：对于具有相同链长的聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂，其疏水基碳链越长，浊点越低。支化度增大，特别是支链长度接近时，可能会影响亲水基的水化能力，从而降低亲水性，Tp下降。

②亲水基 ：随乙氧基链长的增长，相同疏水基的聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的浊点则升高。而其聚氧乙烯醚链长不变，若将端羟基用甲氧基取代则Tp也会下降。

③电解质 ：不太敏感，通常电解质的加入，亲水性也会相应降低，Tp 则随之降低。但是，如果加入 HCl 则相反，Tp 会升高，而 LiCl 则几乎无作用。 ④极性有机物 ：加入极性有机物，例如脂肪醇，则聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的 Tp 明显降低，而且，脂肪醇的碳链愈长，Tp 降幅愈大。

⑤水结构调节剂：加入促进剂，亲水性降低，Tp 降低。反之加入破坏剂，则亲水性提高，Tp 上升。

3何谓离子型表面活性剂的Krafft温度？简述TK的物理意义及其影响因素。 答：

离子型表面活性剂的Krafft温度：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点。 Tk的意义：

①T

1

③Tk又可以认为是形成胶束的最低温度—临界胶束化温度。 影响的Tk因素：

①离子型表面活性剂的结构的影响 —— 对于离子型表面活性剂来讲，临界溶解温度的Tk高低与其亲水性密切相关。

②中性电解质的影响 对于离子型表面活性剂来讲，添加无共同离子的中性电解质，溶液中的离子强度I增加，极性头的离子氛半径被压缩，分子的亲水性降低，Tk则升高。而且反离子的价数愈高，Tk升高幅度亦愈大。 ③水结构调节剂的影响 如前所述，水结构调节剂会直接影响水的有序结构，从而影响亲水基的亲水性，影响Tk。所以加入水结构促进剂会使离子型表面活性剂的Tk升高，而加入水结构破坏剂则降低。

4乳状液类型和鉴定方法

答：乳状液的类型通常有以下三种：

1）水包油型（O/W）内相为油，外相为水，如人乳、牛奶等。

2）油包水型（W/O）内相为水，外相为油，如原油、油性化妆品等。

3）套圈形 由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状液，主要有油包水再包油（O/W/O）和水包油再包水（W/O/W）两种形式。 乳状液类型的鉴别主要有：

1）稀释法 利用乳状液能够与其外相液体混溶的特点，以水或油性液体稀释乳状液便可以确定其类型。

2）染料法 将少量水溶性染料加入乳状液中，若整体被染上颜色，表明乳状液是O/W型;若只有分散的液滴带色，表明乳状液是W/O型。如果使用油性染料，则情况相反。

3）电导法 O/W型乳状液的导电性好，W/O型乳状液的导电性差，测定分散体系的导电性即可判断乳状液的类型。

4）滤纸润湿法 将一滴乳状液滴于滤纸上，若液体迅速铺展，在中心留下液滴，则表明乳状液为 O/W型；若不能铺展，则该乳状液为W/O型。

5表面活性剂在润湿过程中的作用

答：表面活性剂的润湿作用主要表现在两方面 （1）改变固体表面性质 表面活性剂吸附于固体表面，形成定向排列的吸附层，达到改变润湿性能的目的，由高能表面变为低能表面，或有低能表面变为高能表面。 （2）改变液体表面性质 在水中加入表面活性剂降低表面张力，使水在固体发生铺展，提高液体的润湿能力。 四、简答题

2．自然界中为什么气泡、小液滴都呈球形？

答：液膜和液体表面都具有表面自由能，表面自由能越低，系统越稳定，所以为了降低表面自由能，液体表面都有自动收缩的趋势。而球形是相同体积的物体具有表面积最小的一种形式，所以气泡和小液滴都呈球形。 3．人工降雨的原理是什么？ 答：高空中如果没有灰尘，水蒸汽可以达到相当高的过饱和程度而不致凝结成水。因为此时高空中的水蒸汽压力虽然对平液面的水来说已是过饱和的了，但对将要形成的小水滴来说尚未饱和，因此，小水滴难形成。若在空气中撒入凝结中心，

2

使凝聚水滴的初始曲率半径加大，其相应的饱和蒸汽压可变小，因此蒸汽会迅速凝结成水。

4．在进行蒸馏实验时要在蒸馏烧瓶中加些碎磁片或沸石以防止暴沸，道理何在？

答：若无碎磁片或沸石，液体内部不易形成新相(气相)，因形成新相的刹那，该新气泡相的凹形表面的曲率很小，则根据开尔文公式，该微小气泡便自发消失，因此体系便不能在正常情况下沸腾，便会升高温度形成局部过热的亚稳定状态导至暴沸。如果在液体内加上沸石，则在沸石表面的尖端有较大的凸端，此处pr(气泡内压强)>>p*(液体饱和蒸气压)，因而容易沸腾，并且沸石内部吸附的空气，也因受热而脱附，成为形成气泡气核，又因沸石与瓶底紧密相接，而成为局部过热处，两者相接处的液膜在瞬间过热，pr＞p*，便成为微泡，使沸石跳动，结果便成为一新气泡上升。

5．用三通活塞，在玻璃管的两端吹两个大小不等的肥皂泡，当将两个肥皂泡相通时，两个泡的大小有何变化?

答：小泡变小，大泡变大，直到两边曲率半径相等时。这是因为肥皂泡是曲面，表面上有附加压力，这个压力指向曲面圆心。根据拉普拉斯公式，曲率半径越小，附加压力越大。小泡受的附加压力比大泡大，则内部的平衡压力也比大泡大。当活塞打开后，小泡中部分空气向大泡转移，所以小泡变小，大泡变大，直到两边曲率半径相等。

7．为什么水在玻璃管中呈凹形夜面，而水银则呈凸形？

答：因水与玻璃的接触小于90°，水的表面的附加压力为负值，这样就使水在玻璃管中呈凹面。而水银与玻璃的接触为大于90°，水银表面的附加力为正值，因而水银在玻璃管内呈凸形液面。

第十二章思考题

1.纯液体，溶液和固体，它们各采用什么方法来降低表面能以达到稳定状态？这种现象在日常生活中有何应用？

液体尽可能缩小表面积，液滴、气泡都呈球状;溶液除收缩表面积外，还能调节表面浓度（表面吸附）以降低表面能，固体主要靠吸附来降低表面能。

2.已知水在两块玻璃间形成凹液面，而在两块石蜡板间形成凸液面。试解释为什么两块玻璃间放一点水后很难拉开，而两块石蜡板间放一点水后很容易拉开。

水在两玻璃和两石蜡板间的状态如下图。对玻璃板，附加压力Δp指向液体外部，说明液体压力P小 于外压力，且两板越靠近，此压力差越大，使两板难以拉开。石蜡板的情况相反，液体压力 p大于外压力,易于拉开。

3.如下图，在一玻璃管两端各有一大小不等的肥皂泡。当开启活塞使两泡相通时，试问两泡体积将如何变化？为什么

开启活塞后，大泡将变大，小泡将变小。活塞关闭时， 由于肥皂泡膜产生附加压力，Δp=p内－p外＝４σ/r.泡 的半径r 越小，附加压力越大， 而大、小泡

3

的p外是相同 的，故小泡内空气压力大于大泡内空气压力。活塞后，小 泡内空气就流向大泡，导致小泡变成更大。

4.如下图，试标出玻璃毛细管2～4中水 面位置及凹凸情况。

玻璃管1水面的高度是平衡位置，四支毛细管直径相同。 2管中水面只能上升到a 处，凹液面 ；3管中水面上升至b处，凹液面; 4 管中的水面垂直高度同1管，凹液面 。

5.如下图，玻璃毛细管A插入水中后，水面上升高度应能超过h，因此推断水会从弯口B处不断流出，于是便可构成第一类永动机，如此推想是否合理？为什么？

不合理，由于毛细管上方弯曲，当液面上升到顶端后， 又沿弯曲管下降到弯口B处，液面下降时，由于弯曲部分 液体受到重力作用，使凹液面的曲率半径由r增大到r',故 附加压力也相应减小到Δp'＝２σ/r。到B处，Δp'与B处 高度的静压力达到平衡，曲率不再变化（仍是凹液面）。 故水滴不会落下。

6.分散度很高的细小固体颗粒的熔点比普通晶体熔点要高些、低些、还是一样？为什么会有过冷液体不凝固的现象？

因为细小晶体颗粒比大颗粒具有更高的表面能，在较低的温度下即可达到晶体熔化所需的能量，故细小的熔点比普通晶体熔点要低些。液体在凝固时首先形成极细小的晶核，而小晶核的熔点低于正常熔点。故在正常凝固点时，不能形成小晶核，必须在更低的温度下才能形成，这就是过冷液体不凝固的现象。

7．表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是否是一个概念？

答：表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是三个不同的概念。表面浓度是表面上每单位体积中所含溶质的摩尔数。表面吸附量与表面过剩量是同一个概念，表面吸附量是指溶液单位表面上与溶液内部相应部分的所含溶质的过剩量，即表面浓度与本体浓度之差。对于由表面活性剂形成的溶液，由于体相浓度与表面浓度相比，其值甚小，因此， 表面浓度之值与表面吸附量之值相近或一致。

8．水在玻璃管中呈凹形夜面，但水银则呈凸形。为什么？

答：因水与玻璃的接触小于90°，水的表面的附加压力为负值，这样就使水在玻璃管中呈凹面。而水银与玻璃的接触为大于90℃，水银表面的附加力为正值，因而水银在玻璃管内呈凸形液面。

9．在装有部分液体的毛细管中，当一端加热时，如图所示；(a) 润湿性液体向毛细管哪一端移动？ (b) 不润湿液体向哪一端移动？ 为什么？

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答：(ａ)的情况，水液柱向着远离加热点(即向左)移动；(ｂ)的情况，水银柱面向着加热点(即向右)移动。因此表面张力随温度的升高而降低。加热处表面张力减少，未加热处不变。在表面张力作用下，(ａ)润湿性液柱向左移动，(ｂ)不润湿性液柱向右移动。

10．表面活性剂在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面上，还是以胶束的形式存在于溶液中？为什么？

答：表面活性剂在溶液表面形成定向排列，以降低水的表面张力，使体系趋向稳定，但在溶液内部，表面活性剂也能把增水基团靠在一起，形成胶束，一般来说，浓度较稀时以定向排列吸附在表面为主，但溶液内部也可能有简单的胶束形成；随着表面活性剂的浓度增加，表面定向排列增加的同时，内部胶束数量也增多，一旦表面形成单分子膜，这时便达到临界胶束浓度，以后再增加表面活性剂浓度，只增加胶束数量，表面张力不再改变。

第十三章

1．江河入海处，为什么常形成三角洲？

江水中常常夹带大量泥沙，到入海处河道变宽，流速变慢，泥沙沉积。江水中的泥沙微粒是带负电的胶粒，碰到含有大量电解质的海水就凝聚下沉。这样长时间的沉积就形成了三 第十一章 表 面 现 象

1． 表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念？相同否？ 答：总的说来四者都是描述表面的过剩能量，但概念上有区别，表面能为物质表面较其内部多余的能量；若在 T，p 恒定时，这部分能量称为表面自由能（表面吉布斯自由能）；若在T，p恒定时，单位表面的自由能，便称为比表面自由能，其单位为 J·m－2，因 J＝N·m，故 J·m－2 也可化为 N·m－1，这样表面自由能又转变为另一 概念，成为垂直作用于单位长度相表面上沿着相表面的切面方向的力，称为表面张力。虽然比表面自由能和表面张力的数值相同，也可混用，但概念有差别，前者是标量，后者是矢量。

3．铅酸蓄电池的两个电极，一个是活性铅电极，另一个是活性氧化铅电极，你是怎样理 解这理解这“活性”两字？

答：这里活性是指铅或氧化铅处于多孔性，即具有大的比表面积，具有较高比表面自由能，处于化学活性状态。这是在制备电极时经过特殊活化工序而形成的高分散状态，根据热力学理论及表面性质，若铅蓄电池长期使用或者长期放置而未能及时充电，电极的高分散状态会逐渐减低，这种活性也就消失。

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