界面化学问答(2)

4 在化工生产中，固体原料的焙烧，目前很多采用沸腾焙烧，依表面现象来分析有哪些优点？

答：沸腾焙烧是将固体原料碎成小颗粒，通入预热的空气或其它气体，使炉内固体颗粒在气体中悬浮，状如沸腾，这样就增大了固气间的接触界面，增强了传质与传热，使体系处于较高的化学活性状态。

5. 在滴管内的液体为什么必须给橡胶乳头加压时液体才能滴出，并呈球形？ 答：因在滴管下端的液面呈凹形，即液面的附加力是向上的，液体不易从滴管滴出，因此若要使液滴从管端滴下，必须在橡胶乳头加以压力，使这压力大于附加压力，此压力通过液柱而传至管下端液面而超过凹形表面的附加压力，使凹形表面变成凸形表面，最终使液滴滴下，刚滴下的一瞬间，液滴不成球形，上端呈尖形，这时液面各部位的曲率半径都不一样，不同部位的曲面上所产生附加压力也不同，这种不平衡的压力便迫使液滴自动调整成球形，降低能量使液滴具有最小的表面积。

6. 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其道理何在？

答：若无碎磁片或沸石，由于液体内部不易形成新相( 气相 )，因若形成新相的刹那间，该新气泡相的凹形表面的曲率很大，则根据开尔文公式，这样微小的气泡便自发消失，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介稳定状态，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。

7．如果在一杯含有极微小蔗糖晶粒的蔗糖饱和溶液中，投入一块较大的蔗糖晶体，在恒温密闭的条件下，放置一段时间，这时这杯溶液有什么变化？ 答：任何物质的饱和溶液，当其中存在着大小不同的被溶解物质晶态物质时，实际上这些大小不同的同种晶态物质的溶解度是不同的，由公式：RTn(Cr/C*)＝2Mrσ(S)/rρ(S)可知，r越小，即晶粒越小越微，其溶解度Cr越大，其溶解度大于大块晶体的溶解度C*，因此，将这饱和溶液长期放置后，微晶、小晶体便逐渐消失，而大块晶体却逐渐增大。

8．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。

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10．两性离子型与非离子型表面活性剂有何不同？

答：两性离子型表面活性剂在某一定的 pH 值时，在溶液中呈等电点，当溶液低于这个pH 值时，即在酸性溶液中，它呈阳离子表面活性剂，而在大于该 pH 值的溶液中，它呈阴离子表面活性剂。 非离子型表面活性剂在溶夜中不能电离，不能成为离子型 表面活性剂，非离子型表面活性剂多含有在水中不解离的羟基(－OH)和（－O－)结合的含氧基团，并以这类基团为亲水基团。 11．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。

12．在装有部分液体的毛细管中，当一端加热时，如图 11－8 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？ 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。

13．在亲水固体表面，经适当表面活性剂(如防水剂)处理后，为什么可以改变其表面性质，使其具有憎水性？

答：由于表面活性剂在亲水表面上的定向排列，亲水基团与固体表面接触，憎水基团向外这样就使固体表面形成一层憎水层，从而改变了固体表面结构与性质，使其具有憎水性。

14．基于表面活性剂的基本性质，为何在纤维表面吸附适当表面活性剂（如纺纱油剂）后，可以使纤维柔软平滑？

答：由于纤维表面具有亲水性，表面活性剂的亲水基团吸附在纤维表面而定向排列，外面是表面活性剂的憎水基团定向排列，使纤维的表面形成一个新的憎水表面，而憎水基团一般是近乎直链的脂肪基团，这样便在纤维表面形成一层薄薄的油层，就显出柔软而平滑的手感。

4. 说出增溶作用的三种应用，请解释表面活性剂溶液的γ-C曲线上为什么常常会出现最低点。

答：增溶作用的应用：乳液聚合、石油生产、洗涤过程、染料分散、制药等。 实验证明最低值现象是由杂质引起的。

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问答题

1. 表面活性剂分子的结构特点及亲水亲油基的组成？

答：表面活性剂由两部分构成：a.疏水基团，由疏水亲油的非极性碳氢链、硅烷基、硅氧烷基、或碳氟链构成; b.亲水基团，由亲水疏油的极性基团构成。 2. 表面活性剂按离子类型分类，常见类型有哪些？

答：表面活性剂按离子分类有非离子型表面活性剂（如脂肪醇聚氧乙烯醚）和离子型表面活性剂，其中离子型表面活性剂又分为阴离子表面活性剂（如十二烷基苯磺酸钠），阳离子表面活性剂（如苄基三甲基氯化铵）及两性表面活性剂（如十二烷基甜菜碱）。 3. 表面活性剂在气-液界面上的吸附结构？ 答：表面活性剂分子在浓度较低时零散地分布在液体表面，随着浓度的不断增加，分子疏松的定向排列在表面，当浓度接近cmc时，表面活性剂分子紧密地定向排列在液体表面形成一层致密的单分子界面膜，并在内部开始形成胶束。 4. 影响表面活性剂吸附界面的物理化学因素？ 答：（1）表面活性剂亲水基：亲水基小者，分子横截面积小，饱和吸附量大。 （2）疏水基：疏水基小者，分子横截面积小，饱和吸附量大。

（3）同系物：一般规律是随碳链增长，饱和吸附量有所增加，但疏水链过长往往得到相反的效果。

（4）温度：饱和吸附量随温度升高而减少。但对非离子表面活性剂，在低浓度时吸附剂量往往随温度上升而增加。

（5）无机电解质：对离子表面活性剂，加入无机电解质对吸附有明显的增强作用。

5. 表面活性剂在溶液表面吸附的功能？ 答：表面活性剂在溶液表面吸附主要有两方面的功能：一是降低液体的表面张力使增加气液界面的过程容易进行;二是形成表面活性剂分子或离子紧密定向排列的表面吸附层。

6. 影响表面活性剂在稀溶液吸附的因素？

答：A.吸附质影响（吸附质分子结构与性质将影响它们分子间及其与溶剂、吸附剂间的相互作用，从而影响吸附性质）

（1）吸附质为同系物 若为极性分子， 随有机物碳原子数增加吸附量增加;非极性的物质在水中易吸附非极性的或极性小的。

（2）异构体的影响 直链易被吸附，异构体易于溶解。 （3）取代基的影响 如果取代基为极性基，碳在水中的吸附力减少;如果是非极性基，则吸附增加。 B.溶剂的影响 （1）溶剂与吸附质相互作用强，随着作用力的增加，吸附量减少。 （2）溶剂与吸附剂相互作用越强，吸附量越低。

（3）吸附质与吸附剂相互作用增加，吸附量也增加。

C.吸附剂的影响 （1）非极性吸附剂易吸附非极性吸附质，极性吸附剂易吸附极性吸附质。

（2）吸附剂的表面结构 如果为多孔结构则易于吸附 （3）是否有丰富的吸附基团 （4）吸附后是否易于再生

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D.温度影响 温度升高不易于吸附 E.添加物的影响

7. 影响表面活性剂固-液界面上的吸附的主要原因？ 答：（1）静电作用 在水中固体表面可因多种原因而是带有某种电荷。

（2）色散力的作用表面活性剂的分子量越大，色散力作用越强，吸附量越大。 （3）氢键和π电子的极化作用的 固体表面的某些基团表面活性剂中的一些原子形成氢键而使其吸附。

（4）疏水基的相互作用 在低浓度时已被吸附的分子的疏水基与在液相中的表面活性剂分子的疏水基相互作用，在固液界面上形成多种结构形式的吸附胶团，使吸附量急剧增加。

（5）表面活性剂的双亲性

8. 影响表面活性剂固-液界面上吸附的因素？ 答：a.表面活性剂的性质 如果是离子型表面活性剂，亲水基带有电荷，易于与其带电符号相反的固体表面吸附;

其它表面活性剂，随着表面活性剂碳原子量的增加，吸附量增加，若为聚氧乙烯基型非离子表面活性剂，聚氧乙烯基数目越大吸附量越小。 b..介质pH值的影响

当介质 pH值大于等电点时固体表面上带负电荷;，易于吸附带正电的物质；当介质 pH值小于等电点时表面正电;，易于吸附带负电的物质； 介质pH值与等电点差别越大，固体表面电荷密度越大，越易吸附。 c.固体表面的性质

带电固体表面总是易于吸附带反号电荷的离子型表面活性剂。 d.温度的影响 随温度的升高，离子型表面活性剂吸附量增大，非离子型表面活性剂吸附量减小。 e.无机电解质的影响

无机电解质的加入常能增加离子型表面活性剂的吸附量，对非离子型表面活性剂影响不大。

9. 表面活性剂固-液界面的吸附机制？ 答：吸附过程可分为两个阶段：

（1）表面活性剂浓度小于cmc，则形成单分子吸附层;表面活性剂浓度大于cmc时形成双分子吸附剂层，这将导致吸附量急剧增加。 （2）吸附的一般机制

A. 离子交换吸附 在低浓度时，固体表面的反离子被同电荷符号的表面活性剂离子取代而引起的吸附。

B. 离子配对吸附 固体表面未被反离子占据的部位与表面活性剂离子因电性作用而引起的吸附。

C. 形成氢键面引起的吸附 固体表面和表面活性剂的某些基团间形成氢键而导致的吸附。

D. 电子极化引起的吸附剂 表面活性剂分子中富电子芳环与固体表面强正电位间的作用而引起吸附。

E. 色散力引起的吸附 固体表面与表面活性剂间因为van der Waals 色散力而引起的吸附。

F. 疏水作用引起的吸附 表面活性剂的疏水基间相互作用使它们逃离水的趋

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势，使得达到一定浓度后它们相互缔合而吸附。 10. 离子型表面活性剂的胶束结构？

答：对于离子型表面活性剂， 胶束外壳由粗糙不平的表面和一部分的反离子，还包括扩散的双电子层，内核由非极性的碳氢链和渗透入的渗透水组成。 11. 非离子型表面活性剂的胶束结构？ 答：对于非离子型表面活性剂，胶束的外壳是一层相当厚的、柔顺的聚氧乙烯层，还包括大量以乙醚相结合的水分子。胶团内核由碳氢链组成类似液态烃的内核；没有扩散双电层。

12. cmc的测定方法？ 答：（1）表面上张力法 以表面活性剂溶液的表面张力γ对浓度的对数lgc作图得到γ-lgc曲线，曲线转折点所对应的浓度即为临界胶束浓度。

（2）电导法 作表面活性剂溶液的电导率或摩尔电导率对浓度或浓度平方根的关系曲线，曲线转折点所对应的浓度即为临界胶束浓度。

（3）增溶法 当表面活性剂溶液的浓度超过一定值时，烃类或不溶性染料在该溶液中的溶解度急剧增加，这一浓度即为临界胶束浓度。

（4）染料法 配制浓度高于临界胶束浓度的表面活性剂溶液，并向其中加入很少量的染料，呈现出增溶于胶束的颜色。然后用水稀释此溶液直至溶液颜色发生显著的变化，此时表面活性剂的浓度即为临界胶束浓度。一般要求染料离子与表面活性剂离子的电荷相反。

（5）光散射法 表面活性剂缔合成胶束时，溶液的散射光强度增加。作表面活性剂溶液的散射光强度对浓度的关系图，突变点处所对应的浓度即为临界胶束浓度。

13. 影响cmc的因素？ 答：（1）碳氢链接的长度 一般表面活性剂水溶液的临界脐束浓度随碳原子数增加而降低。

（2）碳氢链的分支 通常情况下，疏水基团碳氢链带有分支的表面活性剂，比相同碳原子（CH2）数的直链化合物的临界胶束浓度大得多。 （3）极性基团的位置 极性基团赿靠近碳氢链的中间位置，临界胶束浓度赿大。 （4）碳氢链中其他取代基的影响 随碳氢链中极性基团数量的增加，亲水性的提高，cmc增大。

（5）疏水链的性质 疏水基团的疏水性越强，cmc越低。

（6）亲水基的种类 在水溶液中离子型表面活性剂的临界胶束浓度远比非离子型的大。

（7）温度对胶束形成的的影响 对离子型表面活性剂，在Krafft点以上，胶束易于形成；非离子型表面活性剂要在浊点以下使用。 （8）外加无机电解质 使离子型表面活性剂的cmc降低，对非离子型影响不大。 14. 囊泡的结构、形状、大小、性质？

答：结构：囊泡是由密闭双分子层形成的球形或椭球形单间或多间小室结构。 形状：椭球形或扁球形。

大小：囊泡的线性尺寸大约在30～100nm左右。 性质：a.稳定性 不稳定，越大越稳定

b.包容性 可包容多种溶质，中心亲水性最大

c.相变 囊泡的相变主要来自双层膜中碳链构型的变化。

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