第五章固液界面-课件

第五章 固－液界面

5.1 润湿作用（4学时） 5.1.1 润湿过程 5.1.2 接触角与润湿方程 5.1.3 接触角的测量 5.1.4 影响接触角的因素 5.1.5 表面活性剂对润湿的影响 5.2 固液界面的吸附作用（4学时） 5.2.1 固液界面吸附的特点 5.2.2 自浓溶液中的吸附 5.2.3 自稀溶液中的吸附 5.2.4 自电解质溶液中的吸附 5.3 大分子的吸附（1学时） 5.3.1 吸附等温式

5.3.2 生物大分子和聚合物的吸附

5.4 表面活性剂在固液界面上的吸附（1学时）

5.1 润湿作用

5.1.1 液体在固体表面的润湿作用

润湿（wetting）是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。润湿过程可分为三类： 沾湿（adhesion） 浸湿（immersions） 铺展（spreading ）

（1）沾湿：液体与固体由不接触到接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程

Wa = γlg +γsg - γsl Wa : 粘附功>0 自发

（2）浸湿：固体浸入液体的过程。（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代。-?G = γsg - γsl = Wt Wt: 浸润功 >0 自发

（3）铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。 铺展系数S = γsg -(γlg + γsl) ≥ 0 时自发

小结：

（1）无论哪一种润湿都是界面现象，其过程实质都是界面性质 及界面能量的变化 （2）对比三者发生的条件 沾湿： Wa = γlg +γsg - γsl≥ 0 浸湿： γsg - γsl ≥ 0 铺展： S = γsg -(γlg + γsl) ≥ 0

（3）固气和固液界面能对体系的三种润湿作用的贡献是一致的。

5.1.2 接触角与润湿方程

将液体滴于固体表面上，液体或铺展或覆盖于表面，或形成一液滴停于其上，此时在三相交界处，自固液界面经液体内部到气液界面的夹角就叫做接触角。

Yang 方程： γsg - γsl ＝ γlgcosθ Wa = γlg(cosθ + 1) ≥ 0 θ≤ 180 沾湿 A = Wt = γlgcosθ ≥ 0 θ≤ 90 浸湿 S = γlg(cosθ -1) = 0 θ= 0 铺展 习惯上将θ =90° 定义润湿与否标准

5.1.3 接触角的测量

（一）角度测量法（量角法） (1) 切线法 (2) 斜板法

γSL γLG

θ γSG

(3)光点反射法

（二）长度测量法 （1）小滴法

（2）大滴法（液饼法） （3）垂片法

皆是通过与相关长度测量计算得到。

（三）力测量法： 吊片法：

f = γlgcosθ·P(周长) cosθ = fγ0/f0γ

（四）透过测量法：（粉末的θ ） （1）透过高度法 （2）透过速度法

5.1.4 影响接触角的因素

前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时应注意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定，当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的体系，由于表面张力的变化，接触角也会变化，因此，若一已基平达平衡的体系，接触角的变化，可能与温度变化有关，简单判断影响因素的方法是，平衡时间的影响一般是单方向的，而温度的波动可能造成γ的升高或降低。除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞后和吸附作用。

（1）接触角滞后

①前进接触角和后退接触角

前进接触角，以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前进接触角θA，如将固体板插入液体中；后退接触角则相反，即以固气界面取代固液界面后形成的接触角叫后退接触角，用θR表示，如水滴在斜玻璃板上，流动可形成前进接触角和后退接触角。 ②接触角滞后及原因

指前进接触角与后退接触角之差称为接触角滞后（θA-θR） 造成接触角滞后的主要原因有： a.表面不均匀

表面不均匀是造成接触角滞后的一个重要原因若固体表面由与液体亲合力不同的两部分a、b组成，则液体对复合表面的接触角与对两种纯固体表面成分自身的接触角的关系是：

COSθ=XaCOSθa+XbCOSθb

Xa、Xb指a、b的摩尔分数，

θa、θb指液体在a固体和b固体上的接触角。

实践表明，前进角一般反映与液体亲合力较弱的那部分固体表面的润湿性，因此，θA较大（COSθ小），而后退角反映与液体亲合力较强的那部分固体表面的性质，因此，θR较小。对于一些无机固体，由于表面能较高，固而极易吸附一些低表面能的物质而形成复合表面，因此，造成液体对这种复合表面形成的接触角滞后现象，可见，欲准确测定一种固体的接触角，必须保证固体表面不受污染。 b.表面不平

表面不平也是造成接触角滞后的主要因素，若将一玻璃粗化后，将一水滴滴在倾斜玻璃上，则出现接触角滞后。

Wenzel研究了固体表面粗度对润湿性的影响，他指出，一个给定的几何面经粗化后，必然使表面积增大，若以r表示粗化程度，则 r=A（真实）/A （表观）

显然，r越大，表面越不平，这时，应用润湿方程时应加以粗化较正，

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