1、第四节第四节 溶液的表面吸附溶液的表面吸附 一、溶液的表面张力和浓度之间的关系一、溶液的表面张力和浓度之间的关系单组分系统：单组分系统：在指定温度、压力下，纯液体有确定的表在指定温度、压力下，纯液体有确定的表面张力。面张力。溶液：溶液：在同一个温度下，溶液的表面张力随浓度的变化在同一个温度下，溶液的表面张力随浓度的变化而改变。而改变。 溶液的表面张力与浓度之间的关系和溶剂、溶质的种类溶液的表面张力与浓度之间的关系和溶剂、溶质的种类有关。有关。 在恒温条件下，用溶液的表面张力对浓度作图，所得曲在恒温条件下，用溶液的表面张力对浓度作图，所得曲线称溶液线称溶液表面张力等温线表面张力等温线。一、溶液的
2、表面张力和浓度之间的关系一、溶液的表面张力和浓度之间的关系以水为溶剂，不同溶质水溶液的表面张力等温线：以水为溶剂，不同溶质水溶液的表面张力等温线： I. 随着浓度的增加，这随着浓度的增加，这类溶液的表面张力略有上类溶液的表面张力略有上升。升。强电解质强电解质(无机盐类无机盐类)、多羟、多羟基化合物基化合物(蔗糖、甘油蔗糖、甘油)，溶，溶质分子和水之间有很强的质分子和水之间有很强的溶剂化作用，它们的存在溶剂化作用，它们的存在增大了水溶液的表面张力。增大了水溶液的表面张力。 cI一、溶液的表面张力和浓度之间的关系一、溶液的表面张力和浓度之间的关系 II. 溶液的表面张力随浓溶液的表面张力随浓度的增
3、大而缓慢下降。度的增大而缓慢下降。一些极性较强的小分子有一些极性较强的小分子有机物如醇、醛、酸、酯等，机物如醇、醛、酸、酯等，虽然也溶于水，但和溶剂虽然也溶于水，但和溶剂间的相互作用力较弱。间的相互作用力较弱。 III.表面活性剂：表面活性剂：溶液在低浓度时，溶液的表面张力随浓度的溶液在低浓度时，溶液的表面张力随浓度的增加而急剧下降，当达到一定浓度后，表面张力值趋于稳定，增加而急剧下降，当达到一定浓度后，表面张力值趋于稳定，不再随浓度的增加而改变。不再随浓度的增加而改变。 表面活性剂是一些分子量较大，同时具有较强极性和非极性表面活性剂是一些分子量较大，同时具有较强极性和非极性基团结构的双亲性物
4、质，如烷基磺酸盐、羧酸盐等。基团结构的双亲性物质，如烷基磺酸盐、羧酸盐等。 cIIIIII二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式二、溶液的表面吸附和吉布斯吸附等温式（一）溶液的表面吸附现象（一）溶液的表面吸附现象温度为温度为T ，压力为，压力为 p 时，吉布斯能时，吉布斯能 G = A， dGT,p 0 时，时， 0，溶质在表面层的浓度小于，溶质在表面层的浓度小于体相浓度，溶液发生负吸附体相浓度，溶液发生负吸附非表面活性物质。非表面活性物质。 Tcc O 当当 0，溶质在表面层的浓度大于，溶质在表面层的浓度大于体相浓度，溶液发生正吸附体相浓度，溶液发生正吸附表面活性物质。表面活性物质。 Tcc
5、O OOTccRTcc 吉布斯公式的实验验证：吉布斯公式的实验验证：设计一个水槽，在上面装一个可以快速移动的刀片，设计一个水槽，在上面装一个可以快速移动的刀片，能将溶液表层刮下约能将溶液表层刮下约0.1mm的一个薄层；的一个薄层；根据被刮下溶液中所含溶质的量及水槽的表面积，可根据被刮下溶液中所含溶质的量及水槽的表面积，可以计算溶液的表面超量。以计算溶液的表面超量。实验结果与吉布斯公式相吻合。实验结果与吉布斯公式相吻合。AnBB例：例：298K时配制浓度为时配制浓度为4.00g/kg的苯基丙酸溶液，用特制刮刀的苯基丙酸溶液，用特制刮刀在在310cm2的表面刮下的表面刮下2.3g溶液，测其浓度为溶
6、液，测其浓度为4.103g/kg。(1)根据此实验数据计算表面吸附量。根据此实验数据计算表面吸附量。2643104 . 610310150103 . 2)4013. 4(mmolAMmcAn(2)已知不同浓度下苯基丙酸溶液的表面张力为：已知不同浓度下苯基丙酸溶液的表面张力为：c (g/kg)3.54.04.5(N/m)0.0560.0540.052mN /02. 02)054. 0052. 0()056. 0054. 0(kggc/5 . 02)0 . 45 . 4()5 . 30 . 4(26105 . 65 . 002. 0298314. 800. 4)/(/mmolccddRTcc三、表
7、面活性物质在溶液表面的定向排列三、表面活性物质在溶液表面的定向排列表面活性物质均可使水的表面张力降低；表面活性物质均可使水的表面张力降低；能使水的表面张力明显降低的物质为两亲性物质，又称为能使水的表面张力明显降低的物质为两亲性物质，又称为表面表面活性剂活性剂。两亲性物质：两亲性物质：分子中同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性分子中同时含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团，一般为含基团，一般为含8个以上碳原子的碳链或环。个以上碳原子的碳链或环。脂肪酸分子：脂肪酸分子：-COOH：亲水基：亲水基碳氢链：憎水基碳氢链：憎水基亲水基团亲油基团三、表面活性物质在溶液表面的定向排列三、表面活性物质在溶液表
8、面的定向排列 亲水基团使脂肪酸有进入水中的趋势，憎水基团有离开水而亲水基团使脂肪酸有进入水中的趋势，憎水基团有离开水而移向表面的趋势；移向表面的趋势； 非极性基团企图离开水移向表面，从而降低了增加表面积所非极性基团企图离开水移向表面，从而降低了增加表面积所需的功，使溶液的表面张力明显降低。需的功，使溶液的表面张力明显降低。三、表面活性物质在溶液表面的定向排列三、表面活性物质在溶液表面的定向排列随着溶液浓度的增加，表面吸附量逐渐加大，直至达到一个随着溶液浓度的增加，表面吸附量逐渐加大，直至达到一个极限值极限值m。吸附在溶液表面的分子随着吸附在溶液表面的分子随着 的增大而逐渐站立起来，直至的增大而
9、逐渐站立起来，直至形成极性端在溶液中，非极性端伸向空气，定向排列紧密的表形成极性端在溶液中，非极性端伸向空气，定向排列紧密的表面层。面层。 cm三、表面活性物质在溶液表面的定向排列三、表面活性物质在溶液表面的定向排列溶液在达到饱和吸附时，吸附为单分子层。溶液在达到饱和吸附时，吸附为单分子层。 可以根据可以根据m计算被吸附分子的横截面积计算被吸附分子的横截面积A。LAm1 计算所得分子的截面积比其他方法所得结果略大：计算所得分子的截面积比其他方法所得结果略大： 分子的热运动使得分子不可能在表层排列得非常整齐；分子的热运动使得分子不可能在表层排列得非常整齐； 极性基团的溶剂化作用极性基团的溶剂化作用
