2022年界面化学模拟试卷-综合 .pdf

学而不思则惘，思而不学则殆硕士研究生20XX 级界面化学模拟试卷1.名词解释 ( 闭卷 ) (1) 电渗：在外电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表面作定向运动。固体可以是毛细管或多孔性滤板。电渗是电泳的反现象。（课件第二讲第29 张）电泳：在外电场作用下，胶体粒子相对于静止介质作定向运动。(2) 滑动面 :在外加电场作用下，带不同电荷的两相向相反的方向运动，相对运动的边界称为滑动面，位于靠近表面的液体内部。(3) 胶束或胶团 :当表面活性剂得浓度达到一定值后，多个表面活性剂分子（或离子）的疏水基团相互缔合，亲水基团朝向水相，形成胶体粒子大小的聚集体成为胶团，称为胶束。（溶液中表面活性剂分子的结合体） (4)Cloud点:非离子型表面活性剂的溶解度往往会随温度上升而降低，升至一定温度时会出现浑浊，经放置或离心可得到两个液相。此温度被称为该表面活性剂的浊点（Cloud Point） 。 （课件第十讲第20 张）(5)Kraft 点（克拉夫点）:离子型表面活性剂的溶解度在温度上升到一定值时会陡然上升，此温度称做该表面活性剂的Krafft点。 （课件第十讲第20 张）(6) 聚电解质 : 也称高分子电解质，是一类在分子链上带有许多可解离基团的高聚物。其特点是高的分子量和高的电荷密度。 （课本 P543） (7) 超低界面张力；现在一般把1 ，所以粗化表面的 cos 的绝对值比平滑表面的cos绝对值大。 这就是说，当90时，固体表面越粗糙，润湿性越差。即随着表面粗糙程度的增加，容易润湿的表面变得更容易润湿，而难润湿的表面变得更难润湿。）（12）在推导BET吸附等温式（多分子层吸附理论）时，假设条件之一是各种分子层的吸附速度和脱附速度相等。（）（原因：几点假设： （1）第一层的吸附热Q1是常数；（2）第二层及以后各层的吸附热都一样，而且等于液化热QL ； （3）吸附到S0上的速度要和S1 层脱附的速度相等，同样，在S1 上的吸附速度等于从S2上的脱附速度，依此类推；（4）认定第二层以上的吸附、脱附性质和液态吸附质的蒸发、凝聚是一样的，换言之，就是将第二层以上的吸附看作液体。）3.填空题 ( 闭卷 ) （1）胶体化学研究的对象包括分散体系、界面现象以及有序组合体（高分子溶液）。（课件第一讲第7 张）（2）胶粒或界面带电的来源有电离、离子吸附、晶格取代、离子的溶剂化作用、两相对电子的亲和力不同。 （课件第二讲第3338 张）（3）电动现象主要包含电泳、 电渗、 流动电势和 沉降电势四种。（4）溶胶的颜色决定于溶胶对光的选择性吸收和光的散射。 （课件第二讲第25 张）（ 5）使用显微电泳法测定胶体粒子电泳速度时，电泳管中的液体存在静止层，产生静止层的原因是vP在整个管中应为定值，但vL则随液层深度而变化。在靠近管壁处vL受电渗流动控制，在管中心则受反流控制。因此必定存在某个液层深度，该处的液体的电渗速度恰与反流速度相抵消，于是vL=0，这精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆一位置称为静止层。 （ 课件第三讲第39 张）（ 6） 使用光散射法和超速离心法测出的高分子平均分子量分别是重均分子量和Z 均分子量平均分子量。 （课本 P521）（7）泡沫破坏的主要原因是液膜的排液，膜的破裂及气体的扩散。( 第十一讲第九十八页) （8）在气体吸附的五种等温线类型中，、属于吸附剂是非孔性的，且吸附空间没有限制。 （第七讲第六十页）（9）根据Stokes 沉降公式，球形粒子的沉降速度与粒子半径、颗粒与介质的密度差、介质粘度和重力加速度 等因素有关。（第二讲第十页）（10 ）浊度计是根据散射光强度与单位体积的质点数c成正比原理来检测自来水中固体悬浮物含量的。（第二讲第二十三页）（11）电动电势一般采用电泳方法测定，其值的大小通常在：几十mv 几百 mv 范围内（见第3讲最后）范围。一般来讲，只有当电动电势的绝对值大于 30mv （见第 4 讲第 2 小节）时，胶体才有可能比较稳定。（12）胶体的动力稳定性是指：由于胶粒很小，强烈的Brown 运动能阻止其在重力场中的沉降，因而具有动力稳定性。（13）单分散溶胶是指：颗粒的大小、形状和化学组成完全一致的溶胶，一般制得溶胶均是多分散性的。 （见第 1 讲单分散溶胶）（14）测定液体表面张力的方法有：毛细管上升法、环法、吊片法、最大压差法、滴体积法、停滴法、悬滴法。（15）润湿的类型包括沾湿、浸湿和铺展。（16）低能固体表面是指有机固体表面，如石蜡和高分子化合物。它们的表面自由能低于100 mJ/m2。（17）乳状液的类型取决于乳化剂的性质与结构。（18）影响乳状液稳定最主要的一个因素是界面膜的性质（强度与紧密程度）。（19）颗粒粒度分析法有筛分法、光学显微镜计数法、电泳法、计算机图像成像法、电感应法、重力沉降法、离心分析法、激光衍射散射法、（后三种是课件中提到的），其中激光衍射散射法中的激光粒度分析仪应用最为广泛。（20）双子表面活性剂是指通过化学键将两个或两个以上的同一或几乎同一种表面活性剂单体在亲水 头 基 或 靠 近 亲 水 头 基 附 近 用 联 接 基 团 将 这 两 亲 成 份 联 接 在 一 起 ， 形 成 的 一 种 表 面 活 性 剂此图为示意图。（ 21）可通过改性，复配，将直链结构变为带有支链结构的分子（没找到的，自己理解的）等途径提高高分子的耐盐性能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆4.问答题 ( 部分闭卷、部分开卷) （1）若胶体颗粒表面带20 个单位的负电荷，特性吸附离子为4 个铝离子，溶液中的电解质为氯化钠，请画出双电层结构，并在电势- 距离坐标图中标出滑动面的位置，电动电势的大小。若往溶液中进一步添加氯化钠，双电层结构如何变化？图示说明。（2）试推导 Langmuir 吸附等温式方程。 （课件第七讲第65 张）答： Langmuir 在推导时作了如下假设： 吸附是单分子层的，只有碰在空白处才有可能被吸附； 气体在吸附时不受气体分子的影响； 表面是均匀的，发生吸附时，能量相同，吸附热相同定义覆盖度 = S1/SS1 吸附了气体的位置（位）；S 表面总吸附位置。当吸附平衡时，吸附速度与脱附速度相等，于是有，吸附速度)1 (auV吸；a 吸附几率， u 碰撞分子数。脱附速度脱V，所以 ,uau1a. 由分子运动论得，pmkTpu2p 气体压力； m 气体分子质量；k Boltzman常数。代入得：bpbp1,pmkTab21若以 Vm表示每 g吸附剂盖满单分子（=1）时的饱和吸附量，V表示吸附平衡压力为p时的吸附量，mVV.所以，bpbpVVm1,或bpbpVVm1b 吸附系数，主要受温度和吸附热的影响，吸附热q 增大， b也增大，但T 升高， b减小。（3）简述制备溶胶的各种方法和原理。（课件第一讲第14 张）答： （1）分散法研磨使用球磨机和胶体磨。超声波分散法在电极上加高频高压交流电，使石英片发生同频机械振荡，此高频机械波经变压器油传入试管内后，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆即产生相同频率的疏密交替波，对分散相产生很大的撕碎力，从而使分散相均匀分散。胶溶法如许多不溶性沉淀，当加入少量某种可溶性物质或洗去体系中过多的电解质时，能自动地分散变成胶体。这种使沉淀变成胶体的方法叫做胶溶法。所加可溶性物质叫胶溶剂，这个过程叫胶溶作用。（2）凝聚法由分子或离子分散聚集成胶体粒子的方法。化学凝聚法物理凝聚法晶核的生成速度V1 ，晶核的成长速度V2。若V1V2，则溶液中形成大量晶核，所得粒子的分散度较大，有利于形成溶胶；若V2V1，所得晶核极少，而晶核成长速度很快，故粒子得以长大并产生沉淀。（4）简述 DLVO理论。 （课件第四讲第14 张）1胶粒间的Vander wadls引力势能分子间的Vander waals引力包括诱导力，偶极力和色散力，其大小与分子间距的六次方成反比，也称六次律。胶粒是大量分子的聚集体，Hamaker 假设，胶粒间的相互作用等于组成它们的各分子对之间相互作用的加和。两等同球形粒子：HArE12A；两平行的等同平板粒子：2A12 HAE2双电层的斥力势能因带电胶粒所带电荷的影响，在其周围形成双电层，使Stern 层和扩散层中的反离子浓度高于体相中的浓度。而在扩散层以外任何一点不受胶粒电势的影响，因为胶粒所带电荷对它的作用被双电层中反离子的作用抵消。由于这种反离子氛的“屏蔽作用”，当两粒子的扩散层不重叠时，它们之间不产生任何斥力。当两粒子的扩散双电层发生重叠时，胶粒对重叠区的作用不能被反离子氛完全屏蔽。重叠后反离子浓度增大，这样既破坏了扩散层中的离子平衡分布，又破坏了双电层的静电平衡。前一种平衡的破坏使离子自浓度大的重叠区向未重叠区扩散，从而产生渗透性的排斥力；后一种平衡的破坏引起胶粒间的静电性斥力。它们的大小与粒子的形状有关。3胶粒间的总相互作用势能（1）随离子之间距离的增大，EA下降速度比ER缓慢的多，当胶粒间距很大时，粒子间无相互作用，E为零。（2）两粒子靠近时，首先起作用的是引力势能，因而E 呈负值。随着距离缩短，ER的影响逐渐大于EA（有时会出现一个极小值，负值，为引力），因而E逐渐增大变为正值。（3）但靠近一定距离后，EA 的影响又超过ER，E重新变为负值，且变化过程中出现一个峰值，称为势垒。（4）当胶粒相距极近时，由于电子云的相互作用而产生Born 斥力势能而使E 急剧上升，又形成一个极小值（第一极小值）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆（5）说明表面活性剂的HLB值、结构与使用性能的关系。（课件第 11 讲第 61 张）答： HLB 值比较低，表示某表面活性剂亲油性较强，若HLB 值较高，则表示其亲水性较强。由经验得知，通常HLB 值为 36 的表面活性剂可用作W/O 型乳状液的乳化剂，HLB 值为 818 的表面活性剂可用作 O/W 型乳状液的乳化剂，HLB 值为 1215 的表面活性剂可用作润湿剂，HLB 值为 1315 的表面活性剂可用作洗净剂，HLB 值为 1518 的表面活性剂可用作增溶剂。结构：起泡剂： （1）非极性部分的烃链最好没有分支，因没有分支的结构更有利于泡沫中表面活性剂吸附层的非极性部分的横向结合；（2）非极性部分若有苯基，则苯基最好在烃基的一端，若苯基上有烃基和亲水基，则当它们处于对位时，有较好的稳定泡沫的能力；（3）有两个或两个以上亲水基的表面活性剂不宜做起泡剂。乳化剂：起泡剂对表面活性剂在分子结构上的要求同样适用于乳化剂润湿剂：通过降低表面能的吸附来改变固体表面的润湿性的最好有分支结构，因分支结构不利于形成表面活性剂的缔合分子和胶束，而有利于它在表面上吸附改变固体表面的润湿性。增溶剂：烃基最好没有分支，烃基上最好只有一个亲水基，而且亲水基最好在烃链的一端。（6）高分子溶液粘度的影响因素主要有哪些？（新课本411）（1）高分子化合物分子的体积很大，阻碍了介质的自由移动（2）高分子的溶剂化作用束缚了大量的自由液体，特别是在良溶剂中（3）高分子之间的相互作用，浓度较大时明显。另外，凡能引起大分子结构和形态变化的因素都会影响溶液的粘度。除了高分子本身的因素外，添加剂也影响溶液的粘度。无机盐的加入可显著降粘、聚电解质的加入消除电粘滞效应，降低粘度。不同结构的高分子相互混合使体系的粘度发生异样变化。温度对高分子溶液的粘度也有显著影响，大多数高分子溶液温度升高体系粘度下降。（7）测定液体表面张力或界面张力的方法有哪些？写出它们依赖的原理和计算公式。（第六讲第三十三页，第七讲第十一页）（1）毛细管上升法0Born斥力引力斥力E EA ER 势垒第 二 极 小第 一 极 小粒子间距势能作用曲线RAEEE精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆毛细管上升或下降的高度公式：grh)(cos221。当液体完全润湿时，=0，因此可用高度来计算值。2)(21grh当在空气中，简化为2grh。（2）环法（ Du Nouy 法）通常用铂丝制成圆挂环，将它挂在扭力秤上，然后转动扭力丝使环缓缓上升，当环与液面突然脱离时，所需的最大拉力为F，它和液柱重量相等，也和沿环周围的表面张力相等，即：)(4rRF，拉起的液柱重量并不是圆柱形，故上式必须乘上一个校正因子f 。frRF)(4（3）吊片法（又称Wilhelmy 法）测定当片的底边平行液面并刚好接触液面时的拉力F，使此法具有完全平衡的特点。F = 2 (L + L)（4）最大压差法（气泡最大压力法）RP2max（5）滴体积（重）法当液体在管口成滴落下时，落滴与管半径、 液体表面张力有关，可以从落滴重量推算液体表面张力，直接测定落滴体积则叫滴体积法。由rmg2得rmg2实验应加入校正系数，故改写为：rVgFrmgk2（6）停滴（液）法（滴外形法）或者躺滴法根据 Bashforth-Adams方程处理为正值的表面（界面） ，即图中 (a) 和 (c) 情形。可自大小因子b，形状因子和密度数据计算表（界）面张力。gb)(212（7）悬滴法这是另一种液面外形方法，处理的是为负值的体系。2eesbdHddS精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆Hgdgbe221221)()(（8）Zeta 电势与电泳速度关系式之Hukel 公式的适用条件是什么？（第三讲第二十九页）1.5EvH kel 公式只适合于K r1 的极端情形，即假定了外电场不因质点的存在而变形，这只有在质点与介质的电导完全相同时才是如此。对于常见的非导体质点，则只能在 K r1 的极端情形下才能达到。对于球形质点，当 K r 1 时，即质点半径r 比双电层厚度K1 小得多的情形，Hukel 认为一方面可以将质点看作是对电场没有扰动的点电荷，另一方面，质点又大得足以应用Stokes 公式。（9）描述下述公式阐述的对象与内容Hukel 公式； Kelvin公式； Gibbs 公式； Lapalace公式；带粗糙因子的Young方程； B-A 方程。a）Hukel 公式：1.5Ev电势与电泳速度的关系E 电场强度； 介质的介电常数 介质粘度b）Kelvin公式 :rL02lnPVPRTr当液体表面由平表面变为曲率半径为r 的液面时，小液滴蒸汽压Pr 与平液面蒸汽压关系Pr 曲率为r 的小液滴的蒸汽压P0 平液面蒸汽压；VL 液体的摩尔体积。c) Gibbs公式 :222dRdTaTa阐述吸附量与溶液浓度和表面张力随浓度变化率的关系(表面张力与活性剂在体相和表面相浓度的关系) a2 溶质的活度d) Lapalace公式 :1211PrRR液体压力与曲率的关系 e) 带粗糙因子的Young方程：sgsllgcos固体表面粗糙度对润湿性的影响 f) B-A方程：LV11sin2()()gzRxb曲界面形状与体系性质的关系（10）画出吸附等温线类型第IV、v 种模式并予以解释。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆( ) （）或：吸附剂是多孔的，但不是微孔型或至少不完全是微孔型的，则吸附空间虽可以容纳多层吸附，但不能是无限的，故吸附是在P/P01.0 时趋于饱和值。：在低压下形成单分子层，然后随着压力的增加，由于吸附剂的孔结构中产生毛细凝聚现象，（在较低的压力下，蒸气在半径较小的孔中先凝聚，在较高压力下，在半径较大的孔中接着发生凝聚，直到达到饱和蒸气压时才在孔的平坦部分凝结，不是垂直上升而是逐渐上升的）所以吸附量急剧增大，直到吸附剂的毛细孔装满吸附质后，才不再增加吸附量而达到吸附饱和。：在低压下就形成多分子层吸附，然后随着压力的增加，开始出现毛细凝聚，它与类型一样，在较高压力下，吸附量趋于极限值。所以类型和的吸附等温线反映了多孔性吸附剂的孔结构。（11）画图并说明Plateau边界处的排液作用。由 Laplace 公式可以推导出:BAPPR式中，BP B 处的液体压力，MPa；AP A 处液体压力，MPa； 表面张力， mN/m；R 3 个气泡的气泡半径，m。该式表明，液膜中P 处液体的压力较A 处小，在这种压差作用下，泡沫中的液体自动地从A 处向 P处流动，使液膜变薄，最终导致破灭。（12）表面活性剂有什么结构特点和哪些用途？请写出一种非离子型表面活性剂的结构式，并从该表面精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆活性剂的HLB值、结构上阐明其与使用性能的关系。外界因素是如何影响表面活性剂的使用性能的？结构特点：表面活性剂分子具有共同的结构特征 整个分子可以分为性质不同的两部分，一是不易与水分子接近的原子团（如CH链） ，即非极性部分，称为憎水基或亲油基。另一部分是容易与水接近的原子团，即极性部分，称为亲水基或憎油基。故又称为两亲分子。用途：起泡作用（吸附在气液界面大大降低表面张力，同时起泡剂在气液界面上吸附产生一个有一定强度的保护膜，防止气泡聚并变大，使泡沫具有一定的稳定性；结构特点：） 、消泡作用、乳化作用（乳化剂的吸附能大大降低界面张力，使乳状液易于产生，同时由于乳化剂在液液界面上的吸附产生具有一定强度的保护膜，防止乳状液中的液珠聚并变大，使乳状液具有一定的稳定性）、润湿反转作用、洗净作用、增溶作用以及降低界面张力的作用。例子：聚氧乙烯辛基苯酚醚-2 ，HLB=7.14，由于 7HLB18 ，亲水亲油基能力相当，且亲水解略大于亲油基的亲油能力，故常做O/W型乳状液。结构上：由于烃链长度适当，无分支，苯基位于烃基末端，烃基与亲水基在苯基的对位，只有一个亲水基。这种结构适合做乳化剂。外界影响因素：温度（其极性基团易与水形成氢键而提高其溶解能力，温度升高至一定程度时，表面活性剂与水间的氢键作用削弱而不足以维持其溶解状态，从而形成浊点）。（13）请写出一种高分子表面活性剂的结构式及其合成方法，并阐述这种高分子表面活性剂的性能特点。ROH ：具有活泼氢的脂肪醇C2H4O ：环氧乙烷R-O-(C2H4O)n-H：脂肪醇聚氧乙烯醚ROH nC2H4O 生成 R-O-(C2H4O)n-H 性能特点是（1）在溶液中不是离子状态，所以不容易受强电解质、无机盐类存在的影响，也不受酸碱的影响。（2）在溶液中的稳定性较好，与其他表面活性剂相容，可复配使用。（3）在水中和有机溶剂中皆有较好的溶解性，常为液态或浆状。可作油包水型乳化剂，工业上一般用作乳化剂。（14）在高度板结的土壤中，使用钙盐（如石膏）处理有时可以改变土壤的孔隙率和农业产量，提出合理的机理来解释这个结果。土壤板结是指土壤表层在降雨或灌水等外因作用下结构破坏、土料分散，而干燥后受内聚力作用的现象。土壤的团粒结构是土壤肥力的重要指标，土壤团粒结构的破坏致使土壤保水、保肥能力及通透性降低，造成土壤板结。土壤团粒结构是带负电的土壤粘粒及有机质通过带正电的多价阳离子联接而成的。多价阳离子以键桥形式将土壤微粒连接成大颗粒形成土壤团粒结构。土壤中的阳离子以2 价的钙、镁离子为主，向土壤中加入钙盐后，钙盐可以电离形成构成土壤团粒结构的Ca2+，以键桥形式恢复团粒结构，从而消除土壤板结。同时，多余的Ca2+可以部分取代粘土晶格中的Al3+或 Si4+，从而使粘土颗粒的负电性增加，颗粒之间的排斥力增大，颗粒变得松散，孔隙度增大。由于孔隙度增大，则可以增加土壤蓄积水分和氧气的能力，更利于植物根部的有氧呼吸。而且，由于Ca2+本身是植物生长所不可少的元素，用钙盐处理在一定程度上可以对植物进行养分的补给，故可以精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆（15）解释为什么向一个肥皂泡体系中加入辛醇能使其迅速消泡，但是如果在泡沫形成前加入到溶液中并不能防止泡沫的形成。（a）辛醇有很强的降低表面张力的能力，极容易吸附在表面上，分子间相互作用不强，在表面上排列疏松，因此当其加入到肥皂泡体系中能迅速消泡。（b）（16）一般水溶性高分子在常温、低矿化度水中都有较好的增粘能力，但随着温度和水矿化度的增加。高分子增粘能力明显下降，请说明其中的原因。目前已设计并合成出疏水缔合高分子来解决高分子在较高矿化度下增粘能力差的问题，请你设计出一种高分子，来解决高分子在较高温度下增粘能力差的问题，并说明该高分子为什么具有这种特性。因为温度升高，分子间力减小，不利于网络结构的形成，同时温度升高，使高分子的溶剂化程度减小了，而克服原子内旋转阻力的能力却增加了，这些都可使高分子更加蜷曲，意味着粘度的减小；无机盐的加入能显著降低溶液的粘度，因为水化能力很强的无机离子会夺取大分子链周围的水化水，使大分子链蜷曲。（对于聚电解质溶液，低分子电解质不仅抑制大分子链上反离子的解离，使其有效电荷减小，而且会压缩扩散双电层，破坏水化膜，从而导致大分子溶液的粘度显著降低，且电粘效应消除。）（17）结合自己的学习或工作经历，谈一谈界面化学在油田实践中的具体应用实例。答：自由发挥（18）请解释下图中所示表面活性剂在溶液中的吸附等温线。I 区: 符合亨利 ( Henry) 吸附法则 , 吸附量与表面活性剂平衡浓度呈线性关系, 表面活性剂分子极性基取代 Cl- 和 OH- , 形成平躺的专性吸附( Ster n 层吸附 ) 。区 : 吸附等温线的斜率增大, 表面活性剂分子对固体表面的覆盖度增加。固体表面的吸附分子自单层排列向双层排列过渡, 呈现双层吸附与Stern 层专性吸附共存的状态。表面活性剂的这种聚结体称为“半胶束”或“准胶束”。开始形成半胶束的浓度成为“临界半胶束浓度”或“临界准胶束浓度”。区: 吸附等温线的斜率减小, 固体表面的最佳吸附位已被完全占据, 形成双层吸附。区: 体系接近临界胶束浓度( CMC ) , 表面活性剂分子开始缔合成胶束。体系中存在单个表面活性剂分子- 胶束 - 吸附层分子间的动态平衡, 同时出现胶束同吸附层对单个活性剂分子的争夺和胶束同吸附层之间的静电核排斥作用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆（19）测定了一种表面活性剂在石英- 水界面上的吸附量和石英- 水- 环己烷的接触角，如图所示，请予以解释。吸附量解释：此吸附属于Langmuir吸附（单分子层吸附理论）当表面活性剂的溶液浓度较小时，分子式平铺在表面上的，在浓度较大时，分子是倾斜于表面上的，当浓度继续增加时，表面活性剂分子在表面上可能形成饱和吸附层，这时分子彼此靠拢，形成单分子层，因此当浓度较小时，吸附量随浓度变化增加很快，当浓度增加到一定浓度时，吸附量逐渐减慢，到最后达到饱和趋于一个平衡。接触角解释：自图中可以看到sw 随表面活性剂浓度的变化是先升后降，这是因为开始吸附时，表面活性剂分子将亲水基链躺在表面上而将碳氢链朝外，结果表面形成一层憎水的碳氢链膜，故sw 上升。sw最大值的位置约相应于极限吸附量的一半处，即约在第一个单分子层饱和吸附时的浓度。浓度继续增加，分子取向相反的第二层开始形成，这时分子以亲水基朝外，因此，膜的亲水性又增强了，故sw 下降了。（第九讲：七、固-液界面吸附层的结构）（20）Zisman 等曾做过大量系统的有关低能表面润湿的工作。在光滑、 干净、无增塑剂的有机高聚物表面，他们测定了各种不同液体在同一高聚物表面上的接触角，如果用cos对液体的表面张力作图，对于同系列的液体可得一直线，如左图所示。而用不同类型的表面活性剂的水溶液对聚四氟乙烯的润湿性进行研究则得到右图中的结果，请解释产生这种差异的原因。（图中LV代表表面张力，左图：正构烷烃液体在聚四氟乙烯上的润湿性；右图：不同表活剂溶液在聚四氟乙烯上的润湿性，其中的1，2，3 和 4 分别代表琥珀酸二丁酯磺酸钠、琥珀酸二辛酯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠水溶液对聚四氟乙烯的润湿曲线）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆左图 ：说明光滑、干净、无增塑剂的有机高聚物表面表面接近理想表面。测定各种不同液体在同一高聚物表面上的接触角，如果用cos 对液体的表面张力作图，对于同系列的液体可得一直线，这是由于c 是反映低能固体表面润湿性能的一个极重要的经验常数，它只与该固体表面有关而与液体的性质无关。右图 ：对于极性有机物单分子层的c 的研究，进一步发现高分子固体或单分子层的c 主要决定于它们最外层的原子或基团的性质。这些不同物质的直线（在低表面张力区外延）均与cos = l 的水平线在一非常窄的范围内相交。与这些交点相应的表面张力与用同系物测出的这两个表面的临界表面张力非常吻合。表面活性剂水溶液对固体表面的润湿，其实质是在水面上定向的表面活性剂的碳氢部分对固体表面的润湿。这就是实验中的润湿曲线发生转折的浓度只与表面活性剂的性质有关，而与固体表面性质无关，而且约略接近于表面活性剂cmc 的原因。不同表面活性剂在润湿性能上的差别在于它们在水表面上的吸附层的碳氢部分排列的紧密程度。排列愈紧，水的表面张力愈小，其润湿性愈好。（21）氮气的某个吸附等温线数据如下，用此数据以一个线性化的BET等温线处理，确定总表面积。p/p0V/cm3p/p0V/cm30.025 0.05 0.10 0.175 0.25 0.036 0.062 0.094 0.129 0.158 0.30 0.375 0.45 0.55 0.65 0.178 0.208 0.249 0.307 0.405 * 氮气为 25、 101.325 kPa下的体积。y = 6.1917x + 0.553100.511.522.533.544.5500.10.20.30.40.50.60.7P/P0(P/P0)/(V*(1-P/P0)根据下面式子作出上图。)/1(/00PPVPP=CVm1+)(10PPCVCm1/Vm/C 0.5531 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 15 页学而不思则惘，思而不学则殆(C-1)/(Vm*C) 6.1917 C-1 11.19454 C 12.19454 Vm 0.148262 S=Vm*NA （阿伏伽德罗常数）*（氮的截面积）/V0（气体在标准状态下的摩尔体积）=0.148262*6.02*1023 *16.2*10-20 /22.4 *10( 单位的换算 ) =6454.97272cm2（22）下图为聚合物PVP/C17H33COONa 混合溶液的表面张力等温线，请解释其中的变化规律。PVP 为聚乙烯毗咯烷酮，具有如下结构。答案 1：由图可以看出，刚开始，当油酸钠的浓度较小时，表面张力基本没什么变化，当油酸钠的浓度增加到 10mg/L 左右时，表面张力迅速减小，然后随着油酸钠的浓度继续增大，表面张力又不再变化。这说明，只有当油酸钠的浓度处于一个合适的范围时，才能起到迅速减小表面张力的作用。原因，当油酸钠的浓度较小时，由于它们都属于油溶性分子，所谓极性相似相容原理，溶解能力大于在界面上的吸附能力，首先先在溶液中溶解，此时对减小界面张力的效果并不明显，随着浓度的增大，逐渐达到饱和溶解度，此时开始在界面上吸附，起到表面活性剂的作用，混合溶液的表面张力迅速减小，随后随着油酸钠的浓度继续增大，达到其临界胶束浓度，此时在界面上的量不再增加，因此表面张力不再变化。答案 2：C17H33COONa 是一种阴离子型表面活性剂，随着其浓度增加，表面张力大幅度降低。但由于PVP聚合物的浓度的增加将促使在油水界面上膜的形成，降低表面活性剂的界面活性，使界面张力升高。聚合物表面活性剂在表面相对表面吸附点的竞争吸附形成两组分共存的表面膜，聚合物分子在表面的吸附实际上在某种程度上压缩了表面相中表面活性剂的浓度。随C17H33COONa 浓度的增加，表面相中的聚合物分子逐渐被表面活性剂分子取代，表面相中表面活性剂浓度增加。当C17H33COONa 浓度超过 CMC后表面相中的聚合物分子完全被取代，表面膜主要由表面活性剂分子构成，表面张力急剧降低。当表面活性剂浓度超过其与聚合物相互作用的饱和点时，过量的表面活性剂分子仅形成正常的表面活性剂胶束。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 15 页