界面張力的原因及應用

1、界面張力介紹界面是指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū)，如其中一相為氣體，這種界面通常稱作為表面。在固體和液體相接觸的界面處，或在兩種不同液體相接觸的界面上，單位面積內(nèi)兩種物質(zhì)的分子，各自相對于本相內(nèi)部相同數(shù)量的分子過剩自由能之加和值，就稱為界面張力。界面張力，也叫液體的表面張力，就是液體與空氣間的界面張力。嚴格說表面應是液體和固體與其飽和蒸汽之間的界面，但習慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。液體與另一種不相混溶的液體接觸，其界面產(chǎn)生的力叫液相與液相間的界面張力。液體與固體表面接觸，其界面產(chǎn)生的力叫液相與固相間的界面張力。液體的表面張力，就是液體表面的自由能。固體表面與空氣的界面之間的界面張力，就是固體表面的自由能。固體表面不同的材質(zhì)，其表面自由能不同,金屬和一般無機物表面的能量在lOOmN/m以上，稱為高能表面；塑料等有機物表面的能量較低，稱為低能表面。與表面張力不同，處在界面層的分子，一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其作用力未必能相互抵消。因此界面張力通常要比表面張力小得多。表面張力是由液體分子間很大的內(nèi)聚力引起的。處于液體表面層中的分子比液體內(nèi)部稀疏，所以它們受到指向液體內(nèi)部的力的作用，使得液體表面層猶如張緊的橡皮膜，有收縮趨勢，從而使液體盡可能地縮小它的表面面積。我們知道，球形是一定體積下具有最小的表面積的幾何形體。因此，在表面張力的作用下，液滴總是力圖保持球形，這就是我們常見的樹葉上的水滴按近球形的原因。表面張力的方向與液面相切，并與液面的任何兩部分分界線垂直。表面張力僅僅與液體的性質(zhì)和溫度有關。一般情況下，溫度越高，表面張力就越小。另外雜質(zhì)也會明顯地改變液體的表面張力，比如潔凈的水有很大的表面張力，而沾有肥皂液的水的表面張力就比較小，也就是說，潔凈水表面具有更大的收縮趨勢。超低界面張力的定義當界面張力落在0.1mN.m-1-0.001mN.m-1范圍為低界面張力，高于上限為高界面張力，低于下限為超低界面張力。超低界面張力的應用領域超低界面張力最主要的應用領域是在增加原油采集率和形成微乳狀接夜，而提高原油采收率的化學方法之一是在注水時加入表面活性劑使油水界面張力降低，所加的表面活性劑應是源于豐富且價格低廉。為此，研究最多的是石油磺酸鹽。該表面活性劑溶液的組成是：水‘表面活性劑、鹽，加入油相后，便產(chǎn)生由油、水、表面活性劑、水性所造成的，(3)泡沫浮選是由于被浮礦物經(jīng)浮選劑處理，造成了表面疏水性而附著于氣泡上浮。

可見，了解礦物表面上一種液體(例如水或油)取代另一種流體(如空氣)的過程亦即潤濕過程的規(guī)律性、對浮選具有實際意義。許多學者用潤濕過程來說明浮選的原理，認為：(1)表層浮選基本上取決于礦物表面的空氣是否能被水所取代，如水不能取代礦物表面上的空氣，即礦物表面不易潤濕，則此礦物體就將飄浮在水面上，(2)全油浮選是由于被浮礦物表面的親油性和疏水性所造成的，(3)泡沫浮選是由于被浮礦物經(jīng)浮選劑處理，造成了表面疏水性而附著于氣泡上浮。

可見，了解礦物表面上一種液體(例如水或油)取代另一種流體(如空氣)的過程亦即潤濕過程的規(guī)律性、對浮選具有實際意義。吸附對浮選的意義概念：吸附：是液體（或氣體）中某種物質(zhì)在相界面上產(chǎn)生濃度增高或降低的現(xiàn)象。正吸附：當加入某種物質(zhì)后，使溶液表面能降低，表面層溶質(zhì)的濃度大于溶液內(nèi)部的濃度，濃度增高現(xiàn)象。這種物質(zhì)稱為表面活性劑。

負吸附：當加入某種物質(zhì)后，使溶液表面能增高，表面層溶質(zhì)的濃度小于溶液內(nèi)部的濃度，濃度降低現(xiàn)象。這種物質(zhì)稱為非表面活性劑。

吸附量：一定溫度下，當吸附達到平衡時，單位面積上所吸附的吸附質(zhì)的摩爾數(shù)，常用“?！北硎?。

2.意義：

吸附是浮過程中，相間相互作用的一種主要形式，此外還有吸收，粘附和多相化學反應。研究浮選過程中的吸附現(xiàn)象，對探索浮選理論和指導浮選實踐均有重要意義。

二、吸附類型：

吸附分為物理吸附和化學吸附。兩者區(qū)別：吸附基面上的化學質(zhì)點與吸附質(zhì)之間是否發(fā)生化學鍵的結(jié)合。凡由化學鍵力引起的吸附稱為化學吸附；凡由分子鍵力引起的吸附稱為物理吸附。

物理吸附：分子吸附，雙電層擴散層吸附，半膠半吸附。化學吸附：離子吸附，雙電層內(nèi)層吸附和特性吸附。1.分子吸附:溶液中被溶解的溶質(zhì),

以分子形式吸附到固---液，氣---液等相界面上，稱為分子吸附。吸附的結(jié)果不改變礦物表面電性。2.離子吸附：溶質(zhì)離子在礦物表面吸附，稱為離子吸附。

（1）定位吸附：定位離子在定位層發(fā)生的吸附，具有強的選擇性和無取代性，結(jié)果改變電性。（2）交換吸附：一種離子交換礦物表面的另一種離子而吸附在礦物表面上。定位吸附和交換吸附經(jīng)常同時發(fā)生，常在礦物表面生成不溶性鹽類，可以改變礦物表面的電性（包括數(shù)量和符號）。

3.雙電層的吸附：

（1）雙電層內(nèi)層吸附----定位吸附

（2）雙電層外層吸附：

緊密層吸附：靜電力、范德華力和化學鍵力。擴散層吸附：靜電力。4.半膠束吸附：長烴鏈非極性端在范德華力的作用下，發(fā)生締合作用，形成類似膠體的結(jié)構(gòu)。5.特性吸附：雙電層吸附中除靜電吸附以外的吸附。對溶液中某種組分有特殊的親合力。

三、氣---液界面的吸附現(xiàn)象

起泡劑是一種表面活性物質(zhì)，在氣---液界面上呈單分子層定向吸附分子中非極性基透過界面穿過氣相，而極性基留在液體中。

非極性基以范德華力相互作用，極性基互相排斥，又與水偶極子相互吸引。

3、去污作用機理非離子型去污劑的作用原理是什么這類去污劑具有兩親結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)，疏水基原料是具有活潑氫原子的疏水化合物，如高碳醇，脂肪酸，高碳脂肪胺，脂肪酰胺等物質(zhì)。疏水基原料有環(huán)氧乙烷，聚乙二醇等。其機理是作用在界面上的表面活性劑分子，降低了界面自由能，改變了污垢與基質(zhì)的界面性質(zhì)，通過吸引電荷相斥或吸附層的鋪展壓，使污垢從基質(zhì)上移去，在經(jīng)卷離，乳化，分散，增溶等作用，籍機械力，流體力學等因素，隨溶液除去（2）什么是皂化作用？肥皂去污的原理是什么？肥皂也洗衣粉的原理是一樣的么？E是起什么作用？是提高效率還是本身也是去污的呢？肥皂去污的原理是什么？肥皂的制法就不講了，肥皂是硬脂酸鈉（十八酸鈉）或十八烯酸鈉、或油酸鈉，這些高級脂肪酸鈉的分子，可以分成兩部分，一部分是羧基鈉鹽-COO（-）Na(+),羧基陰離子是易溶于水的基團叫親水基，它使得肥皂具有水溶性；另一部分是較長的烴基部分，不溶于水而溶于非極性溶劑叫憎水基。肥皂分子在水中時，它們的烴基部分彼此靠范德華力結(jié)合在一起，形成球狀而將-COO（-）Na(+)部分，暴露在球面上。這樣肥皂溶于水時，就形成了許多外面被親水基包著的小球而分散在水中。當肥皂擦在沾油的水中衣上時憎水基愛好油，變插入沾油的衣中，親水基憎油變插入水分子中，兩手擦洗，油被分散成細小的顆粒，肥皂分子中的烴基溶于油粒中，而羧基部分則留在油粒外面，這樣，每一個細小的油粒外面都被許多親水基包圍著懸浮于水中，成為乳濁液，這種現(xiàn)象叫乳化。就好像幾十把鋼扦，插入很大的石頭中，大家齊用力，就把石頭抬出來了一樣。用水一沖就潔凈了。這是現(xiàn)代洗滌劑的一個共同去污原理，再加發(fā)泡劑、膠溶劑、香料、潤濕劑等等，就組成了洗滌劑?，F(xiàn)代日本的洗滌劑是叫五顏六色的肥皂片做成的，椐研究說碳鏈的長度對去污能力有很大的關糸，太長，溶解性變小，太短去污能力差，現(xiàn)在科學家們正在探索這個長度和什么樣的親水基和什么樣的憎水基最好，希望在明天！

4、膠體粒子的制備方法收集膠體金溶液的制備有許多種方法，其中最常用的是化學還原法，基本的原理是向一定濃度的金溶液內(nèi)加入一定量的還原劑使金離子變成金原子。目前常用的還原劑有：白磷、乙醇、過氧化氫、硼氫化鈉、抗壞血酸、枸櫞酸鈉、鞣酸等，下面分別介紹制備不同大小顆粒的膠體金溶液。

一、制備膠體金的準備（一）玻璃器皿的清潔制備膠體金的成功與失敗除試劑因素以外玻璃器皿清潔是非常關鍵的一步。如果玻璃器皿內(nèi)不干凈或者有灰塵落入就會干擾膠體金顆粒的生成，形成的顆粒大小不一，顏色微紅、無色或混濁不透明。我們的經(jīng)驗是制備膠體金的所有玻璃器皿先用自來水把玻璃器皿上的灰塵流水沖洗干凈，加入清潔液（重鉻酸鉀1000g,加入濃硫酸2500ml，加蒸餾水至10000ml）浸泡24h，自來水洗凈清潔液，然后每個玻璃器皿用洗潔劑洗3～4次，自來水沖洗掉洗潔劑，用蒸餾水洗3～4次，再用雙蒸水把每個器皿洗3～4次，烤箱干燥后備用。通過此方法的處理玻璃器皿不需要硅化處理，而直接制備膠體金。也可用已經(jīng)制備的膠體金溶液，用同等大不顆粒的金溶液去包被所用的玻璃器皿的表面，然后棄去，再用雙蒸水洗凈，即可使用，這樣效果更好，因為減少了金顆粒的吸附作用。（二）試劑的配制要求（1）所有配制試劑的容器均按以上要求酸處理洗凈，配制試劑用雙蒸餾水或三蒸餾水。（2）氯化金（HauCl4水溶液的配制：將lg的氯化金一次溶解于雙蒸水中配成1%的水溶液。放在4”c冰箱內(nèi)保存長達幾個月至1年左右，仍保持穩(wěn)定。（3）白磷或黃磷乙醚溶液的配制：白磷在空氣中易燃燒，要格外小心操作。把白磷在雙蒸水中切成小塊，放在濾紙上吸于水份后，迅速放入已準備好的乙醚中去，輕輕搖動，等完全溶解后即得飽和溶液。儲藏于棕色密閉瓶內(nèi)，放在陰涼處保存。

二、制備膠體金的方法和步驟（一）白磷還原法1．白磷還原法（zSigmondy1905年）（1）取1%的HAuCl4水溶液1ml，加雙蒸水99ml配成0.01%的HAuCl4水溶液。（2）用0.2mol/lK2CO3調(diào)pH至7.2。（3）加熱煮沸騰，迅速加入0.5ml20%白磷的飽和乙醚溶液，振蕩數(shù)分鐘至溶液呈現(xiàn)橙紅色時即成。膠體金的顆粒直徑為3nm左右，大小較均勻。2．白磷還原法（zSigmondy1905及zSigmondyThiessen1925）（1）取0.6%的HAuCl4水溶液2.5ml,加雙蒸水120ml。（2）用0.2mol/lK2CO3,調(diào)pH至中性。（3）加入1/5飽和度的白磷乙醚溶液1ml（1份白磷4份乙醚），在室溫振蕩約15min，溶液呈紅褐色，再加熱至典型的葡萄酒紅色，加熱可使乙醚蒸發(fā)，膠體金液體內(nèi)過量的白磷通入空氣后被氧化，此方法獲得膠體金顆粒的直徑在5～12nm之間。3．白磷還原法的改良法（Henegouwen1986）（1）取20%飽和度白磷乙醚溶液0.5ml,加雙蒸水60ml。（2）用1%的HAuCl4水溶液0.75ml,加0.1mol/lK2CO30.6ml,振蕩變成棕紅色。（3）加熱煮沸，至溶液變成透明紅色。使用上述方法增加還原次數(shù)使金顆粒直徑不斷增大，二者之間的關系見表5-1。表5-1膠體金顆粒大小與還原次數(shù)之間的關系還原次數(shù)顆粒直徑（nm）正負誤差15.60.926.70.937.90.949.81.35121.0此方法主要優(yōu)點是簡化了制備不同大小的顆粒膠體金的手續(xù)和其它試劑的配制,經(jīng)濟、操作簡單。另外，在多次還原過程中氯化金不再形成新的金顆粒，只是在原先金粒子基礎上使它的直徑變大。第一次金顆粒起著“晶核”的作用。由于這一特點，制備的金顆粒相對均勻一致。（二）抗體血酸還原法（StathisandFabrikanos1958）（1）將在4℃預冷的1%HAuCl4水溶液1ml,0.2mol/lK2CO31.5ml、雙蒸水25ml混勻。（2）在攪拌下加入1ml0.7%抗壞血酸水溶液，立即呈現(xiàn)紫紅色。（3）加雙蒸水至100ml，加熱至溶液變?yōu)橥该骷t色為止。膠體金顆粒直徑為8～13nm。（三）檸檬酸三鈉還原法（Frens1973）此方法是由Frens在1973年創(chuàng)立的，制備程序很簡單，膠體金的顆粒大小較一致，廣為采用。該法一般先將0.01%的HAuCl4溶液加熱至沸騰，迅速加入一定量1%檸檬酸三鈉水溶液，開始有些藍色，然后淺藍、藍色，再加熱出現(xiàn)紅色，煮沸7～10min出現(xiàn)透明的橙紅色。各種顆粒的膠體金制備詳見表5-2。表5-2檸檬酸三鈉用量與膠體金顆粒直徑的關系0.01%的HAuCl4（ml）1%檸檬酸三鈉(ml)直徑（ml）1005.010.01004.015.01001.525.01001.050.01000.7560.01000.6070.01000.4298.01000.32147.01000.25160按照Frens法還可以制備出其它不同顆粒大小的膠體金出來。許多研究證明用該法制備膠體金時金顆粒的大小是檸檬酸三鈉用量的函數(shù)，基本的規(guī)律是檸檬酸三鈉用量多，膠體金顆粒直徑小，檸檬酸三鈉用量越少，腔體金顆粒直徑越大。（四）鞣酸—檸檬酸三鈉還原法（Slot與Gueeze1985年）該法是以1982年Muhlpfordt法為基礎，1985年Slot與Geuze對該法進行了改良，特點是通過改變鞣酸的用量制備出多種顆粒直徑的膠體金，而且顆粒的直徑均勻一致，很適合于雙標及多標研究。制備3nm、5nm、10nm、15nm的膠體金顆粒見表5-3。表5-3鞣酸—檸檬酸三鈉還原法A液B液直徑（nm）1%檸檬酸鈉（ml）0.1mol/LK2CO3ml1%鞣酸（ml）H2O（ml）1%HAuCl4（ml）H2O（ml）3.340.2411.8179540.20.715.11791040.0250.115.8751791540.00250.0115.987179操作步驟：（1）根據(jù)所需要的膠體金顆粒分別配制A液和B液。（2）將配制好的A、B兩液在水浴內(nèi)加熱到60℃，并通過控溫裝置使溫度保持穩(wěn)定。（3）在電磁攪拌器上攪拌A液迅速加入B液，繼續(xù)加熱直至膠體金變成葡萄酒色，時間大約7～10min。在A、B兩液混合后可見溶液立即變成藍色，大約1～3min就變成紅色。用鞣酸—檸檬酸三鈉還原法，檸檬酸三鈉主要為還原劑，而鞣酸則有雙重作用，一是還原作用，二是保護作用，控制“晶核”的形成過程，也就是說鞣酸的用量多少決定膠體金顆粒的大小形成，因此改變鞣酸的用量就可以改變膠體金的顆粒大小，達到制備不同直徑顆粒的膠體金之目的。（五）乙醇超聲波還原法（BaigentandMuller1980）（1）1%HAuCl4水溶濃0.2ml加入100ml雙蒸水。（2）用0.2molK2CO3調(diào)pH至中性，再加入1ml乙醇。（3）用20KC、125w超聲波探頭浸入溶液內(nèi)進行超聲振蕩，由此法制得的膠體金顆粒為6～10nm。（六）硼氫化鈉還原法（Tschoppetal1982）（1）將預冷在4℃的40ml雙蒸水中加入0.6ml1%的HAuCl4。（2）再加入0.2molK2CO3，0.2ml。（3）在攪拌下，迅速加入新鮮配制的硼氫化鈉水溶液（0.5mg/ml）0.4ml,一般重復加入3～5次，直至溶液的蘭紫色變?yōu)槌燃t色為至。然后再攪拌5min，獲得的金顆粒直徑在2～5nm之間。（七）放射性膠體金的制備方法（KentandAllen1981）（1）取0.01%HAuCl4上水溶液100ml，加熱至沸騰。（2）加入40μl195Au。（3）迅速加入4ml1%檸檬酸三鈉水溶液，5～7min出現(xiàn)透明的橙紅色。（4）其含量為I×106脈沖數(shù)/min。（八）微波制備液體金方法。前言：一種膠體銀納米粒子的制備方法，首先，將PVP水溶液與硝酸銀溶液按PVP與硝酸銀中銀離子的質(zhì)量比為1～15∶1進行混合；然后，在獲得的混合溶液中加丙酮，加入的丙酮與硝酸銀中銀離子的質(zhì)量之比為5～10∶1；最后在輻射波長為253.7-300nm，為14～2000W紫外燈照射下以0.5～60mL/min的流速流經(jīng)石英蛇形管即可。本發(fā)明將PVP，丙酮和硝酸銀水溶液注入石英蛇形螺旋管中，并在螺旋管中插入紫外燈進行紫外照射，通過簡單的混合及紫外照射即可獲得粒徑分布均勻的銀納米粒子的膠體溶液，且在整個制備過程中無有毒物質(zhì)或環(huán)境污染物。產(chǎn)生，制備的粒子尺寸容易控制，并且可以實現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。膠體的制備方法：

面筋情況：

當您在一點點水融化的糖或鹽的含量，我