表面张力（精选十篇）
表面张力 篇1
现在的实验过程要求学生用多个容量瓶配置8个不同浓度的正丁醇水溶液(浓度分别为0.02、0.04、0.08、0.12、0.16、0.20、0.24、0.28mol/L),而后分别测定纯水与正丁醇水溶液的最大气泡压力。查表可知,水在25℃时的表面张力为0.07197N·m-1,则可利用拉普拉斯方程Δp=2σ/r计算正丁醇水溶液的表面张力。实验过程中按溶液浓度由低到高进行测量,每测完较低浓度溶液的最大气泡压力后均需用较高浓度溶液润洗样品池以减小连续测量过程中前次测量对后次测量溶液浓度的影响。实验过程中需多次重复润洗操作,较为繁琐[1]。
基于待测溶液浓度极稀的特点,本文提出了基于等体积滴定方法对上述教学实验的改进。
1 实验方法、结果和讨论
由于实验过程中待测溶液浓度极稀,因而可以采用在样品池中不断加入较大浓度的正丁醇母液的方法实现正丁醇浓度的连续改变,同时在每次加液混匀后均取出与加液量相同体积的溶液,保持溶液体积不变,仍保持样品池内溶液液面与毛细管下端面相切,连续测量不同浓度溶液的最大气泡压力,可称之为等体积滴定方法。
具体做法是,首先用吸量管移取体积为V0的去离子水加入样品池,使表面张力仪毛细管下端面与待测液面相切,测量其最大气泡压力数值,而后移入体积为V1、浓度为C’的正丁醇母液,混匀后溶液浓度C1=C’V1/(V0+V1),移出V1体积的溶液,保持样品池中溶液体积不变,仍与毛细管下端面相切,测量其最大气泡压力数值,依次类推C2=(C1V0+C’V2)/(V0+V2),C3=(C2V0+C’V3)/(V0+V3)……。利用改进后的实验方法不仅省去了实验过程中需重复进行多次的润洗操作,简化了实验过程,而且数据采集密度可以根据需要设置,相对原先分别配置多个浓度正丁醇溶液的实验方法更加准确灵活。教师预做实验数据见表1。查表得25℃时水的表面张力σ0=0.07197N/m[1],可计算不同浓度正丁醇水溶液的表面张力σ。由σ对正丁醇浓度C作图见图1。
由吉布斯吸附等温式可计算不同浓度正丁醇水溶液的表面吸附量Γ,根据兰格缪等温式,以c/Γ对c作图(见图2)得一直线,由图2可见直线线性良好,由直线斜率可计算饱和吸附量Γ∞,则正丁醇分子横截面面积可由公式(NA为阿佛加德罗常数)计算[1,2]。
2 结论
通过使用等体积滴定方法使测量正丁醇水溶液表面张力实验过程得以简化,具体表现为在实验过程中连续改变正丁醇浓度,无需单独配置多个不同浓度的正丁醇水溶液,以上实验改进可减轻学生在教学实验过程中的工作量,同时加深学生对表面张力仪工作方式、等体积滴定实验方法的理解,在安徽建筑工业学院05-08级化学与材料相关专业的基础化学实验教学中取得了较好的教学效果。
摘要：通过使用等体积滴定方法使测量正丁醇水溶液表面张力实验过程得以简化,具体表现为在实验过程中连续改变正丁醇浓度,无需单独配置多个不同浓度的正丁醇水溶液,以上实验改进可减轻学生在教学实验过程中的工作量,同时加深学生对表面张力仪工作方式、等体积滴定实验方法的理解。
关键词：最大起泡法,表面张力,实验改进
参考文献
[1]刘瑾,等,编.基础化学实验.安徽科学技术出版社,合肥,2006:223-225.
水的表面张力作文 篇2
我看着试验箱里琳琅满目的实验器材和实验表，考虑做个什么实验好呢，突然看见以前做过的一个液体的表面张力实验，今天我就想再做一个原理相同而过程不同的实验。
首先我开始准备实验材料，在家里摸了一圈，找到一个没用的塑料水瓶，刚好可以废物利用呀!我再从校服上摘下队徽。用它的别针在瓶子底部戳了五个小洞，这五个小洞间距不超过五毫米，基本分布在一个圆上。然后去水龙头下接水，瓶子里的水从五个小洞流了下来，一共五条笔直的水柱，这时我就要请表面张力来帮忙了，我用手指头往五个小洞轻轻一抹，五条水柱竟然合并成了一条粗水柱，再一抹，水柱竟然又分成了五条。你猜为什么会这样?让我来告诉你，水是液体，具有表面张力，而且因为五个小孔并不是靠的特别近，所以是五条水柱因为重力原因单独往下流，可是我用手指使五条水柱合流，然后水靠张力持续吸在了一起。当我再一抹，手又使被张力吸和的水柱分离。
神奇的液体表面张力 篇3
表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力，简而言之是使液体表面收缩的力.因外部气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不为零，其合力方向垂直指向液体内部，结果使液体表面有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。这一微小力量的大小，可以通过实验借助函数关系式来表示。
我们用个简单易行的实验方法来测液体表面张力大小——毛细管上升法，我们将一支毛细管插入液体中，液体将沿毛细管上升，升到一定高度后，液体处于平衡状态。此时，液面对液体所施加的向上的拉力等于液体向下的力.以γ表示表面张力，ρ为液体密度，h为毛细管中液面上升的高度，γ为毛细管半径，g为重力加速度，θ为液体与管壁的接触角，实验数据如下表：
值得一提的是在实验过程中要注意接触角θ的大小；若θ<90°，则固体表面是亲水性的，液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，液体不容易润湿固体，容易在表面上移动，至于液体是否能进入毛细管，与具体液体有关，并非所有液体在较大夹角下完全不进入毛细管。
除此之外，还有许多测液体表面张力的方法，比如滴体积法.当水由毛细滴管滴出时，液滴重力（mg）与液滴表面张力（γ）、滴管口半径（γ）有关.曾有学者Tate提出简单关系式mg=2πr·γ，因与实际情况不符而被否定.后来Harkins进行改进引入校正因子（f）和液滴体积（v），得到公式：
在实际生活中，液体表面张力也有广泛的应用，比如电润湿技术，不沾锅、汽车外壳、建筑外墙的自洁功效等.美国科学家最新研究出一种微型照相机，它的制造原理很简单，这种图像捕捉技术是基于水滴、声音和水的表面张力。该照相机更加智能化，而且重量更轻，可应用于手机、汽车、自动化机器人上。
最后，我们再以一个有趣的实验“细网托水”结束话题.先将一小张细网蒙在一只广口透明塑料瓶口，再倒入任意量的水，接着用一块玻璃片盖住瓶口，将瓶口朝下。这时，把玻璃片轻轻移开，只要瓶子竖直向下，一滴水也不会流出来！细网能托起瓶中的水，是因为大气压强作用于细网上，产生了向上的托力；小孔不会漏出水来，是因为水有表面张力，水在网的表面形成水的薄膜，使水不会漏出来。
表面张力 篇4
液体的表面张力, 是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。 通常, 由于环境不同,处于界面的分子与处于液体内部的分子所受力是不同的。 在液体内部的分子受到周围液体分子的作用力的合力为零, 但在液体表面的分子却不如此。 因上层空间气体分子对它的吸引力弱于内部液体分子对它的吸引力, 该分子所受合力不等于零,其合力方向垂直指向液体内部,结果导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为表面张力。 如图1所示是一张在特殊条件下拍摄得到的显示液体表面张力的图片。
1.演示实验在物理教学中的作用
在物理教学中运用演示实验, 能起到创造环境、 激发兴趣、加深理解、加强记忆、培养能力和良好科学态度、科学作风等作用,有助于提高教学质量。
1.1创造良好的物理环境 ,激发学生学习兴趣 。
“兴趣是最好的老师 ”,在物理教学中 ,学生一旦对物理产生了兴趣,就会积极主动地学习,就能达到事半功倍的教学效果。 许多科学家取得伟大成就的原因之一,就是对物理有浓厚兴趣和强烈的求知欲望。
在做液体表面张力的实验前, 教师可以先向学生提问: “我们的硬币能不能浮在水上 ? ”根据学生的前概念 ,硬币的密度比水的要大,肯定不会浮在水上,然后老师可以打一盆水, 拿出一枚一角硬币,提醒学生仔细观察,慢慢将硬币放在水面上,如图2所示:
实验结果是硬币能浮在水面上,出乎学生意料,实验现象与学生头脑中原有认知发生冲突, 学生会产生进一步探索的欲望,会积极主动地学习新知识。
1.2培 养学生观察 、分析和实践能力 。
在物理教学过程中培养学生观察能力是一项重要任务, 观察是获得感性认识的途径,是进行思维加工的素材,善于观察才能善于发现、善于探索,具有敏锐、准确、全面、深刻的观察能力是学生日后从事教学改革和科学研究不可缺少的素养[2]。 以下面的实验为例进行说明 :
(1)在空的杯子下方用铁钉钻3个小孔 ( 孔与孔之间的距离大概在5毫米左右);
(2)将杯内注满水,水是分为3股从3个孔中流出来的(图4);
(3)用大拇指和食指将这些水流捻合在一起 (图5);
(4)手拿开后 ,3股水就会合成一股 (图6);
(5)如果我们用手再擦一下罐上的小孔 ,水就又会重新变成3股。
此实验用材简单,实验效果显著,学生易于观察,能一目了然地看出是水的张力使水流分合,能提高学生观察、分析的能力。
1.3加深对物理知识的理解 。
教师在课堂教学中运用演示实验, 能使学生建立生动直观的物理图像,从而形成深刻的感性认识,有利于加深学生对物理现象、物理概念、物理规律的理解。 以一个锅巴肥皂实验和手推牙签实验为例说明。
(1)把牙签小心地放在水面上 (图7);
(2)把锅巴放入水盆中离牙签较远的地方 ( 图8), 牙签会向锅巴方向移动(图9);
(3)换一盆水 , 把牙签小心地放在水面上 , 现在把肥皂放入水盆中离牙签较近的地方。 牙签会远离肥皂(图10、图11、图12)。
当锅巴被放入水盆的中心时,锅巴会吸收一些水分,所以会有很小的水流往锅巴方向流, 而牙签也跟着水流移动。 但是,当我们把肥皂投入水盆中时,水盆边的表面张力比较强, 所以会把牙签向外拉。 学生在动手过程中对已经学过的物理理论知识慢慢领悟,逐渐巩固学过的知识。
用自己的手指不接触牙签,慢慢靠近牙签,牙签也会随着手的移动而移动,如下图13、图14、图15:
这是由于水的表面张力所致的,手推动水,由于水的张力推着牙签向前运动。 这些实验学生平时在生活中可能有所接触,但是没有太过留心,如果在课堂上教师展现出来,就能使学生倍感亲切,对于教师论述的理论知识会非常感兴趣,能够更好地加深对所学物理知识的理解。
2.关于改进演示实验的几点思考
2.1改变演示实验原有的形式 。
有些教师认为演示实验就是看别人做实验, 其实这种观点是非常不全面的, 学生在观看实验的过程中有可能不会投入过多思考,这样就达不到预期的效果。 演示实验形式不仅是 “教师演 ,学生看 ”,还可以是 “教师导 ,学生演 ”。 在教学中可以大胆放手让学生在讲台上做演示实验, 这样对学生的发展是大有裨益的,如硬币放在水面的实验,大可以让学生上讲台演示,加深学生的感性认识。
2.2运用多媒体手段 ,强 化实验效果 。
一般的演示实验, 可以在教室内或者实验室内在很短时间有效完成, 但是有些实验在实验室内很难在较短时间内完成,如共振使玻璃杯震碎的实验,这个实验要经过多次调试,需要很长时间。我们可以通过多媒体放映已经调试好的实验的拍摄视频,让学生明白声音的频率与杯子的固有频率达到一致时能发生共振现象。 利用多媒体等手段增强效果。 在做演示实验时,有些实验现象学生看不清,在不同程度上阻碍学生发展。教师要想方设法增大演示实验的可见度。 投影放大、自制可见度大的仪器进行演示等都是常用的方法。
2.3加强学生配合 ,培养学生创新能力 。
演示实验时要注意不仅现象清楚,而且面向全体学生。 充分调动每一个学生学习的积极性,使实验结论合情合理地被推导出来,让学生真正成为课堂的主体。 教师要想方设法增大演示实验的可见度。 在实验操作上让学生积极参与,如让学生上前读数或动一动手,让学生充分了解实验内容。 演示实验在教师指导下让学生参与,加深理解和掌握物理概念和规律[2]。
摘要：探究水的表面张力在高中物理教材中有所涉及,本文就水的表面张力的一些实验论述物理演示实验在物理教学中的作用,谈谈对更新演示实验的几点思考。
表面张力 篇5
大班科学：水的表面张力
【活动目标】
1、情感目标：培养幼儿关注与水的表面张力有关的科学现象，萌发幼儿好奇、好问、反思的积极情感和态度。
2、认知目标：幼儿通过观察了解及动手实验，探索发现水的表面张力。
3、能力目标：培养幼儿良好的操作习惯，发展幼儿的观察能力和思维能力。
【活动准备】
1、环境布置：教室四周放四个大塑料盆，供幼儿做回形针的实验。四张桌子，分别放不同的实验材料。电视，影碟机。
2、材料准备：纸船、爽身粉、洗手液、硬币、回形针、托盘、水（供幼儿做水的表面张力的实验）。
3、资源准备：制作课件（往一次性塑料杯里加硬币和在水面上托硬币的实验，五幅有关水的表面张力的图片）。
【活动过程】
一、玩一玩，说一说。幼儿玩回形针的实验，探索发现水的表面张力。
1、出示回形针，交待实验要求。
如果把回形针放在水里会怎样？如果把回形针托在皱纹纸上放在水里又会怎样？
2、师幼共同玩回形针放在水里的实验。
小结：直接放在水里回形针会沉下去，托在卫生纸上放在水里，纸沉下去，回形针浮在水面上。水很神奇，它的表面能承受轻微的压力，这就是表面张力。
二、看一看，想一想。看课件：往乘满水的杯子里加硬币，水面会慢慢的高而水不会流出来，因为水的表面张力就象人的皮肤一样，让水不会流出来。帮助幼儿理解水的表面张力。
三、试一试，找一找。幼儿通过实验继续感知水的表面张力。
1、介绍四组实验材料：第一组有纸船、吸管、眼药水的空瓶、沐浴露，你们可以大胆的尝试，让纸船在水里动起来。第二组有爽身粉，洒些爽身粉在托盘里，用眼药水的空瓶吸一点洗发水，滴在爽身粉上，观察爽身粉的变化。第三组有回形针、缝衣服的针、纸，你们想办法让它们浮在水面上。第四组有塑料杯、硬币、水，你们可以加硬币在杯子里，观察水面的变化，也可以试试把硬币放在水面上。你们可以自由选择一组去做实验。
2、教师巡回指导并参与游戏，着重指导爽身粉的那一组。
3、幼儿互相交流谈论做实验的情况。
四、看课件：欣赏有关水的表面张力的图片，巩固对表面张力的理解。
我们的身边有许多有关水的表面张力的现象，平只要你仔细观察，多想想，多问问，你就会发现许多的奥秘。
【反思与分析】
这是一个很有趣、选材新颖的活动，它通过几个有趣的实验，使幼儿直观地了解发现了“水的表面张力”这一科学奥秘。幼儿在实验中，是专心的、自主地、兴奋的。当初在选材是我还在担心：幼儿能否理解？这几个实验会不会难了？经过反复的试教，实验用的材料改了很多次，最终有了现在这篇活动案例。我有以下几点心得体会：
1、巧用收集的废旧物品。在实验中，幼儿当滴管用的就是我收集的各种空的眼药水瓶，既安全又好用；装爽身粉的小瓶子，是我收集的小药瓶，在瓶盖上扎几个小洞，幼儿用起来得心应手。
2、准备工作一定要充分。我拍了几组水的实验录像，又制成光盘，并专门录音，对幼儿非常有吸引力；我在电脑上找了几幅有关水的表面张力的图片，配上解说，更是锦上添花。还有相关实验材料，很多的准备工作，虽然很琐碎，但最终使用的效果很好。
3、教师的指导用语要精炼，让幼儿多做、多说。
4、开展小组活动，以十几人为宜。
水的表面张力的趣味游戏（上） 篇6
回家后，爸爸和小明准备了：碗，茶杯，塑料矿泉水瓶，1分和2分硬币，大头针，吹塑纸或挂历纸，直径1毫米的铁丝，棉线，洗洁剂等。实验开始了。
实验一：水上硬币
盛大半碗水，把清洁又干燥的硬币轻轻平放在水面上。真奇怪，金属铝制的硬币竟会浮在水面上，这是因为水面的收缩绷紧的表面张力托住了硬币（图1）。
实验二：水中捞月
按照图2用铁丝做一个直径16毫米的空心吊环，用吹塑纸剪个直 径10毫米的新月。然后，把新月轻放在水面上，用吊环去捞，呀！成功了，月亮真的被捞了起来。仔细一看，吊环中有一层水膜连着月亮。原来是水表面张力形成的水膜把月亮托了上来。
实验三：满而不溢
杯子盛满清水，杯口擦干，把大头针一个个竖直放入水中。放了许多大头针时，水面在杯口上鼓了起来，但一滴也不溢出来（图3）。这又是水的表面张力——收缩绷紧的力把水面“裹”住了。
表面张力 篇7
研究人员使用的是一种镓和铟的合金液体金属。一般来说, 裸合金具有非常高的表面张力, 大约能达到0.5 N/m, 使得金属可以向上成球状挺立。但新研究向镓铟合金施加一个非常小 (<1 V电压) 的正电荷, 在金属表面生成一种氧化层, 神奇地将表面张力从0.5 N/m降到大约0.002 N/m。“这一变化使得液体金属在地心引力的作用下, 能平摊开如一张薄煎饼。”北卡罗来纳州化学和分子生物工程学副教授、迈克尔·迪奇博士说, 他作为主要执笔人撰写了论文, 描述了这一技术成果。
新研究还证实, 表面张力的变化具有可逆性。如果电荷从正变为负, 氧化层就会被消除, 再度恢复成较高的表面张力。通过几个小步骤, 就能在两个极端之间调整表面张力。
迪奇说:“我们可以使用这种技术来控制液态金属的运动, 从而能够改变天线的形状、完成或中断电路, 它也可以用于微流体芯片、微机电系统, 以及光子和光学器件。许多材料会在表面形成氧化物, 所以这项工作的应用前景, 大大超越了在这里研究的某种液态金属。”
迪奇所在的实验室此前展示过一种3D打印液体金属的技术, 可以使用在空气中形成的氧化层帮助液体金属保持某种形状, 这与氧化层作用于合金的一般规律完全相反。
表面张力 篇8
液体表面张力是微观毛细管内推动液态介质浸润固态介质的动力来源,决定了液态介质在固态介质所形成的微观毛细孔系中的流动能力和特性,因此,一直以来受到国内外流体动力学和复合材料液态成形领域研究学者的广泛关注。毛细管法作为测量液体表面张力最古老也是最简单的方法一直备受国内外学者广泛关注[1,2],其研究内容主要集中在对于表面张力测量误差的讨论及如何提高测量精度。李键[3]首先认识了管径与表面张力的测量误差存在某些关联;阮萍[4]、李传文[5]选用“完全润湿体系”(即玻璃管-水,认为θ=0)进行实验,认为毛细上升法由于摩擦损耗使液面无法上升到“预期高度”,导致表面张力的测量误差过大;而下降法通过引入外力做功,补偿了摩擦损耗而使液面上升到“预期高度”,可用于表面张力的测量。黄仁忠[6]采用同样的固液体系,否定了李传文的观点,认为润湿性是导致差异的根源:下降法使管壁完全润湿、上升法不能使管壁完全润湿(θ≠0);而安郁宽[7,8]却对上述问题不加讨论的情况下实现了对“完全润湿体系”的表面张力的准确测量。然而上述文献[3-8]对“预期高度”和“完全润湿体系”却没有明确的定义和充分的证据,因此,探讨和研究上升法/下降法的区别、能量损耗和表面张力测量精度等问题还缺乏必要的理论根据。
本文通过数值方法得出毛细管内接触角的实际值,揭示了接触角的特性,据此否定了玻璃管-水体系为“完全润湿体系”的观点和“未达到预期高度”的说法。本文还进一步研究了上升法/下降法的本质、毛细管法的测量精度等问题。
1 基本原理
1.1 液体表面张力求解基本方程
采用Jurin准则(公式1)[3,4,5,6,7]:
式中:σ——液体表面张力;
θ——固-液静态接触角;
r——玻璃管内孔半径;
ρ——液体密度;
g——重力加速度;
h——液柱高度(弯月面最低点到参考平面的
距离)。
1.2 弯月面方程——Bashforth-Adams方程[9]:
式中,在最右端处(见图1)的值可转化为固-液接触角的真实解。
2 实验材料及数据
2.1 实验材料
(1)固体介质:内孔半径为0.15mm、0.5mm和1.4mm的玻璃毛细管;(2)流体介质:酒精、蒸馏水、芝麻油;(3)密度/表面张力测量仪:型号MDY-1;(4)直尺。
2.2 实验数据
实验均在室温(14℃)下进行,实验测得:
液柱高度如表1所示。文中↑、↓分别表示“上升法”和“下降法”。
3 实验数据分析
3.1 实验数据
按文献[3-7]假设固-液接触角为0,将相关实验数据代入公式1,可求得液体表面张力σ的测量值和相对误差,如表2所示。
分析:实验现象符合文献[3-7],表现为:(1)上升法误差明显大于下降法所得误差;(2)上升法明显没有达到“预期高度”,从而使误差增大;(3)测量误差与管径相关。
3.2 弯月面理论液型和接触角的真实解
Bashforth-Adams方程[9](式2)为公认的重力场中弯月面外形的精确模型。坐标原点建立在弯月面最低点。
利用Matlab,将液柱高度h和半径r代入公式2。可求得理论液形的数值点集{xi,yi,yi′},曲线上边缘的一阶导数yi′可转化为固-液接触角的数值解。液形及接触角的真实值如图1所示。
分析:从图1可以看出:(1)接触角均不为0,即文中所述玻璃毛细管-液体为不完全润湿体系;(2)接触角与毛细实验方法、液体种类和管径相关;(3)相比上升法,下降法能一定程度地提高润湿性、减小接触角,但并不能等价于接触角为0。接触角的特性是文献[3-7]所忽视的。
3.3 Jurin准则预测液体表面张力的精度分析
将图1的接触角示值带入式1,液体表面张力的计算精度可控制在合理的范围内,见表3。从而证实:(1)各上升法实验中,液柱高度均上升到“预期高度”;(2)文献[3-7]中的表面张力误差来源于接触角的估值错误。
从表3还可以看出,实验方法(上升法/下降法)对表面张力的测量误差无明显影响;同时减小毛细管内径可以使预测精度大幅提升。
4 结论
固液体系的物理属性、毛细实验方法都是接触角实际取值的重要决定因素,实验过程中假定接触角恒为0或其他数值都有欠合理。本文分别对比了接触角取0和取真实值时的表面张力误差(如表1、2),清楚地反映了接触角取值在液体表面张力测量过程中的重要性以及获取真实接触角的必要性。
接触角特殊性是文献[3-7]中出现分歧的根源,上升法/下降法的区别并不在于能量转化过程,而是润湿性的差别。本文还可进一步获得:
(1)相比上升法,下降法能一定程度地降低θ或提高润湿性,但并不等价于θ=0。
(2)润湿性或接触角与材料属性、实验方法和管径相关。
(3)下降法提高润湿性的程度与液体和管径相关。
(4)上升法和下降法对液体表面张力的测量精度无显著影响。
(5)在相同的实验条件下,管径越小,毛细管法测量液体表面张力的精度越高。
此外,需注意的是,文中真实接触角是建立在液体表面张力已知的基础上采用数值分析的方法获得的,对于未知液体,需借助显微测量设备获得真实接触角。
参考文献
[1]Prokhorov V A.Refinement of Rayleigh′s equation for calculation ofsurface tension of a liquid from its capillary rise height.Colloids andSurface A:Physicochemical and Engineering Aspects,1996,3:309-316.
[2]Robert Finn.Capillary Surface Interfaces.NOTICES OF THE AMS.1999,46(7):770-781.
[3]李键.用毛细管测量纯水表面张力系数的误差讨论.物理实验,2003,23(8):45-47.
[4]阮萍.测量毛细管中液面上升高度两种方法的比较.华夏医学,1998,11(3):290-291.
[5]李传文,洪洋,王秀芝,等.测量毛细管中液面上升高度的另一种方法.大学物理,1996,15(7):20-21.
[6]黄仁忠.毛细管中的液柱为什么升不到“预期”的高度—与李传文等同志商榷[J].大学物理,1999,18(8):12-13.
[7]安郁宽.毛细管探针法测定液体的表面张力系数.大学物理,2010,29(10):37-40.
[8]安郁宽,徐艳岩,王云创,等.毛细管探针法测定液体表面张力系数的进一步研究.大学物理,2010,29(12):31-33.
表面张力 篇9
气候变暖是全球十大环境问题之首。在最近的几十年中, 全球温度持续上升, 由于全球变暖, 使得冬季降水量增加, 夏季出现异常高温和严重干旱, 某些地区暴雨次数增加, 世界各地冰川减少, 北半球冰雪覆盖面积缩小, 而且海平面平均每年大约上升2.5毫米。科学家预测:如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展, 到2050年全球温度将上升2-4摄氏度, 南北极地冰山将大幅度融化, 导致海平面大大上升, 一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中。气候变暖除了会导致气候反常以外, 同时还会带来以下几种严重的恶果:地球上的病虫害增加、土地干旱, 沙漠化面积增大等。
从目前的研究结果看, 大多数的科学家认为:温室气体, 特别是二氧化碳浓度的剧增引起了气候变暖。由于全球工业化进程加速, 世界经济迅猛发展, 城市化全球化进程的全面推进, 导致人类对能源的需求量大幅增加, 从而使各种污染气体排放量增多, 其中就包含大量的二氧化碳。故温室气体的排放所引发的全球变暖已成为人类生存和发展所不容忽视的环境问题。
一、CO2捕集利用的环境和经济意义
实现可持续发展是中华民族伟大复兴的必由之路, 而低碳的发展符合中国可持续发展的本质要求。中国在人口、资源、环境及经济社会可持续发展方面的政策, 是在从计划经济向市场经济过渡、从满足基本需求向实现以人为本的科学发展转变过程中逐渐摸索出来的。我国可再生能源等清洁能源发展迅速, 比重持续增加, 但是在相当长的一段时期内还不能满足新能源的要求, 燃煤量仍然会持续增长。2005-2008年, 新能源和可再生能源的增长近60%, 风电装机2007年和2008年均比上年增加一倍, 可再生能源占一次能源比重由7%上升至8.9%, 增速和增长量虽然是世界第一, 但是同期的煤炭消费也增长了21%。所以优化能源结构, 发展清洁的, 可持续的能源体系任重且道远。
另外, 由于法国提出对于环保立法不如欧盟严格的国家征收17欧元/吨的二氧化碳的碳关税, 同时美国《清洁能源与安全法案》提出, 从2020年起进口产品均要求购买碳排放额度, 碳关税将成为发达国家向发展中国家施加减排压力的单边贸易措施。而我国在国际产业价值链中处于中低端, 是由于出口产品大多为劳动密集型和资源密集型产品, 故碳关税将对我国出口贸易产生较大影响。
从经济学角度对气候变化进行的研究最早出现在上个世纪90年代, 诺德豪斯Nordhaus 1993) 在当时的研究受到研究者的广泛关注, Nordhaus利用气候变化科学知识分析了温室气体效应, 估算温室气体效应对气候变化的影响, 预测分析了二氧化碳加倍时对美国各行业的收入影响, 结果显示总的收入的损失达到50.3亿美元, 并且提出了有效的征收碳税为处于碳减排的边际成本排和由于排放量减少而碳减排边际收益相等的这一点。
为了应对二氧化碳的减排压力, 发展技术上, 经济上均可行的烟气二氧化碳减排方法, 已经引起了广泛的关注。
二、实验及结果分析
1. 实验装置
(1) 全自动表面张力仪:上海衡平仪器仪表厂;
(2) 超级恒温槽 (CH系列, 精度0.1℃) :上海平衡仪表厂;
(3) FA/JA系列电子天平 (精度0.0001g) :上海精天电子仪器有限公司;
(4) SSW型微电脑恒温水槽 (精度0.1℃) :上海博迅实业有限公司医疗设备厂;
其他:移液管、酒精灯、容量瓶、滴管、烧杯等。
I全自动表面张力仪主机;II超级恒温槽;III主机内部结构;
A金属吊片;B恒温池;C烧杯;D热电偶;E循环水胶管;
实验所用的ZBY-1全自动表面张力仪由上海衡平仪器仪表厂生产, 仪器可测定-5~110℃范围内液体的表面张力, 量程为0~400.0dyn/cm (1dyn/cm=1m N/m) , 精度为0.1dyn/cm。溶液温度控制精确为0.1℃。
BZY-1型全自动表面张力仪采用先进的闭环电磁力平衡测量技术, 对表面张力仪的测量精度、线性和重复性都能达到精确高度。BZY-1型全自动表面张力仪能方便的提供恒温, 根据其温度范围的不同, 选择高低温样品恒温池, 相应地外接CH系列的超级恒温槽。
2. 实验测量方法及原理
(1) 实验测量方法
表面张力测量的方法有很多, 包括:毛细上升法、最大气泡压力法、吊环法、滴重法、表面波法。本文采用基于铂金板标准吊片法理论基础的全自动表面张力仪 (BZY-1) 进行界面张力的测定。
(2) 实验测量原理
当感测吊片浸入到被测液体后, 吊片周围就会受到表面张力的作用, 这个力会将吊片尽量地往下拉。当液体表面张力及其他相关的力与平衡力达到均衡时, 感测吊片就会停止向液体内部深入。这时候, 仪器的平衡感应器就会测量浸入液体的深度, 并通过计算将它转化成液体的表面张力值。
3. 实验步骤
(1) 打开SSW型微电脑恒温水槽预热至待测温度, 配制待测AMP-PZ溶液:将容量瓶用洗液清洗, 再用去离子水洗净后放入烘箱烘干, 待冷却后放入电子天平, 去皮后向容量瓶中加入定量的PZ, 之后继续去皮, 用移液管向容量瓶中加入定量的AMP, 最后加入去离子水。
AMP-PZ水溶液配置如下表:
(2) 用10m L移液管分别移取40m L AMP-PZ水溶液2份于玻璃瓶中, 测定通入二氧化碳前溶液及并将玻璃瓶 (带双孔塞) 的质量以便确定通入的二氧化碳质量, 后置于SSW型微电脑恒温水槽, 并在待测温度下通入二氧化碳至饱和 (通入二氧化碳半小时后测量质量, 之后每5分钟测量一次质量, 直到溶液质量不再增加为止) 。
(3) 计算饱和溶液中二氧化碳载荷, 并计算二氧化碳载荷 (a) 为0 (AMP-PZ原溶液) , 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6下的待测溶液中饱和溶液和原始溶液所占的比例。
(4) 分别配制二氧化碳载荷 (a) 为0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6的溶液各20ml。
(5) 测量二氧化碳载荷 (a) 为0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6的溶液的表面张力, 测量方法如下:
将恒温池两根通水管和恒温槽对接, 恒温槽开机, 控温表调到所需要的温度;
将被测液体倒入专用玻璃烧杯中, 挂上吊钩和吊片, 调整升降台高度, 使吊片尽量接近液面, 要求能保证测试中升降台上升时吊片能在温度上升到待测温度时接触到被测液体, 可使测量更准确。
将温度探头插入溶液中 (为了保证测量准确, 应该使探头不锈钢部分刚好全部插入水面) , 关上有机防风玻璃门。
观察张力仪温控表温度读数, 当温度接近待测温度时, 按“去皮”键, 使显示屏读数为0, 同时关闭恒温槽, 防止温度上升过快导致读数不准确。
当温度达到待测温度时, 按向上键, 升降台上升, 当吊片接触液面时, 平台自动停止, 显示读数时当指示灯第一次闪烁时记下读数, 该读数即为被测液体于该温度下的表面张力值。
测定结束之后打开有机防风玻璃门, 按向下键, 使升降台下降一定高度, 同时取下吊片和吊钩, 将吊片、玻璃烧杯和温度探头用去离子水和洗液清洗, 之后吊片用酒精灯灼烧, 温度探头用纸擦干, 待下次测定备用。
四、实验结果
不同浓度的AMP-PZ水溶液在20-50℃温度范围内的表面张力实验值如表2到表7所示。
五、实验结果分析
在给定二氧化碳载荷和AMP-PZ质量分率时, 分析温度对吸收液表面张力的影响。从结果可以看出, AMP-PZ质量分率和二氧化碳载荷一定时, 在20-50℃内, 带有一定载荷的二氧化碳的AMP-PZ水溶液的表面张力随着温度的上升呈近似线性的下降趋势。
结论
我国经济快速增长, 但同时也付出了巨大的资源和环境代价, 经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。生产和生活过程中大量排放的二氧化碳作为温室气体, 其导致的温室效应也日趋明显, 而温室效应所带来的各种危害正严重威胁着我们地球自然生态系统和人类赖以生存的家园。在化石能源无法完全被新型清洁能源所取代的情况下, 二氧化碳的减排就成为解决环境问题的当务之急。目前, 二氧化碳减排的主要方法就是燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术和化学链燃烧技术。燃烧后脱碳包括化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法、吸附法、低温蒸馏法、膜分离和电化学等方法。而其中的化学溶剂吸收法尤其是醇胺法又因为其工艺成熟, 安全可靠, 脱除效率高, 运行稳定等众多优点, 在许多方面倍受青睐, 占有主导地位。
本次课题研究中, 我们在超级恒温槽保持温度恒定的情况下使用BZY-1全自动表面张力仪测定溶液的表面张力, 研究了不同温度, 不同浓度AMP-PZ水溶液吸收CO2前后表面张力的变化趋势。实验过程中, 我们分别配置了AMP/PZ为0.20/0.10、0.25/0.05、0.25/0.10、0.30/0.05、0.30/0.10、0.35/0.05时的水溶液体系。分别测定了在293.15K、303.15K, 313.15K, 323.15K, 333.15K时不同二氧化碳载荷 (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6) 的吸收液表面张力。
根据所得实验数据所绘制的图表, 我们可以得出如下结论:
(1) 在AMP-PZ质量分率和二氧化碳载荷一定时, 在20-50℃内, 带有一定载荷的二氧化碳的AMP-PZ水溶液的表面张力随着温度的上升呈近似线性的下降趋势;
(2) 在温度和AMP-PZ质量分率一定时, 溶液的表面张力随着二氧化碳的载荷的增大而呈近似线性增大的趋势。
(3) 在同一吸收率下, 温度不变, AMP和PZ的浓度越高, 吸收液表面张力越低。
参考文献
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表面张力 篇10
1 双子表面活性剂的结构特点
与传统表面活性剂不同,双子表面活性剂中含有至少两个以上亲水基团(离子头基或极性基团)和两个以上疏水基团(碳氢链、碳硅链或碳氟链),并在亲水基团处或靠近亲水基团的疏水基团处由联接基团以化学键相联接。如果联接基团在远离亲水基团处,甚至在疏水基团末端,则变为另一种表面活性剂:双头表面活性剂。双子表面活性剂结构示意图如图1所示。图1中所示的联接基团在亲水基处的为串联结构的双子表面活性剂,联接基团在靠近亲水基团的疏水基团处的为并联结构的双子表面活性剂。从已报导的文献来看,疏水基团R和亲水基团I都可多于两个,联接基团也可多于一个。它们的结构可以是对称的,也可以是不对称的(即图1中R1和R2可以相等,也可不等,I1可以等于I2,也可以不等)。因此,有人认为,将双子表面活性剂叫为低聚表面活性剂(oligomeric)更为恰当[1]。组成双子表面活性剂亲水基团的可以是阴离子、阳离子、两性离子、非离子,也可以是阴阳离子和离子对。疏水链大多是碳氢结构,如长链烷烃(8～20个C原子),芳烃和杂环化合物。最近也有碳氟链出现[2]。联接基团则较为复杂。目前对双子表面活性剂联接基团的研究主要集中于串联结构,从已报导的文献来看,联接基团主要有长链的柔性结构,如聚亚甲基。也有短链结构和刚性结构,如含1～2个碳原子的亚烷基和对苯二亚甲基链。有疏水的非极性链,如脂肪族和芳香族碳氢链等,也有亲水的极性链,如聚氧乙烯醚链等。
2 双子表面活性剂的表面性质
表面活性剂溶于水中,当浓度很低时,每个表面活性剂分子的活动范围比较大,由于疏水链的捕获作用,水分子在亲油的碳氢链周围排列是整齐的,导致体系的熵降低。这个熵降低一方面被表面活性剂分子的均匀分布所造成的熵增加而抵消,另一方面由于部分表面活性剂占据表面而使体系自由能维持最低。双子表面活性剂由于通过联接基相连,具有两个或两个以上疏水链,这一方面减少了表面活性剂分子由于溶解而在水中均匀分布的程度从而降低了对体系熵降低的补偿,另一方面,由于具有两个或两个以上的疏水链,导致了双子表面活性剂的疏水部分和水的排斥作用更加剧烈,使得体系能量成倍增加,因而双子表面活性剂与传统表面活性剂相比具有更大的表面活性(更易吸附于表面、更易聚集成胶束)。因此,可以说,双子表面活性剂所具有的更大表面活性主要是由体系的熵推动引起的。
目前的文献报导表明双子表面活性剂比传统表面活性剂的cmc值低1-3个数量级,c20值也明显低于传统表面活性剂。这说明双子表面活性剂具有比传统表面活性剂高得多的降低表面张力的效率。另外cmc与c20的比值(cmc/c20)反映了表面活性剂在界面的吸附能力与在体相中形成胶束能力的相对强弱。双子表面活性剂的(cmc/c20)值普遍较高,一般大于3,而传统表面活性剂一般小于3。这表明双子表面活性剂与传统表面活性剂相比更易吸附于界面和形成胶束,但双子表面活性剂在吸附于界面和形成胶束两种趋势上相比则更易吸附于界面。这可能是双子表面活性剂的两条疏水链使得它在形成胶束时相对难于界面吸附。此外,由于双子表面活性剂具有两个离子头基,因而可以更好地溶解于水,从而具有更低的Krafft点,对于二聚体来说,一般小于0℃。实验表明,在保持每个亲水基团联接的碳原子数相等条件下,与单烷烃链和单离子头基组成的普通表面活性剂相比,离子型双子表面活性剂具有如下特征性质[3]:
(1)更易吸附在气/液表面,从而更有效地降低水溶液表面张力;
(2)更易聚集生成胶团;
(3)Gemini降低水溶液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向,降低水溶液表面张力的效率是相当突出的;
(4)具有很低的Kraff点;
(5)对水溶液表面张力的降低能力和降低效率而言,Gemini和普通表面活性剂尤其是和非离子表面活性剂的复配能产生更大的协同效应;
(6)具有良好的钙皂分散性质;
(7)在很多场合,是优良的润湿剂。
3 双子表面活性剂胶团化过程热力学分析
胶束理论处理模型有二个,即质量作用模型和相分离模型。对于双季铵盐二卤化物类双子表面活性剂,根据质量作用定律,可将胶束的形成看成是单个离子与胶束处于缔合-解离的动态平衡。其胶团化过程描述如下[4]:
nA2++2knC-A
式中A2+和C-分别代表阳离子双子表面活性剂及其反离子。n表示胶团聚集数,k为表面活性剂和其反离子的结合度。由于表面活性剂溶液在应用时一般浓度都很低,可以近似地以浓度代替活度并根据质量作用定律,写出平衡常数。
K=[A
则过程的摩尔吉布斯焓变化可表示为:
ΔG
当表面活性剂溶液即将到达临界胶束浓度(cmc)时,上式中第一项可以忽略。且有以下近似关系:[A2+]≈1/2[C-]≈cmc,则上式可改写为:
ΔG
这样,根据上式就可以计算出双子表面活性剂的胶团化的吉布斯焓,继而可以进一步根据吉布斯-亥姆霍兹方程计算出胶团化焓并进一步算出胶团化熵。计算结果表明,双子表面活性剂胶团化过程主要是由熵推动的[5]。
4 双子表面活性剂的界面吸附
目前对双子表面活性剂的界面吸附情况研究得较少,对以溴化十二烷基三甲基铵为‘单体’记为(1RenQ),-(CH2)2-为联接基团的二聚表面活性剂(2RenQ)和三聚表面活性剂(3RenQ)在硅表面的吸附研究表明,饱和吸附量按如下顺序降低:单体 >二聚 >三聚[6]。取上述二聚体,考察联接基链长的影响,发现饱和吸附量随链长的增加而减少。并且发现Г～c曲线呈两步吸附的特点[7]。实验测得2RenQ和3RenQ界面吸附层的微粘度比1RenQ的大,这表明低聚表面活性剂形成了具有更完整疏水区域的界面吸附层,憎水化合物萘酚在界面吸附层中的增溶量随着1RenQ→2RenQ→3RenQ的顺序而增加的结果进一步支持了上述结论[8]。盐和聚氧乙烯(PEO)对2RenQ在硅胶上的吸附有很大的影响,随NaBr的增加,2RenQ的饱和吸附量增大;随2RenQ浓度的增加,PEO在硅胶界面上的吸附量降低;而2RenQ在硅胶界面吸附量的增加值与没有PEO存在的相比却是降低的,说明此时存在着竞争性吸附。将2RenQ和1RenQ相比,2RenQ对PEO吸附量的影响比1RenQ大,说明2RenQ更易表面吸附[9]。
5 双子表面活性剂的体相性质
对季铵盐双子表面活性剂的研究表明,当联接基团比较短时,(m=12时,s≤2;m=16时, s≤4)时,Gemini表面活性剂总生成比对应的单链单头基表面活性剂更低曲率的分子聚集体。具体地说,12-2-12,2 Br-在1%时即生成巨大的线形胶团,而其相应的单链单头基 C1 2 TAB在浓度为10%时还是球形胶团;又如16-3-16,2Br-形成了囊泡、双层膜和线形胶团,而相应的C16TAB在合适浓度时仅生成长胶团[3]。尽管12-3-12,2Br-的间隔基也很短,但在7%溶液中才出现线形胶团,这种线形胶团的存在使得溶液具有粘弹性。在12-4-12,2Br-,12-8-12,2Br-和12-12-12,2Br-溶液中的胶团均为紧密排列的球形或椭球形。当间隔基碳数继续增加(s=16或20)时,溶液中出现球状或筒状的双层囊泡[10]。溶质聚集体的形态和溶液的流变性质密切相关。由于单链单头基的普通表面活性剂在较低浓度时通常形成球形胶团,对水溶液的粘度贡献不大但 Gemini表面活性剂水溶液的粘度就完全不同,Kern和 Zana等曾报道了具有较小s的Gemini表面活性剂水溶液奇特的粘度性质:随着Gemini浓度增加,溶液的粘度迅速增加,粘度值的增加甚至可达 6个数量级之多。例如 12-2-12,2 Br-在7%时溶液就已经跟胶一样,这种迅速增大的粘度被认为是线形胶团互相缠绕形成了网状结构所致。但再进一步增加 Gemini表面活性剂的浓度,溶液粘度反而减小。这有可能是分子聚集体形状的转变导致溶液粘度下降。鉴于在低浓度时短联接基团链的 Gemini表面活性剂溶液已表现出相当高的粘度值,这为调节溶液流变性质提供了新的途径[3]。
6 双子表面活性的良好配伍性能
双子表面活性剂由于其特殊的结构因而具有比传统表面活性剂优异得多的配伍性能。例如传统表面活性剂在进行阴阳离子复配时,由于有可能受到电荷被中和而导致系统不稳定的影响,复配的范围及比例受到限制。双子表面活性剂则不受此影响。Rosen系统研究了离子型Gemini表面活性剂与其他表面活性剂的配伍性,与传统表面活性剂相比,Gemini表面活性剂与非离子、两性表面活性剂的配伍性更好,而且离子型Gemini表面活性剂与带相反电荷的传统表面活性剂的混合体系显示出很强的表面活性。但是,当Gemini表面活性剂的碳链长度超过一定限度(该限度取决于分子环境),无论体系中是否有其他表面活性剂,该体系的表面活性均会显著降低,这种特殊的现象使得Gemini表面活性剂在工业领域将有特殊的用途[10]。Liu和Rosen[11]考察了阳离子型Gemini表面活性剂CmN-s-NCm,2Br-(s=-CH2(CHOH)2CH2-)和阴离子表面活性剂C10H21SO3Na、C12H25SO3Na、C12H25(C2H4O)4SO4Na的相互作用,结果发现C8N-s-NC8,2Br-和C10N-s-NC10,2Br-同阴离子表面活性剂间在表面张力降低效率和降低能力、以及在0.1M NaBr或0.1M NaCl水溶液中的胶团生成能力方面均存在强协同作用,而C12N-s-NC12,2Br-和C12H25(C2H4O)4SO4Na间的表观协同效应不强,和C12H25SO3Na间则完全不显示相互作用。Liu和Rosen认为实际上C12N-s-NC12,2Br-和C12H25SO3Na间具有相当强的相互作用,导致两者先结合生成小的可溶聚集体,大大减少了表面活性剂单体的浓度,从而表观上降低了体系的表面活性。
7 疏水链长度和联结基团对串联结构的双子表面活性剂的影响
双子表面活性剂疏水链长度对溶液表面活性的影响与传统表面活性剂基本类似,但是当双子表面活性剂的碳原子数增加至某一限度(该限度取决于分子环境,即离子强度、温度等)后,其cmc、c20值明显低于预期值,即表面活性低于预期值。当碳原子超过该限度后,表面活性随碳原子数的增加而开始逐渐降低。这种特殊的现象明显不同于传统的表面活性剂.Mengen认为这是双子表面活性剂联接基团引起的成胶束前自身缔合作用。Rosen认为成胶束前自身缔合作用是双子表面活性剂普遍存在的现象[10]。
联接基团S的变化对双子表面活性剂的表面活性影响则复杂得多,主要表现在对cmc及气液界面表面活性剂分子截面积的影响,其原因可能是联接基团影响表面活性剂分子在体相及界面的空间构型及排列。目前,联接基团对并联结构的双子表面活性剂的影响尚无报导,这里主要讨论对串联结构的双子表面活性剂的影响。间隔基较短时,对整个分子空间构型的影响较显著;间隔基较长时,主要影响离子头的水合作用和疏水链的旋转。从表1序号11～19的数据可见,由刚性联接基团-CH2-联结的双季铵盐型双子表面活性剂cmc值较高,此后,当随联接基团-CH2-的单元数S从3增加到6,cmc逐渐增加,接着,随S继续增加,cmc值迅速降低。总的说来,联接基团对间串联结构的双子表面活性剂的影响有以下几点[10]:联接基团为柔性且亲水时,表面活性最高;联接基团为柔性且疏水时,表面活性稍差;联接基团为刚性且疏水时,表面活性可能会比较差。
8 串联结构和并联结构的双子表面活性剂的表面活性比较
目前联接基团的位置(即串联结构和并联结构)对表面活性的影响国内外还未见报导。笔者在查阅文献时发现,一些并联结构的双子表面活性剂除具有较高的降低表面张力的效率(低的cmc和c20值)外,还具有很好的降低表面张力的能力。表1是串联结构的双子表面活性剂和并联结构的比较。其中类型A、B、BS、TM是并联结构的双子表面活性剂,C12H25SO4Na、C12H25SO3Na、NPQT和TB分别是它们相应的传统表面活性剂。从12-2-12,2Br-到12-16-12,2Br-,即联接基团亚甲基的单元数从2到16的双季铵盐,是串联结构的双子表面活性剂,C12H25N+(CH3)3Br-是它们相应的传统表面活性剂。从表中可以看出,并联结构的双子表面活性剂除了具有很高的降低表面张力的效率外,在降低表面张力的能力方面明显优于串联结构的表面活性剂。从类型B联接基Y的结构来看,随着联结基团长度和亲水性的增加,B降低表面张力的能力也在下降。同样的联接基团,A降低表面张力的能力比B强。对于12-S-12(即序号11～19)型串联结构的双子表面活性剂,除了12-3-12,在降低表面张力的能力方面与其相应的传统表面活性剂基本类似。
并联结构的双子表面活性剂和串联结构的双子表面活性剂在降低溶液表面张力能力上的差异,主要是由于它们在表面上吸附的形态不同引起的。笔者认为,这种吸附形态上的不同是由它们联接基位置差异导致的。并联结构由于联接基团联接在疏水链靠近离子头基的位置处,离子头基可以自由旋转。在界面进行吸附时,离子头基通过自由旋转而使它们之间的斥力达到最小从而使得疏水链彼此之间可以比较紧密的结合,在界面形成致密的吸附膜,从而具有更高的降低表面张力的能力。12-3-12结构的双季铵盐表面活性剂,由于联接基团含有三个亚甲基单元,使其在表面吸附时能够满足N原子SP3杂化构型的需要,使得它的两条疏水链仍能比较直立地伸入空气,末端-CH3和空气接触(亚甲基被甲基覆盖),因此它的降低表面张力的能力要强于表中所列其它串联结构的双子表面活性剂。而12-3-12在温度20℃时,降低表面张力的能力却没有提高[15]。由于亚甲基之间的键角被拉大,12-3-12的两条疏水链将倾斜地伸入空气,因而降低表面张力的能力和传统表面活性剂基本类似,当温度升到25℃时,由于水化作用的减弱,离子头之间的排斥作用减弱,亚甲基之间的键角被拉大的程度下降,12-3-12的两条疏水链可以比较直的伸入空气,因而降低表面张力的能力较强。图2是串联结构和并联结构的双子表面活性剂表面吸附的示意图。
9 结 论
双子表面活性剂含有至少两个以上亲水基团和两个以上疏水基团,并在亲水基团处或靠近亲水基团的疏水基团处由联接基团以化学键相连接。联接基团为柔性且亲水时,表面活性最高;联接基团为柔性且疏水时,表面活性稍差;联接基团为刚性且疏水时,表面活性较差。并联双子表面活性剂的表面活性要优于串联的。
摘要：双子型表面活性剂由于极性头基区域的键合,阻抑了极性头之间的斥力,突破了传统表面活性剂的结构概念,具有比传统表面活性剂高得多的表面活性,现有的研究数据表明并联结构的双子表面活性剂具有比串联结构的双子表面活性剂高的降低表面张力的能力。
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