表界面的概念,接觸角測量儀在表界面的應用
一般可按物質三態(tài)——固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)一將界面劃分為下列五種類型:
液—氣, 液—液, 固—氣, 固—液, 固—固。
在上述分類中,其中至少有一相是凝聚相。氣、液、固三態(tài),則上述五種界面性質不同的兩種液體或固體相接觸,產生接觸角。在許多不同的物理化學或界面化學的著作或文獻中,常常把兩體相之間的界面稱作表面,實質上它們是同義的。只是在習慣上,往往把凝聚相之間的邊界層稱為界面,而把固/氣或液/氣的邊界層稱為固體或液體的表面。然而在某些場合,“表面”一 詞,僅表示一個幾何面,而界面則用以描述接觸兩相之間的二維薄層,稱為表面層或界面層。這種界面層的厚度極薄,可以是單分子層或幾個分子層厚。這類學科在實際應用中其實非常普遍,要測試出標準的接觸角,需要用到接觸角測量儀。
應該指出,并非所有相界面都是穩(wěn)定的,兩相間能存在穩(wěn)定界面的先決條件是界面的生成白由焓為正值。若為負值,僅有偶然的起伏因素就可導致界面層不斷擴大,zui后使一種物質*均勻分散在另一種物質之中,例如,兩種氣體的混合一般并無界面存在,而是不同分子的均勻混和;兩種互溶的液體或固體在液體中溶解的情況亦復如此。通達我們的研究還可以看到,即使是互不混溶的液體只要有適量的表面活性劑存在,就能顯著影響界面自由值而導致自動乳化。
界面層的性質雖與相鄰兩體相有關,但又有所差異,這主要表現(xiàn)在界面層存在著與體相不同的作用力,例如,表面張力、表面壓、界面電性質、界面粕度、彈性等。界面化學就是研究各類相界面上因存在與體相不同的作用力而產生的種種現(xiàn)象與性質的學科。這涉及一個十分廣泛的領域,下表列出一些常見的全部或部分由于界面作用力引起的界面現(xiàn)象。
界面 | 由界面作用力引起的現(xiàn)象 |
液/氣 | 表界面張力,泡沫,霧,蒸發(fā),蒸餾,冷凝,吸收,泡沫分離技術 |
液/液 | 乳狀液,萃取,液膜分離,乳液聚合,懸浮聚合 |
固/氣 | 氣體的吸附,催化,氣-固反應,塵煙(氣溶膠),固體分解得到固體與氣體的過程 |
固/液 | 催化,電極過程,膠體溶液,動電現(xiàn)象,固體在溶液中吸附溶質,微晶的溶解,潤濕作用,防水,焊接,結晶 |
固/固 | 固相反應,粘附,摩擦 |
由上表不難看出,對化學工業(yè)與工程密切有關的有以下一些方面:
(1)相變化過程(例如蒸餾、革職、吸收、冷凝、結晶、溶解等);
(2)界面化學反應,惶化作用(例如多相催化作用,膠束催化 作用與相轉移催化作用);
(3)界面電性質、動電現(xiàn)象、電極過程與相應的工程技術;
(4)膠體系統(tǒng)(溶膠、懸浮體、乳狀液、泡沫、煙、男、塵等)的穩(wěn)定與破壞,以及與之有關的工藝、技術。
(5)潤濕作用(例如鋪展、拈附或涂布,浮選,浸濕,防水,焊 接,去污等;
(6)呼附作用,如氣體吸附,毛細凝聚、溶液吸附與有關的工藝技術(例如泡沫情餾,離子浮選等)。
由此可見,界面化學所研究的兩相接觸界面的范圍是很廣的。小至膠體分散,大至湖泊、海洋的表面都可以包括在內;這兩相界面即可以一開始就同時存在,也可以從一顆小“萌芽”新生出另一相而產生界面,這就是物理化學放科書中提到的“新相生成”,它是介穩(wěn)狀態(tài)存在的重要原因。此外,有些復雜的系統(tǒng)是一個多相共存的系統(tǒng),例如,液滴粘附在固體表面上,就涉及氣/液,氣/固.液/固三種界面,在篩板塔幣以液體吸收氣體也涉及好幾種界面。但是應予指出的是直接接觸的只可能是兩相界面,不存在三相同時接觸的界面,然而三相直接接觸的界線還是存在的,潤濕方程就是研究作用在三相界線上的表面張力與接觸角之間關系。
zui后應該指出的是,在眾多的界面現(xiàn)象中均涉及到表(界)面張力,它是一個zui基本的重要性質,所以它的測定以及有關的實驗技術是晟鼎精密儀器的工程技術人員都關心的課題。不僅為表面張力的測定提供了理論依招,也為研究各類界面現(xiàn)象提供了有效指導。表面張力作為界面熱力學性質,綜合運用它們將有助于解決化學工業(yè)與工程上遇到的各種界面化學議題.