油-水界面吸附膜比空气-水界面吸附膜所处状态更为扩张,这可从界面吸附膜的π-A曲线得到证实。图3-10示出了十六烷基三甲基溴化铵在两种界面的π-A曲线,从图中可见,在同一表面压下,液-液界面的溶质分子占有更多的面积A,这是由于溶质疏水基与油相疏水基之间相似,使得油-水界面吸附层中有许多油相分子插入溶质分子之间,导致溶质分子扩张性增加,所占面积增加,也是基于此,在低浓度时液-液界面吸附量随浓度上升较快。
图3-10 十六烷基三甲基溴化铵在两种界面的π-A曲线
图3-11 丁醇和辛醇在十二烷-水界面吸附层的πA/kT-π关系曲线
此特点也可以用热力学函数进行验证。通过烃同系物的吸附标准自由焓可得每个CH2基团由液相迁至界面的自由焓变△G为﹣3.4kJ/mol,而从烃在水中的溶解度数据也可得出每个CH2从水相迁移至油相的自由焓变为(﹣3.6kJ/mol)。另外,测定了月桂酸、软脂酸、棕榈酸从己烷-水界面吸附层解析到己烷相所需的能量,这表明油-水界面上吸附的表面活性分子处于碳氢环境之中,解析前后状态基本不变,故对△G的贡献为零。
图3-11示出了丁醇和辛醇在十二烷-水界面吸附层的πA/kT-π关系曲线,从图中可见其近似线性关系,且可由下式表达:(www.daowen.com)
π(A-A0)=kT (3-31)
式中,A0为溶质分子自身面积,从直线斜率可得每个分子自身的面积为0.24nm2(每个分子平均占有面积A为0.6~4.0nm2),并且与界面活性剂疏水基链长无关,此值仅稍大于紧密排列的界面活性剂分子的横截面积。从A0的数据可以判定,吸附层中不仅含有溶质,还含有较多的油相分子和一定量的水分子,在油-水界面上吸附的界面活性剂分子疏水链采取伸展的构象,近于直立地存在于界面上。由此可见,油-水界面吸附层的结构应如图3-12所示。该吸附层由界面活性剂分子、油分子和水分子组成,其中界面活性剂分子直立定向排列着,其疏水基之间插入油分子,而亲水基则存在于水环境中。根据吸附分子平均占有面积A0数据可知,在吸附层中油分子数多于吸附分子数。因此,吸附层的性质应该与油相分子性质有关。图3-13示出了辛醇在不同烃-水界面的πA/kT-π关系曲线。从图中可以看出,在同一表面压下,溶质在辛烷-水界面所占面积大于十六烷-水界面之值,表明吸附层在前一界面更为扩张,这是由于油相分子越小,越易进入吸附层。
图3-12 界面活性剂在油-水界面吸附层的结构
图3-13 辛醇在烃-水界面的πA/kT-π关系曲线
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