Ⅱ 液-液界面、液-固界面和铺展单分子膜
液-液界面和液-固界面是自然界和工农业生产中最为广泛存在的相界面,与气-液界面和气-固界面(此两类界面又称作表面)这两类比较简单的相界面相比,液-液界面和液-固界面有其固有的复杂性,又称作凝聚相界面。从热力学角度看,凝聚相界面也倾向于收缩,其产生的根源亦来自于界面张力(interfacial tension,IFT);同时,也是人们正确理解乳状液、微乳状液和刚性粒子溶胶等多相分散体系的基本思路之一。
相对于表面张力而言,凝聚相IFT的直接测量显得比较困难。早期的研究中,人们建立了许多经验方程估算液-液界面的IFT,比如,Antonow规则、Gififalco-Good方程和Fowkes方程等。原则上讲,一些测定表面张力的方法经过巧妙设计也能够测定液-液界面张力,比如滴体积法(实验一)和吊环法(实验二)。如今,旋转液滴法已经成为测定液-液界面IFT的主流方法,具有自动程序化计算的商业化测试装置也比较成熟。
液-固界面的形成是人们认知润湿过程的基础,很早人们就从经典热力学角度建立了润湿过程能否自发的判据公式。但是,由于缺乏固体表面张力数据,在相当长的时间内,润湿过程判据热力学公式均无实用意义。直至Young润湿方程建立后,上述问题方才得以解决。由此,液体在固体表面形成的接触角(θ)成为人们探索液-固界面物理化学性质的关键参数。因此,液体在固体表面形成接触角θ的测量技术得以重视和发展。
单分子膜可以由吸附和铺展两种策略制备,由铺展制备单分子膜早在1774年英国科学家Franklin就有记载,1917年Langmuir对此也有重要而详细的研究。所有这些均属于胶体与界面化学的经典内容。
为此,本章共筛选了5个实验项目,分别从液-液界面张力、液体在固体表面形成的接触角、低能固体表面的润湿和铺展单分子膜等角度,供读者进行实验技术学习。