表面活性剂、胶体与界面化学基础（崔正刚）（第二版） 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书以“表面活性剂的溶液化学”为主线，着重阐述表面活性剂的作用原理，同时重点解决与表面活性剂相关的胶体化学、界面化学内容。全书内容包括表(界)面张力、弯曲界面、自溶液的吸附、双电层以及单分子层等溶液表面化学的基本概念和相关理论;表面活性剂溶液化学；胶体的性质,理论以及典型含水胶体如乳状液、微乳液、纳米微乳液、泡沫及悬浮液功能体系；表面活性剂在个人用品和工业及技术领域中的应用和作用原理。第二版完善了*版的内容，修正了错误和不足，同时增加了与纳米科学的结合。

可供轻工院校、工科院校、师范院校等高等院校的本科生和研究生作教材使用，也可供使用表面活性剂的日化、纺织、食品、医药、农药、油漆、涂料、建筑、选矿、采油、电子、金属加工、化工、造纸、制革、环保、以及纳米材料制备、生命科学等行业和技术领域的科技人员参考。

第1章表面张力及相关的界面现象/ 1

1.1表面张力1

1.1.1范德华引力和表面张力2

1.1.2表面张力的热力学本质——表面过剩自由能2

1.1.3影响表面张力的因素4

1.2与表面张力相关的表面现象6

1.2.1弯曲液面两侧压力差与Laplace方程6

1.2.2毛细上升与下降现象7

1.2.3液滴的形状8

1.2.4弯曲液面上的饱和蒸汽压与Kelvin方程9

1.2.5润湿、接触角与Young方程11

1.3界面张力13

1.3.1界面张力与表面张力的相关性13

1.3.2表(界)面张力的测定15

思考题20

第2章自溶液的吸附/ 21

2.1表面过剩和Gibbs吸附等温式21

2.1.1溶液的表面张力21

2.1.2Gibbs划分面和表面过剩22

2.1.3界面热力学和Gibbs吸附等温式23

2.1.4Gibbs相对过剩和界面相浓度24

2.1.5多组分体系中的表面过剩和Gibbs吸附等温式27

2.2固/液界面上的吸附31

2.2.1固/液吸附的机理31

2.2.2吸附量、表观吸附量、Gibbs表面过剩和界面相浓度32

2.2.3固/液吸附等温线34

2.2.4常见的固/液吸附36

2.3吸附对固体表面性质的影响及其应用39

思考题40

第3章双电层/ 41

3.1双电层理论41

3.1.1Helmholtz双电层理论41

3.1.2Gouy-Chapman 扩散双电层理论42

3.1.3Stern双电层理论48

3.2电泳与ζ电势49

3.2.1电场中离子的运动速度49

3.2.2胶体质点的ζ电势49

3.3双电层的排斥作用53

3.3.1两个平行平面间的排斥作用53

3.3.2两个球形质点间的排斥作用56

思考题57

第4章吸附和铺展单分子层/ 58

4.1吸附单分子层58

4.1.1Langmuir 单分子层吸附理论58

4.1.2吸附单分子层的状态方程59

4.2铺展单分子层63

4.2.1铺展单分子层和Langmuir膜天平63

4.2.2铺展单分子层的状态和状态方程64

4.2.3表面活性物质的不溶膜67

4.2.4铺展单分子层和LB膜68

4.2.5铺展单层的一些应用69

思考题70

第5章单一表面活性剂稀溶液的表面性质/ 71

5.1表面活性剂的分子结构特征和分类71

5.1.1表面活性剂的分子结构特征71

5.1.2表面活性剂的分类72

5.1.3特殊表面活性剂73

5.2表面活性剂的溶解特性75

5.2.1离子型表面活性剂的临界溶解温度(Krafft point)75

5.2.2非离子型表面活性剂的浊点(Cloud point)75

5.2.3影响表面活性剂水溶性的主要因素76

5.2.4表面活性剂的亲水亲油平衡77

5.3单一表面活性剂稀溶液的表面性质78

5.3.1表面活性剂在表面相的化学位和Butler方程78

5.3.2Szyszkowski、Langmuir和Frumkin方程79

5.3.3表面活性剂降低表面张力的效率和效能83

5.3.4对有关Gibbs公式的几个问题的讨论85

思考题87

第6章溶液中的自组装/ 88

6.1胶束化和临界胶束浓度89

6.1.1临界胶束浓度的定义和测定89

6.1.2临界胶束浓度与表面活性剂分子结构的相关性92

6.1.3影响临界胶束浓度的其他因素94

6.2自组装热力学97

6.2.1自组装的热力学一般原理97

6.2.2表面活性剂的胶束化热力学100

6.2.3胶束化自由能的组成102

6.2.4胶束聚集数104

6.2.5胶束的形状105

6.2.6胶束形成的热效应108

6.3增溶作用110

6.3.1增溶作用的热力学基础110

6.3.2增溶物在胶束中的位置111

6.3.3影响增溶作用的因素111

6.3.4增溶作用的应用112

6.4反胶束113

6.4.1反胶束的形成、结构和推动力113

6.4.2影响反胶束形成的因素114

6.4.3水的增溶116

6.5双亲性高分子(嵌段共聚物)的自组装116

6.5.1嵌段共聚物的胶束化方法117

6.5.2嵌段共聚物的临界胶束浓度118

6.5.3嵌段共聚物的胶束化热力学118

6.5.4嵌段共聚物胶束的形态120

6.5.5影响嵌段共聚物聚集体形态的因素121

6.5.6形态转变动力学124

思考题125

第7章多组分体系中的相互作用和协同效应/ 126

7.1二元理想混合表面活性剂体系的基本规律126

7.2非理想二元表面活性剂混合体系的相互作用和协同效应129

7.2.1非理想混合体系的协同效应130

7.2.2非理想混合胶束理论130

7.2.3非理想混合吸附理论134

7.2.4产生协同效应的条件136

7.2.5影响表面活性剂分子间相互作用的因素138

7.2.6分子间相互作用与其他协同效应139

7.3无机电解质对表面活性剂性能的影响142

7.3.1无机电解质对离子型表面活性剂降低表面张力的影响142

7.3.2无机电解质对离子型表面活性剂cmc的影响143

7.3.3无机电解质对非离子型表面活性剂性能的影响143

7.4极性有机物对表面活性剂性能的影响144

7.4.1长链脂肪醇的影响144

7.4.2强水溶液极性有机物的影响145

7.4.3短链醇的影响146

7.5表面活性剂/聚合物相互作用146

7.5.1表面活性剂/中性水溶性聚合物相互作用的一些实验结果147

7.5.2相互作用模型150

7.5.3表面活性剂/聚合物相互作用的推动力152

7.5.4表面活性剂/聚合物复合物结构152

7.5.5表面活性剂/疏水改性聚合物相互作用152

7.5.6表面活性剂/聚电解质相互作用153

思考题154

第8章润湿/ 155

8.1接触角和Young方程155

8.1.1接触角的定义和Young方程155

8.1.2接触角滞后和表面粗糙度157

8.1.3动态接触角157

8.1.4接触角的测定158

8.2固体表面的润湿性159

8.2.1高能表面和低能表面159

8.2.2润湿的临界表面张力160

8.2.3动润湿160

8.3润湿的分子相互作用理论161

8.3.1Fowkes理论161

8.3.2van Oss理论163

8.3.3固体表面能的测定165

8.4毛细渗透和粉末的润湿166

8.4.1毛细渗透的理论基础——Washburn方程166

8.4.2毛细渗透法测定颗粒表面的润湿性和表面能成分168

8.5表面活性剂吸附对固体表面润湿性的影响169

8.5.1一般讨论169

8.5.2非极性低能表面170

8.6表面活性剂在固/液界面的吸附173

8.6.1吸附机理和吸附驱动力174

8.6.2单一表面活性剂的吸附175

8.6.3混合表面活性剂在固/液界面上的吸附179

8.6.4吸附等温线和理论吸附模型180

思考题181

第9章胶体分散体系及其稳定性/ 182

9.1胶体分散体系的一般性质183

9.1.1比表面积183

9.1.2质点大小与形状183

9.1.3单分散和多分散185

9.1.4光散射和Tyndall效应188

9.1.5稀分散体系的黏度192

9.2沉降与扩散及其平衡196

9.2.1重力场下的沉降和Stokes定律197

9.2.2离心力场中的沉降198

9.2.3扩散与Fick定律199

9.2.4沉降和扩散的平衡200

9.3絮凝作用201

9.3.1真空中分子间范德华相互作用202

9.3.2介质中分子间范德华相互作用206

9.3.3范德华力的结合与宏观界面现象208

9.3.4宏观质点间的范德华相互作用213

9.3.5介质中宏观质点间的范德华相互作用219

9.3.6势能曲线与DLVO理论223

9.3.7临界絮凝浓度226

9.3.8絮凝动力学228

9.4聚结作用231

9.4.1Gibbs膜弹性和Gibbs-Marangoni效应231

9.4.2聚结过程232

9.4.3聚结动力学234

9.5通过分子扩散的质点增长(Ostwald ripening)236

思考题237

第10章液/液、气/液和固/液分散体系/ 238

10.1乳状液238

10.1.1乳状液的一般性质和类型的鉴别238

10.1.2乳状液的形成240

10.1.3乳状液的不稳定过程241

10.1.4表面活性剂的作用243

10.1.5乳状液稳定的HLB-PIT理论244

10.1.6位阻排斥效应和高分子的稳定作用250

10.1.7双亲性胶体颗粒作为乳化剂252

10.1.8破乳257

10.2微乳液258

10.2.1微乳液概述258

10.2.2微乳液的形成机理260

10.2.3微乳体系的相行为267

10.2.4相转变所伴随的物理化学性质变化273

10.2.5状态277

10.3纳米乳液278

10.3.1纳米乳液的形成279

10.3.2纳米乳液的液滴大小控制281

10.3.3纳米乳液的稳定性282

10.3.4纳米乳液的性质284

10.3.5纳米乳液的应用285

10.4泡沫287

10.4.1泡沫的制备和表征288

10.4.2表面活性剂的发泡、稳泡作用288

10.4.3胶体颗粒的稳泡作用290

10.4.4消泡291

10.5悬浮液297

10.5.1表面活性剂在悬浮液制备过程中的作用297

10.5.2表面活性剂在控制悬浮液稳定性方面的作用299

10.5.3表面活性剂对悬浮液流动性的影响302

10.5.4空缺絮凝作用303

10.6洗涤去污305

10.6.1去污机理305

10.6.2吸附对去污作用的影响307

10.6.3影响去污作用的其他因素310

思考题311

第11章表面活性剂在传统领域和高新技术领域中的作用原理/ 313

11.1表面活性剂在个人用品中的作用原理313

11.1.1洗涤剂313

11.1.2化妆品314

11.1.3个人卫生用品315

11.2工业和技术领域中表面活性剂的作用原理316

11.2.1纺织工业316

11.2.2食品工业318

11.2.3医药和农药319

11.2.4涂料320

11.2.5建筑业322

11.2.6矿物浮选323

11.2.7能源工业323

11.2.8电子工业和金属加工业325

11.2.9化学工业326

11.2.10制浆造纸工业328

11.2.11制革工业329

11.2.12环境保护329

11.2.13生命科学331

11.3表面活性剂与纳米技术332

11.3.1表面活性剂与纳米材料的制备332

11.3.2表面活性剂与纳米材料的分散342

11.3.3表面活性剂与纳米材料的表面修饰和改性344

11.3.4新型纳米技术与纳米材料举例346

参考文献/ 349

附录/ 350

ⅠDu Noüy环法测定表面张力校正因子f数值表350

Ⅱ滴体积法测定表面张力校正因子F数值表354

Ⅲ滴外形法测定表面张力不同S值时的1/H表355

Ⅳ一些表面活性剂的饱和吸附量(Γ∞)、分子截面积(a∞)、pc20、cmc/c20以及πcmc值357

Ⅴ一些表面活性剂的临界胶束浓度(cmc)值364

Ⅵ一些表面活性剂的胶束聚集数373

Ⅶ一些表面活性剂的HLB值375

Ⅷ乳化油相所需要的HLB值378

Ⅸ常用物理化学常数和单位换算表379

崔正刚，江南大学教授，男，1958年4月出生，留英博士，两次国家公派出国访问学者。目前为江南大学化学与材料工程学院教授，博士生导师。研究方向为胶体和表面活性剂，感兴趣的研究领域包括表面活性剂相互作用，三次采油用表面活性剂，乳状液和微乳液，纳米颗粒表面活性剂等。已在SCI刊物和国内核心期刊上发表论文60余篇，并多次参加国际会议交流。参与过国家自然科学基金项目，主持多项与企业的合作项目。著作有：《表面活性剂、胶体与界面化学基础》、《表面活性剂和界面现象》（译著）、《化学工程与工艺专业综合实验》等

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编辑推荐

   表面活性剂素有“工业味精”之美誉，不仅在日用化工以及其它众多的传统工业和技术领域有广泛的应用，而且在材料、能源以及生命科学等高技术领域也觅得用武之地。

   《表面活性剂、胶体与界面化学基础》（第二版）在上版基础上进行了完善和更新，修正了错误，增补了表面活性剂在纳米技术以及其他方面的新应用，如纳米微乳液，智能型分子开关等。内容仍以“表面活性剂的溶液化学”为主线，阐述表面活性剂的作用原理，同时注重与表面活性剂相关的胶体化学、界面化学应用内容。因此本书与经典的《胶体化学》、《胶体与表（界）面化学》、《应用胶体化学》等教材或著作在选材上有所区别，例如有关胶体的内容仅限于含水的胶体体系，如气一液、液一液、固一液分散体系，而气一固分散体系和固体表面化学等则不在本书内容之列。

延伸阅读：

《表面活性剂和界面现象》 《表面活性剂、胶体与界面化学基础实验》《化学工程与工艺专业综合实验》

书摘插图

前言

前言

本书第1版于2013年出版，作为教材受到许多学生和读者的喜爱。由于各种原因，在第1版第1次印刷中存在一些错误，经过作者和编辑的共同努力，在第2次印刷时纠正了绝大多数错误。一些读者也给作者发来了邮件，指出书中的错误之处，作者在此向他们表示衷心的感谢。

经过6年来的使用，本书于2018年入选“十三五”江苏省高等学校重点教材，为此作者在第1版的基础上做了进一步的修订，以体现近年来胶体与界面化学领域的一些新成果。主要修订内容包括：

(1)在第1章中增加了测定表面张力的气泡压力法；

(2)在第2章中更换了一些理论公式；

(3)在第5章增加了开关型或刺激响应型表面活性剂的内容；

(4)在第10章中增加了开关型或刺激响应型乳状液/泡沫等智能体系内容，以及超低浓度离子型表面活性剂与相同电荷纳米颗粒协同稳定新型乳状液等相关内容；

(5)在第10章中增加了纳米乳液一节；

(6)在第11章中增加了表面活性剂与纳米技术一节。

(7)在各章的结尾给出了一些思考题，以帮助读者掌握要点和进一步理解相关内容。但本书未给出思考题答案，以期望读者通过自己的阅读来理解和回答相关问题。

其中，表面活性剂与纳米技术一节由江南大学化学与材料工程学院裴晓梅博士编写，纳米乳液一节由崔正刚教授编写。限于编者的水平，书中疏漏之处仍在所难免，如蒙读者不吝指正，本人将不胜感激。

崔正刚

2019年2月28日

版前言

表面活性剂素有“工业味精”之美誉，不仅在日用化工以及其他众多的传统工业和技术领域有广泛的应用，而且在材料、能源以及生命科学等高技术领域也觅得用武之地。江南大学(前身为无锡轻工业学院)是全国早从事表面活性剂／洗涤剂教学和科研的高等院校之一，已故的夏纪鼎教授于1980年左右在无锡轻工业学院化工系首次开设了“表面化学”课程，但一直没有出版过教材。早期的教学内容主要参照北京大学赵国玺教授编著的《表面活性剂物理化学》和美国M.J.Rosen教授编写的《Surfactants and Interfacial Phenomena》等著作的有关内容。作为夏纪鼎教授的学生，本人自1996以来为本科生主讲该课程，并编写了《溶液表面化学》讲义作为教材，迄今已使用近15年。近年来，随着教改和课程建设的推进，正式出版一部教材被提上议事日程，而随着自身科研经历的丰富以及教学经验的积累，个人也认为编辑出版教材的时机已成熟，于是在2008年由江南大学立项，联合本校的部分教师和武汉大学、山东轻工业学院等高校的相关教师合作编写了本教材。

在教材内容上，本书仍以“表面活性剂的溶液化学”为主，着重阐述表面活性剂的作用原理，同时涉及与表面活性剂相关的胶体化学、界面化学内容。因此本书与经典的《胶体化学》《胶体与表(界)面化学》《应用胶体化学》等教材或著作在选材上有所区别，例如有关胶体的内容仅限于含水的胶体体系，如气-液、液-液、固-液分散体系，而气-固分散体系和固体表面化学等则不在本书内容之列。此外限于篇幅，除微乳液以外的表面活性剂浓体系也不在内容之列。对所选定的教学内容，本书共分为十一章。其中第１～4章为基础部分，介绍了表(界)面张力、弯曲界面、自溶液的吸附、双电层以及单分子层等溶液表面化学的基本概念和相关理论；第5～8章为表面活性剂(稀)溶液化学部分，涉及吸附、自组装(胶团化)和增溶、协同效应及润湿等；第9、10章为胶体化学部分，介绍了胶体的一般性质和经典的胶体稳定理论如DLVO理论，以及典型含水胶体体系如乳状液、微乳液、泡沫及悬浮液体系；后在第11章，系统介绍了表面活性剂在个人用品和工业及技术领域中的应用和作用原理。

本书的编写充分贯彻了理解科学(understand the science)的宗旨，力求从分子水平上阐述表面活性剂的作用原理以及相关的胶体与界面化学原理，尤其对Gibbs过剩、双电层的排斥效应、表面活性剂的自组装(胶团化)机理、质点间范德华相互作用等给予了深入的诠释，使得书名中的“基础”两字名副其实。全书的理论公式相对较多，但除了极少数经典公式如Gibbs公式、Langmuir方程、Szyskowski公式以及Young方程、Laplace方程、Kelvin方程等以外，学生并无必要记住所有方程，而是力求理解。但如果缺少这些方程，则难以达到理解科学的目的。作者认为，本科生在修完物理化学、掌握热力学基本理论的基础上，完全有能力读懂本书的内容。此外与讲义相比，本书增加了表面活性纳米颗粒(surface active，nanoparticles)、双亲性高分子自组装、Mie散射理论、固体表面能的测定、空缺絮凝(depletion flocculation)等新内容，充实了表面活性剂在固／液界面的吸附等内容，并在本书的附录中列出了有关实用数据，例如测定表(界)面张力所需的校正因子、常见表面活性剂的临界胶束浓度(cmc)、胶束聚集数、πcmc、pc20、饱和吸附量、分子截面积、HLB值以及乳化油相所需要的HLB值等数据，使本书不仅可以作为教材供相关专业的本科生和研究生使用，也可以作为一本专业参考书供有关技术人员参考。在单位制方面，本书力求使用国际单位(SI)制。众所周知，当使用不同的单位制例如CGS-ESU单位制时，同一公式或物理化学常数将会以不同的形式或数值出现，从而可能引起误解。对一些著名的公式和常数，当出现这种情况时本书给出了必要的解释，并在附录中给出了常用物理化学常数和单位换算表。本书在编写过程中参考了大量的国内外书籍和期刊，由于大多涉及基本概念，因此除少数内容在当页给出了参考文献以外，其他都没有逐条列出参考文献，而是在书后一并列出了相关的参考书籍目录。编者在此向所有被引用文献的作者表示诚挚的谢意。

本书由江南大学、武汉大学和山东轻工业学院编写。江南大学刘学民(第1章)、齐丽云(第2、4章)、崔正刚(第3、5～10章)、刘雪峰(第5、6章)、刘晓亚(第6章，双亲性高分子的自组装)等老师和武汉大学董金凤(第6章)老师，山东轻工业学院周国伟、吴月(第11章)等老师参与了编写。全书由本人统稿，在此对参与编写的各位同仁表示衷心的感谢，当然也对书中可能存在的错误负责。本书的编写在立项时得到江南大学化学与材料工程学院方云院长和陈明清院长等领导的大力支持和帮助，并得到化学工业出版社的大力支持和精心编辑，在此一并致谢。

限于编者的水平，书中错误之处在所难免，如蒙读者不吝指正，本人将不胜感激。

崔正刚

2012年12月18日