Nguyên Tắc và Ứng Dụng của Bề Mặt, Giao Diện và Colloid - Phiên Bản Thứ Hai của Drew Myers

Khám phá nội dung cuốn sách "Myers d surfaces interfaces and colloids 2ed wiley 1999t519s" về bề mặt, giao diện và keo trong khoa học vật liệu.

Trường đại học

John Wiley & Sons, Inc.

Chuyên ngành

Surface and Colloid Science

Tác giả

Ẩn danh

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

textbook

1999

519
1
0

Phí lưu trữ

135 Point

Mục lục chi tiết

Lời nói đầu cho lần tái bản thứ hai

Lời nói đầu cho lần xuất bản thứ nhất

1. Chương 1: Bề mặt và hệ keo: Vùng chạng vạng

1.1. Giới thiệu: Thế giới của những chiều kích bị lãng quên

1.2. Góc nhìn lịch sử

1.3. Hướng tới tương lai

1.4. Bài tập

2. Chương 2: Bề mặt và diện tích liên bề mặt: Các khái niệm chung

2.1. Bản chất của diện tích liên bề mặt

2.2. Năng lượng tự do bề mặt

2.2.1. Công kết dính và bám dính

2.2.2. Các trạng thái chuẩn tham chiếu

2.3. Bản chất phân tử của vùng liên bề mặt

2.4. Bài tập

3. Chương 3: Hoạt tính bề mặt và cấu trúc chất hoạt động bề mặt

3.1. Yêu cầu cấu trúc cơ bản cho hoạt tính bề mặt

3.2. Cấu trúc và nguồn gốc chất hoạt động bề mặt

3.2.1. Phân loại chất hoạt động bề mặt

3.2.2. Các khối cấu trúc cho phân tử chất hoạt động bề mặt

3.2.3. Các nhóm hòa tan của chất hoạt động bề mặt

3.2.4. Các nhóm kỵ nước phổ biến của chất hoạt động bề mặt

3.3. Tầm quan trọng kinh tế của chất hoạt động bề mặt

3.4. Chất hoạt động bề mặt trong môi trường

3.4.1. Sự phân hủy sinh học của chất hoạt động bề mặt

3.4.2. Các quy tắc phân hủy sinh học

3.5. Bài tập

4. Chương 4: Lực hút

4.1. Tương tác hóa học và vật lý

4.2. Tầm quan trọng của lực vật lý tầm xa

4.3. Phân loại các lực vật lý

4.3.1. Tương tác Coulomb hoặc tĩnh điện

4.3.2. Các tương tác khác liên quan đến ion

4.4. Lực van der Waals

4.4.1. Tương tác lưỡng cực - lưỡng cực

4.4.2. Tương tác lưỡng cực lấy trung bình theo góc

4.4.3. Tương tác lưỡng cực - lưỡng cực cảm ứng

4.4.4. Lực London - van der Waals (phân tán)

4.4.5. Tổng tương tác van der Waals giữa các phân tử phân cực

4.4.6. Ảnh hưởng của môi trường không chân không

4.5. Tương tác giữa các bề mặt và hạt

4.5.1. Tương tác bề mặt trong môi trường không chân không

4.5.2. Tương tác lưỡng cực, lưỡng cực cảm ứng và liên kết hydro (axit - bazơ) tại các liên bề mặt

4.6. Thuyết Lifshitz: Phương pháp tiếp cận môi trường liên tục

4.6.1. Một số hạn chế của thuyết Hamaker và Lifshitz

4.6.2. Hiệu ứng đường kính cầu cứng

4.7. Ảnh hưởng của dòng thủy động lực học trong tương tác liên bề mặt

4.8. Bài tập

5. Chương 5: Lực tĩnh điện và lớp điện kép

5.1. Các nguồn tạo điện tích liên bề mặt

5.1.1. Độ tan ion vi sai

5.1.2. Sự ion hóa trực tiếp các nhóm bề mặt

5.1.3. Sự thay thế ion bề mặt

5.1.4. Hấp phụ ion đặc hiệu

5.2. Lý thuyết tĩnh điện: Định luật Coulomb

5.2.1. Phân bố Boltzmann và lớp điện kép

5.2.2. Độ dày lớp điện kép: Chiều dài Debye

5.2.3. Hấp phụ ion đặc hiệu và lớp Stern

5.3. Điện di ranh giới di động

5.4. Điện di gel (vùng)

5.5. Một số nhận xét thực tế về các đặc tính điện động

5.6. Bài tập

6. Chương 6: Hiện tượng mao dẫn

6.1. Tính chất và động lực học chất lưu

6.2. Lực dẫn động mao dẫn trong hệ lỏng - chất lưu

6.2.1. Hệ rắn - lỏng - chất lưu: Ảnh hưởng của góc tiếp xúc

6.2.2. Dòng mao dẫn và các quá trình trải rộng

6.2.3. Các cân nhắc hình học trong dòng mao dẫn

6.2.4. Đo lường lực dẫn động mao dẫn

6.2.5. Các phức tạp trong phân tích dòng mao dẫn

6.2.6. Tốc độ và các dạng dòng mao dẫn

6.3. Một số hệ mao dẫn thực tế

6.3.1. Sự thấm ướt trong sợi dệt và giấy

6.3.2. Chống thấm nước hoặc kiểm soát độ đẩy nước

6.3.3. Hiện tượng mao dẫn trong các quá trình tẩy rửa

6.4. Bài tập

7. Chương 7: Bề mặt chất rắn

7.1. Độ linh động bề mặt trong chất rắn

7.2. "Lịch sử" và các đặc tính của bề mặt chất rắn

7.3. Năng lượng tự do bề mặt chất rắn so với sức căng bề mặt

7.4. Sự hình thành bề mặt chất rắn

7.4.1. Bề mặt chất rắn vô định hình

7.5. Bài tập

8. Chương 8: Diện tích liên bề mặt lỏng - chất lưu

8.1. Bản chất của bề mặt chất lỏng: Sức căng bề mặt

8.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sức căng bề mặt

8.1.2. Ảnh hưởng của độ cong bề mặt

8.1.3. Sức căng bề mặt động

8.2. Sức căng bề mặt của các dung dịch

8.2.1. Chất hoạt động bề mặt và sự giảm sức căng bề mặt

8.2.2. Ảnh hưởng của mật độ pha

8.3. Hấp phụ chất hoạt động bề mặt và đơn lớp Gibbs

8.3.1. Hiệu suất, hiệu quả và cấu trúc chất hoạt động bề mặt

8.4. Màng đơn phân tử không tan

8.4.1. Các trạng thái vật lý của màng đơn lớp

8.4.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến loại màng được hình thành

8.4.3. Sự hình thành màng hỗn hợp

8.4.4. Màng bề mặt của polyme và protein

8.4.5. Màng đơn lớp tại liên bề mặt lỏng - lỏng và trên chất lỏng không chứa nước

8.4.6. Đơn lớp lắng đọng và màng đa lớp

8.5. Nhận xét cuối cùng

8.6. Bài tập

9. Chương 9: Sự hấp phụ

9.1. Độ dư bề mặt Gibbs

9.2. Phương trình hấp phụ Gibbs

9.3. Hấp phụ tại liên bề mặt rắn - hơi

9.3.1. Cân nhắc về năng lượng: Hấp phụ vật lý so với hấp phụ hóa học

9.3.2. Hấp phụ hóa học và xúc tác dị thể

9.3.3. Chất xúc tiến và chất độc xúc tác

9.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ rắn - hơi

9.4.1. Phân loại các đường đẳng nhiệt hấp phụ

9.4.2. Đường đẳng nhiệt Langmuir

9.4.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

9.4.4. Đường đẳng nhiệt Brunauer - Emmett - Teller (BET)

9.4.5. Diện tích bề mặt từ đường đẳng nhiệt BET

9.5. Hấp phụ tại các liên bề mặt rắn - lỏng

9.6. Mô hình hấp phụ

9.7. Định lượng sự hấp phụ chất hoạt động bề mặt

9.7.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ trong hệ rắn - lỏng

9.7.2. Sự hấp phụ và biến tính liên bề mặt rắn - lỏng

9.7.3. Sự hấp phụ và bản chất của bề mặt chất hấp phụ

9.7.4. Ảnh hưởng của môi trường đến sự hấp phụ

9.7.5. Ảnh hưởng của sự hấp phụ lên bản chất của bề mặt chất rắn

9.8. Bài tập

10. Chương 10: Hệ keo và độ bền hệ keo

10.1. Tầm quan trọng của hệ keo và hiện tượng keo

10.2. Hệ keo: Một định nghĩa thực tế

10.3. Một số điểm về danh pháp

10.4. Các cơ chế hình thành hệ keo

10.4.1. Các phương pháp nghiền mịn hoặc phân tán

10.5. "Nguồn gốc" của hành vi keo

10.6. Các quy tắc cơ bản cho độ bền hệ keo

10.6.1. Vấn đề về ngữ nghĩa

10.6.2. Các cơ chế làm bền

10.6.3. Tổng quan về các lực liên phân tử cơ bản

10.6.4. Các lực liên hạt cơ bản

10.6.5. Các tương tác hút trong môi trường không chân không

10.7. Các nguồn tạo độ bền hệ keo

10.7.1. Bề mặt tích điện và lớp điện kép

10.7.2. Một số yếu tố phức tạp

10.8. Sự làm bền không gian hoặc entanpi

10.8.1. Cơ chế làm bền không gian

10.8.2. Ảnh hưởng của dung môi trong sự làm bền không gian

10.8.3. Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử polyme

10.8.4. Sự keo tụ do suy giảm

10.9. Động học va chạm hạt: Sự đông tụ nhanh

10.9.1. Nồng độ đông tụ tới hạn

10.9.2. Thuyết Deryagin - Landau - Verwey - Overbeek (DLVO)

10.9.3. Sự keo tụ thuận nghịch và cực tiểu thứ cấp

10.9.4. Đường cong tương tác hoàn chỉnh

10.10. Bài tập

11. Chương 11: Nhũ tương

11.1. Các khái niệm cơ bản trong khoa học và công nghệ nhũ tương

11.2. Nhũ tương và liên bề mặt lỏng - lỏng

11.2.1. Phân loại chất nhũ hóa và chất làm bền

11.2.2. Yếu tố nào quyết định loại nhũ tương?

11.3. Hấp phụ tại các liên bề mặt lỏng - lỏng

11.4. Các cân nhắc chung về sự hình thành và độ bền của nhũ tương

11.5. Một số chi tiết cơ chế làm bền

11.5.1. Chất nhũ hóa và chất làm bền polyme

11.5.2. Cấu trúc chất hoạt động bề mặt và hiệu năng nhũ tương

11.5.3. Tinh thể lỏng và độ bền nhũ tương

11.5.4. Hệ chất hoạt động bề mặt hỗn hợp và phức chất liên bề mặt

11.6. Cân bằng ưa nước - ưa béo (HLB)

11.7. Năng lượng gắn kết và thông số độ tan

11.7.1. Các thông số độ tan, chất hoạt động bề mặt và nhũ tương

11.7.2. Mối quan hệ giữa HLB và thông số độ tan

11.7.3. Phương pháp tiếp cận hình học

11.8. Nhiệt độ đảo pha (PIT)

11.8.1. Ứng dụng của HLB và PIT trong công thức nhũ tương

11.8.2. Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến độ bền

11.9. Nhũ tương kép

11.9.1. Danh pháp cho nhũ tương kép

11.9.2. Điều chế và độ bền của nhũ tương kép

11.9.3. Sự phá vỡ nhũ tương sơ cấp

11.9.4. Các chất hoạt động bề mặt và thành phần pha

11.10. Bài tập

12. Chương 12: Bọt

12.1. Tầm quan trọng của bọt

12.2. Các tính chất cơ bản của bọt

12.3. Độ bền hoặc độ tồn lưu của bọt

12.3.1. Các điều kiện nhiệt động học cho độ bền

12.4. Kiểm soát thực tế khả năng tạo bọt và độ tồn lưu

12.4.1. Sự làm bền bằng chất hoạt động bề mặt monome

12.4.2. Polyme và sự làm bền bọt

12.5. Sự tạo bọt và cấu trúc chất hoạt động bề mặt

12.6. Tinh thể lỏng và độ bền bọt

12.7. Ảnh hưởng của chất phụ gia lên tính chất tạo bọt của chất hoạt động bề mặt

12.8. Sự ức chế bọt

12.9. Bài tập

13. Chương 13: Khí dung

13.1. Tầm quan trọng của khí dung

13.2. Tính chất keo của khí dung

13.2.1. Động lực học của sự chuyển động khí dung

13.2.2. Các tương tác keo trong khí dung

13.3. Khí dung lỏng: Mù và sương mù

13.3.1. Phun sương và các cơ chế liên quan hình thành mù và sương mù

13.3.2. Các quá trình quán tính để hình thành giọt

13.3.3. Sự hình thành khí dung bằng cách ngưng tụ

13.4. Khí dung rắn: Bụi và khói

13.5. Sự phá hủy khí dung

13.6. Bài tập

14. Chương 14: Polyme tại các liên bề mặt

14.1. Độ tan của các đại phân tử

14.1.1. Thống kê về cấu hình chuỗi polyme trong dung dịch

14.1.2. Các vấn đề với bước đi ngẫu nhiên

14.2. Sự hấp phụ của polyme tại các liên bề mặt

14.3. Tương tác polyme - chất hoạt động bề mặt

14.3.1. Các cơ chế hình thành phức chất polyme - chất hoạt động bề mặt

14.3.2. Polyme, chất hoạt động bề mặt và sự hòa tan tăng cường

14.3.3. Trùng hợp nhũ tương

14.4. Bài tập

15. Chương 15: Hệ keo liên kết: Micelle, túi thể và màng

15.1. Độ tan của chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ Krafft và điểm đục

15.2. Tinh thể lỏng của chất hoạt động bề mặt

15.3. Sự hình thành micelle

15.3.1. Các biểu hiện của sự hình thành micelle

15.3.2. Nhiệt động học cổ điển của sự hình thành micelle

15.3.3. Năng lượng tự do của quá trình micelle hóa

15.3.4. Hình học phân tử và sự hình thành hệ keo liên kết

15.3.5. Một số tương quan giữa cấu trúc chất hoạt động bề mặt, môi trường và sự micelle hóa

15.4. Nồng độ micelle tới hạn

15.4.1. Ảnh hưởng của các chất phụ gia

15.4.2. Sự hình thành micelle trong các hệ chất hoạt động bề mặt hỗn hợp

15.4.3. Sự hình thành micelle trong môi trường không chứa nước

15.5. Túi thể và màng hai lớp

15.5.1. Túi thể polyme hóa và lớp kép lipid

15.5.2. Chất hoạt động bề mặt màng hoặc lipid

15.5.3. Động lực học màng

15.6. Bài tập

16. Chương 16: Sự hòa tan tăng cường, xúc tác micelle và vi nhũ tương

16.1. Sự hòa tan tăng cường

16.1.1. "Vị trí không gian" của sự hòa tan tăng cường

16.1.2. Quá trình hòa tan tăng cường

16.1.3. Khái quát về cấu trúc chất hoạt động bề mặt và khả năng hòa tan

16.1.4. Sự hòa tan tăng cường và bản chất của chất phụ gia

16.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hòa tan tăng cường

16.1.6. Ảnh hưởng của chất điện ly thêm vào

16.1.7. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự hòa tan tăng cường

16.2. Sự hòa tan tăng cường và dinh dưỡng

16.3. Xúc tác micelle

16.3.1. Xúc tác trong dung môi nước

16.3.2. Xúc tác trong dung môi không chứa nước

16.4. Vi nhũ tương

16.4.1. Micelle, vi nhũ tương hay nhũ tương thô?

16.4.2. Sức căng liên bề mặt âm

16.5. Bài tập

17. Chương 17: Sự thấm ướt và trải rộng

17.1. Góc tiếp xúc

17.1.1. Các kỹ thuật đo góc tiếp xúc

17.1.2. Hiện tượng trễ góc tiếp xúc

17.1.3. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt lên góc tiếp xúc và sự thấm ướt

17.1.4. Các khía cạnh động học của hiện tượng trễ

17.2. Nhiệt động học của sự thấm ướt

17.2.1. Hệ số trải rộng

17.2.2. Phân loại các quá trình thấm ướt

17.2.3. Các mối quan hệ nhiệt động hữu ích bổ sung cho sự thấm ướt

17.3. Góc tiếp xúc và tính toán năng lượng bề mặt chất rắn

17.3.1. Sức căng bề mặt tới hạn của sự thấm ướt

17.3.2. Một số nhược điểm thực tế

17.4. Động học của sự thấm ướt

17.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng thấm ướt động

17.5. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt lên các quá trình thấm ướt

17.5.1. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt trên bề mặt không phân cực

17.5.2. Chất hoạt động bề mặt và sự thấm ướt trên bề mặt phân cực

17.6. Bài tập

18. Chương 18: Ma sát, bôi trơn và mài mòn

18.1. Ma sát và bản chất của bề mặt

18.1.1. Kim loại và oxit kim loại

18.1.2. Tinh thể có cấu trúc tương đối đẳng hướng

18.1.3. Vật liệu tinh thể dị hướng hoặc dạng lớp

18.2. Các cơ chế bôi trơn

18.2.1. Một số nhận xét cuối cùng về bôi trơn

18.3. Mài mòn hóa học

18.4. Bài tập

19. Chương 19: Sự bám dính

19.1. Bám dính nhiệt động học hoặc lý tưởng

19.2. Một số điều kiện để có độ bám dính "tốt"

19.3. Tầm quan trọng của việc xác định dạng phá hủy

19.4. Vai trò của khuyết tật mối nối trong sự phá hủy bám dính

19.5. Bài tập

Tài liệu tham khảo

Chỉ mục

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nguyên Tắc và Ứng Dụng của Bề Mặt Giao Diện và Colloid

Bề mặt, giao diện và colloid là những khái niệm quan trọng trong khoa học vật liệu và hóa học. Chúng đóng vai trò thiết yếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Việc hiểu rõ về các nguyên tắc này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và phát triển sản phẩm mới. Phiên bản thứ hai của tài liệu này cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về các khía cạnh này.

1.1. Khái niệm cơ bản về bề mặt và giao diện

Bề mặt và giao diện là nơi xảy ra các tương tác giữa các pha khác nhau. Chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật lý và hóa học của vật liệu.

1.2. Định nghĩa về colloid và tầm quan trọng của nó

Colloid là hệ thống phân tán mà trong đó các hạt nhỏ được phân tán trong một môi trường khác. Chúng có ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, dược phẩm và công nghệ.

II. Những Thách Thức trong Nghiên Cứu Bề Mặt và Giao Diện

Nghiên cứu về bề mặt và giao diện gặp phải nhiều thách thức, từ việc đo lường đến việc hiểu rõ các tương tác phức tạp. Những thách thức này cần được giải quyết để cải thiện hiệu suất của các sản phẩm và quy trình.

2.1. Vấn đề đo lường bề mặt và giao diện

Việc đo lường chính xác các đặc tính bề mặt là rất khó khăn do sự phức tạp của các tương tác tại giao diện.

2.2. Tương tác hóa học và vật lý tại bề mặt

Các tương tác hóa học và vật lý tại bề mặt có thể ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu, gây ra những khó khăn trong việc dự đoán hành vi của chúng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Bề Mặt và Giao Diện Hiện Đại

Có nhiều phương pháp nghiên cứu bề mặt và giao diện, từ các kỹ thuật quang học đến các phương pháp hóa học. Những phương pháp này giúp hiểu rõ hơn về các đặc tính của bề mặt và giao diện.

3.1. Kỹ thuật quang học trong nghiên cứu bề mặt

Kỹ thuật quang học như quang phổ và hiển vi cho phép quan sát và phân tích bề mặt với độ chính xác cao.

3.2. Phương pháp hóa học để phân tích giao diện

Các phương pháp hóa học như sắc ký và điện hóa giúp xác định các thành phần và tính chất của giao diện.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Bề Mặt và Colloid trong Công Nghiệp

Bề mặt và colloid có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, từ sản xuất thực phẩm đến dược phẩm. Việc hiểu rõ các nguyên tắc này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

4.1. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Colloid được sử dụng trong sản xuất thực phẩm để cải thiện độ ổn định và chất lượng của sản phẩm.

4.2. Vai trò của bề mặt trong ngành dược phẩm

Bề mặt ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và hiệu quả của thuốc, do đó việc nghiên cứu bề mặt là rất quan trọng trong ngành dược phẩm.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Bề Mặt và Colloid

Nghiên cứu về bề mặt và colloid đang ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều phát hiện mới và ứng dụng tiềm năng.

5.1. Xu hướng nghiên cứu trong tương lai

Các xu hướng nghiên cứu mới sẽ tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới và cải thiện quy trình sản xuất.

5.2. Tác động của công nghệ đến nghiên cứu bề mặt

Công nghệ mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho việc nghiên cứu và ứng dụng bề mặt và colloid trong các lĩnh vực khác nhau.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

15/07/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Surfaces, Interfaces, and Colloids: Principles and Applications, Second Edition. Drew Myers Copyright  1999 John Wiley & Sons, Inc. ISBNs: 0-471-33060-4 (Hardback); 0-471-23499-0 (Electronic) SURFACES, INTERFACES, AND COLLOIDS SURFACES, INTERFACES, AND COLLOIDS Principles and Applications SECOND EDITION Drew Myers New York • Chichester • Weinheim • Brisbane • Singapore • Toronto Designations used by companies to distinguish their products are often claimed as trademarks. In all inatances where John Wiley & Sons, Inc., is aware of a claim, the product names appear in initial capital or ALL CAPITAL LETTERS.

Readers, however, should contact the appropriate companies for more complete information regarding trademark and registration. Copyright © 1999 by John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including uploading, downloading, printing, decompiling, recording or otherwise, except as permitted under Sections 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, without the prior written permission of the Publisher.

Requests to the Publisher for permission should be addressed to the Permissions Department, John Wiley & Sons, Inc., 605 Third Avenue, New York, NY 10158-0012, (212) 850-6008, fax (212) 850-6008, E-Mail: PERMREQ@WILEY. This publication is designed to provide accurate and authoritative information in regard to the subject matter covered. It is sold with the understanding that the publisher is not engaged in rendering professional services. If professional advice or other expert assistance is required, the services of a competent professional person should be sought.

ISBN 0-471-22111-2 This title is also available in print as ISBN 0-471-41717-3 For more information about Wiley products, visit our web site at www. This work is dedicated to: Christine Betty Jimmy Linda CONTENTS Preface to the Second Edition xvii Preface to the First Edition xix 1 Surfaces and Colloids: The Twilight Zone 1 1.1 Introduction: The World of Neglected Dimensions 1 1.2 An Historical Prospective 5 1.3 A View to the Future 6 Problems 7 2 Surfaces and Interfaces: General Concepts 8 2.1 The Nature of Interfaces 8 2.2 Surface Free Energy 10 2.1 The Work of Cohesion and Adhesion 13 2.2 Standard Reference States 18 2.3 The Molecular Nature of the Interfacial Region 18 Problems 20 3 Surface Activity and Surfactant Structures 21 3.1 Basic Structural Requirements for Surface Activity 21 3.2 Surfactant Structures and Sources 23 3.1 The Classification of Surfactants 24 3.2 Building Blocks for Surfactant Molecules 25 3.3 Surfactant Solubilizing Groups 29 3.4 Common Surfactant Hydrophobic Groups 30 3.3 The Economic Importance of Surfactants 34 3.4 Surfactants in the Environment 36 3.1 Biodegradation of Surfactants 36 3.2 Rules for Biodegradation 37 Problems 38 4 Attractive Forces 40 4.1 Chemical and Physical Interactions 40 4.2 The Importance of Long-Range Physical Forces 41 vii viii CONTENTS 4.3 Classification of Physical Forces 42 4.1 Coulombic or Electrostatic Interactions 43 4.2 Other Interactions Involving Ions 45 4.4 van der Waals Forces 55 4.1 Dipole–Dipole Interactions 55 4.2 Angle-Averaged Dipolar Interactions 57 4.3 Dipole-Induced Dipole Interactions 57 4.4 The London–van der Waals (Dispersion) Force 58 4.5 Total van der Waals Interactions between Polar Molecules 62 4.6 Effects of a Nonvacuum Medium 64 4.5 Interactions between Surfaces and Particles 66 4.1 Surface Interactions in Nonvacuum Media 67 4.2 Dipole, Induced Dipole, and Hydrogen Bonding (Acid–Base) Interactions at Interfaces 68 4.6 Lifshitz Theory: A Continuum Approach 69 4.1 Some Shortcomings of the Hamaker and Lifshitz Theories 72 4.2 Hard Sphere Diameter Effects 72 4.7 Hydrodynamic Flow Effects in Interfacial Interactions 74 Problems 77 5 Electrostatic Forces and the Electrical Double Layer 79 5.1 Sources of Interfacial Charge 79 5.1 Differential Ion Solubility 81 5.2 Direct Ionization of Surface Groups 81 5.3 Substitution of Surface Ions 82 5.4 Specific-Ion Adsorption 82 5.2 Electrostatic Theory: Coulomb’s Law 83 5.1 Boltzman’s Distribution and the Electrical Double Layer 84 5.2 Double-Layer Thickness: The Debye Length 85 5.3 Specific-Ion Adsorption and the Stern Layer 88 5.2 Moving-Boundary Electrophoresis 93 5.3 Gel (Zone) Electrophoresis 93 CONTENTS ix 5.4 Some Practical Comments on Electrokinetic Characteristics 94 Problems 96 6 Capillarity 97 6.1 Fluid Properties and Dynamics 97 6.3 Capillary Driving Forces in Liquid–Fluid Systems 101 6.1 Solid–Liquid–Fluid Systems: the Effect of Contact Angle 103 6.2 Capillary Flow and Spreading Processes 104 6.3 Geometric Considerations in Capillary Flow 107 6.4 Measurement of Capillary Driving Forces 109 6.5 Complications to Capillary Flow Analysis 112 6.6 Rates and Patterns of Capillary Flow 117 6.4 Some Practical Capillary Systems 118 6.1 Wetting in Woven Fibers and Papers 118 6.2 Waterproofing or Repellency Control 121 6.3 Capillary Action in Detergency Processes 122 Problems 123 7 Solid Surfaces 125 7.1 Surface Mobility in Solids 125 7.2 ‘‘History’’ and the Characteristics of Solid Surfaces 129 7.3 Solid Surface Free Energy vs Surface Tension 130 7.4 The Formation of Solid Surfaces 132 7.3 Amorphous Solid Surfaces 135 Problems 138 8 Liquid–Fluid Interfaces 140 8.1 The Nature of a Liquid Surface: Surface Tension 140 8.2 Temperature Effects on Surface Tension 143 x CONTENTS 8.3 The Effect of Surface Curvature 144 8.4 Dynamic Surface Tension 145 8.2 Surface Tensions of Solutions 147 8.1 Surfactants and the Reduction of Surface Tension 150 8.2 Effects of Phase Densities 151 8.3 Surfactant Adsorption and Gibbs Monolayers 151 8.1 Efficiency, Effectiveness, and Surfactant Structure 152 8.4 Insoluble Monomolecular Films 158 8.5 The Physical States of Monolayer Films 162 8.4 Some Factors Affecting the Type of Film Formed 167 8.5 Mixed-Film Formation 170 8.6 Surface Films of Polymers and Proteins 171 8.7 Monolayer Films at Liquid–Liquid Interfaces and on Nonaqueous Liquids 172 8.8 Deposited Monolayers and Multilayer Films 173 8.6 A Final Comment 174 Problems 174 9 Adsorption 179 9.1 The Gibbs Surface Excess 180 9.2 The Gibbs Adsorption Equation 183 9.2 Adsorption at the Solid–Vapor Interface 186 9.1 Energetic Considerations: Physical Adsorption versus Chemisorption 187 9.2 Chemisorption and Heterogeneous Catalysis 190 9.3 Catalytic Promoters and Poisons 193 9.3 Solid–Vapor Adsorption Isotherms 193 9.1 Classification of Adsorption Isotherms 194 9.2 The Langmuir Isotherm 196 9.3 The Freundlich Adsorption Isotherm 197 CONTENTS xi 9.4 The Brunauer–Emmett–Teller (BET) Isotherm 198 9.5 Surface Areas from the BET Isotherm 198 9.4 Adsorption at Solid–Liquid Interfaces 199 9.5 The Adsorption Model 200 9.6 Quantification of Surfactant Adsorption 202 9.1 Adsorption Isotherms in Solid–Liquid Systems 202 9.2 Adsorption and Modification of the Solid–Liquid Interface 204 9.3 Adsorption and Nature of the Adsorbent Surface 204 9.4 Environmental Effects on Adsorption 208 9.5 Effects of Adsorption on the Nature of the Solid Surface 210 Problems 211 10 Colloids and Colloidal Stability 214 10.1 The Importance of Colloids and Colloidal Phenomena 214 10.2 Colloids: A Working Definition 215 10.3 Some Points of Nomenclature 218 10.3 Mechanisms of Colloid Formation 219 10.1 Comminution or Dispersion Methods 219 10.4 The ‘‘Roots’’ of Colloidal Behavior 222 10.5 Ground Rules for Colloidal Stability 223 10.1 A Problem of Semantics 225 10.2 Mechanisms of Stabilization 226 10.3 A Review of Basic Intermolecular Forces 226 10.4 Fundamental Interparticle Forces 228 10.5 Attractive Interactions in Nonvacuum Media 229 10.6 Sources of Colloidal Stability 230 10.1 Charged Surfaces and the Electrical Double Layer 231 10.2 Some Complicating Factors 231 10.7 Steric or Enthalpic Stabilization 233 10.1 The Mechanism of Steric Stabilization 234 10.2 Solvent Effects in Steric Stabilization 236 10.3 Effects of Polymer Molecular Weight 237 10.4 Depletion Flocculation 238 xii CONTENTS 10.1 Kinetics of Particle Collisions: Fast Coagulation 239 10.3 Critical Coagulation Concentration 243 10.4 The Deryagin–Landau–Verwey–Overbeek (DLVO) Theory 244 10.5 Reversible Flocculation and the Secondary Minimum 247 10.9 The Complete Interaction Curve 248 Problems 248 11 Emulsions 253 11.1 Fundamental Concepts in Emulsion Science and Technology 253 11.3 Emulsions and the Liquid–Liquid Interface 255 11.1 Classification of Emulsifiers and Stabilizers 256 11.2 What Determines Emulsion Types? 258 11.4 Adsorption at Liquid–Liquid Interfaces 259 11.5 General Considerations of Emulsion Formation and Stability 261 11.6 Some Mechanistic Details of Stabilization 262 11.1 Polymeric Emulsifiers and Stabilizers 263 11.4 Surfactant Structure and Emulsion Performance 265 11.5 Liquid Crystals and Emulsion Stability 266 11.6 Mixed Surfactant Systems and Interfacial Complexes 267 11.8 The Hydrophile–Lipophile Balance (HLB) 270 11.9 Cohesive Energies and the Solubility Parameter 273 11.7 Solubility Parameters, Surfactants, and Emulsions 278 11.8 The Relationship between HLB and Solubility Parameter 281 11.9 The Geometric Approach 282 11.1 Phase Inversion Temperature (PIT) 283 11.2 Application of HLB and PIT in Emulsion Formulation 284 11.3 Some Other Factors Affecting Stability 286 CONTENTS xiii 11.1 Nomenclature for Multiple Emulsions 289 11.2 Preparation and Stability of Multiple Emulsions 289 11.3 Primary Emulsion Breakdown 291 11.4 The Surfactants and Phase Components 293 Problems 293 12 Foams 293 12.1 The Importance of Foams 295 12.3 Basic Properties of Foams 297 12.4 Foam Stability or Persistence 298 12.1 Thermodynamic Conditions for Stability 302 12.5 Practical Control of Foamability and Persistence 303 12.1 Monomeric Surfactant Stabilization 306 12.2 Polymers and Foam Stabilization 306 12.6 Foam Formation and Surfactant Structure 307 12.7 Liquid Crystals and Foam Stability 309 12.8 The Effects of Additives on Surfactant Foaming Properties 310 12.9 Foam Inhibition 312 Problems 314 13 Aerosols 317 13.1 The Importance of Aerosols 317 13.2 Colloidal Properties of Aerosols 318 13.1 Dynamics of the Aerosol Movement 319 13.2 Colloidal Interactions in Aerosols 321 13.3 Liquid Aerosols: Mists and Fogs 323 13.1 Spraying and Related Mechanisms of Mist and Fog Formation 324 13.2 Inertial Processes for Drop Formation 325 13.5 Aerosol Formation by Condensation 328 13.4 Solid Aerosols: Dust and Smoke 331 13.5 The Destruction of Aerosols 333 Problems 337 xiv CONTENTS 14 Polymers at Interfaces 339 14.1 The Solubility of Macromolecules 339 14.1 Statistics of Polymer Chain Conformations in Solution 340 14.2 Problems with Random Walks 341 14.2 Adsorption of Polymers at Interfaces 341 14.3 Polymer–Surfactant Interactions 344 14.1 Mechanisms of Polymer–Surfactant Complex Formation 346 14.2 Polymers, Surfactants, and Solubilization 354 14.3 Emulsion Polymerization 354 Problems 356 15 Association Colloids: Micelles, Vesicles, and Membranes 358 15.1 Surfactant Solubility, Krafft Temperature, and Cloud Point 359 15.2 Surfactant Liquid Crystals 362 15.1 Manifestations of Micelle Formation 366 15.2 Classic Thermodynamics of Micelle Formation 369 15.3 Free Energy of Micellization 371 15.4 Molecular Geometry and the Formation of Association Colloids 373 15.5 Some Correlations between Surfactant Structure, Environment, and Micellization 378 15.2 The Critical Micelle Concentration 380 15.3 The Effect of Additives 384 15.4 Micelle Formation in Mixed-Surfactant Systems 387 15.5 Micelle Formation in Nonaqueous Media 388 15.6 Vesicles and Bilayer Membranes 390 15.2 Polymerized Vesicles and Lipid Bilayers 392 15.1 Membrane Surfactants or Lipids 393 15.2 Membrane Dynamics 395 Problems 395 16 Solubilization, Micellar Catalysis, and Microemulsions 397 16.1 Solubilization 397 CONTENTS xv 16.1 The ‘‘Geography’’ of Solubilization 398 16.2 The Solubilization Process 400 16.3 Generalizations on Surfactant Structure and Solubilizing Power 401 16.4 Solubilization and the Nature of the Additive 402 16.5 The Effect of Temperature on Solubilization 402 16.7 The Effects of Added Electrolyte 403 16.8 Miscellaneous Factors Affecting Solubilization 404 16.2 Solubilization and Nutrition 405 16.1 Catalysis in Aqueous Solvent 407 16.2 Catalysis in Nonaqueous Solvents 409 16.1 Micelle, Microemulsion, or Macroemulsion? 410 16.2 Negative Interfacial Tensions 412 Problems 413 17 Wetting and Spreading 415 17.1 The Contact Angle 415 17.1 Contact Angle Measurement Techniques 419 17.2 Contact Angle Hysteresis 419 17.3 The Effects of Surface Roughness on Contact Angles and Wetting 420 17.5 Kinetic Aspects of Hysteresis 422 17.2 The Thermodynamics of Wetting 423 17.2 The Spreading Coefficient 425 17.3 Classification of Wetting Processes 426 17.4 Additional Useful Thermodynamic Relationships for Wetting 428 17.3 Contact Angles and Calculation of Solid Surface Energies 430 17.1 The Critical Surface Tension of Wetting 432 17.2 Some Practical Drawbacks 434 17.4 The Kinetics of Wetting 435 17.1 Factors Affecting Dynamic Wetting Phenomena 437 xvi CONTENTS 17.6 Effects of Surfactants on Wetting Processes 439 17.1 Surfactant Effects on Nonpolar Surfaces 441 17.2 Surfactants and Wetting on Polar Surfaces 442 Problems 445 18 Friction, Lubriation, and Wear 448 18.2 Friction and the Nature of the Surface 451 18.1 Metals and Metal Oxides 452 18.2 Crystals with Relatively Isotropic Structures 453 18.3 Anisotropic or Layered Crystalline Materials 453 18.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ