所以，液体的表面张力不是泡沫稳定性的决定因 素。
泡沫的结构与稳定性
(2)表面粘度：
表面粘度是指液体表面单分子层内的粘度。它通常 由两亲分子(如表面活性分子)在表面上所构成的单 分子层产生的。
表面粘度可用来度量液膜强度的大小，表面粘 度越高，液膜强度越大，泡沫越稳定。
泡沫的结构与稳定性
从表中的数据可以看出，表面粘度越大，泡沫越稳定，这是因为表 面粘度越大，液膜的强度越大。表面膜强度与表面吸附分子间的相 互作用有关，相互作用大，则强度大。
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泡沫的危害 泡沫的危害
在实际生产中，泡沫也常常带 来危害。 ★影响仪表操作不利于准确计 量 ★浪费设备容量 ★降低结合强度 ★ 限制生产力 ★ 造成原料和产品的浪费 ★ 延长了反应周期 ★ 影响产品品质 ★ 污染环境、引起事故的原因 之一
消
泡
消泡剂作用原理
消泡剂，又称为抗泡剂，在工业生产的 过程中会产生许多有害泡沫，需要添加 消泡剂。广泛应用于清除胶乳、纺织上 浆、食品发酵、生物医药、涂料、石油 化工、造纸、工业清洗等行业生产过程 中产生的有害泡沫。
吉布斯自由能： G=H–TS ΔG = ΔH – Δ(TS) 在等温、等压下 ΔG = ΔH – TΔS
ΔS熵变（混乱度）与ΔH焓变（热容）均为 差值用于判断一个化学反应是否可以自发进 行ΔG（自由能）
泡沫的结构与稳定性
1、什么是自发过程 无须外力的干涉，“任其自然，不去管它，便能自动进行下去的 过程，称为自发过程。
120°
泡沫的结构与稳定性
普拉托规则在建筑学上的一次应用是尼古拉斯·格雷姆肖在英国康 沃尔郡的伊甸园工程。
泡沫的稳定性
一、影响泡沫稳定性的因素
(1)表面张力 (2)表面粘度 (3)液体粘度 (4)表面张力的“修复”作用 (5)气体通过液膜的扩散(气体透过性) (6)表面电荷的影响
泡沫的结构与稳定性
日本的伊藤光一从泡沫结构的角度对泡沫进行了定义,但是却忽略了气 泡间的相互联系。 伊藤光一：泡沫是大量气体在少量液体中的分散体。液体容积俾 气体 容积大的时候，气泡基本是球形的，彼此之间的作用弱。
泡沫
目前,国内外学者一致认为: 泡沫是由不溶性气体分散在液体或 熔融固体中所形成的分散物系 ，是一 种热力学不稳定体系。
T2 > T1 Q
P2 > P1 气体
h2 > h1 液体
墨滴 扩散
泡沫的结构与稳定性
• 自发过程，往往是混乱度增加的过程
• • • # 墨水在清水中的扩散 # 冰的融化，水的气化 # 锌粒在酸溶液中反应溶解
Δ G判据：ΔG = ΔH – Δ(TS) Δ G < 0, 能自发进行 Δ G > 0 不自发进行，要进行需外力推动， 但反向是自发的。
表面膜吸附分子排列越紧密，则气体越难透过；表面 粘度越高，则气体越难透过。
泡沫的结构与稳定性
(6)表面电荷的影响
液膜表面带有电荷，有 利于液膜保持一定的厚 度，从而有利于泡沫稳 定。
液膜中离子型表面活性剂双电层示意图
静电排斥力
离子型表面活性剂作为起泡剂时，表面活性离子富集于液膜表面，组成了 表面双电层。当液膜变薄至一定程度时，两个双电层发生重叠，产生静电 斥力，有利于液膜保持一定的厚度，所以对泡沫的稳定性有利。
泡沫的定义及形成
3. 分类 按不同的方法，泡沫可分为三种。 (1)按泡沫寿命划分 寿命几秒的“短暂泡沫”和在无干扰条件下能维持几天不破的“持久 泡沫” (2)按产生泡沫的力和破泡之间的平衡分 不断接近平衡状态的“不稳定性泡沫”和平衡过程受阻的“稳定性泡 沫” (3)按聚集状态分 液多气少的“气泡分散体系”和气多液少的“泡沫”
决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的强度。
小结
• 因为泡沫是热力学不稳定体系，其终归会变成具有较小表面积的无泡状态。 因此即使外观看来平静、比较稳定的泡沫体系，泡沫液也在不断地下落、蒸 发，不断进行着下述三阶段的变化： （1）气泡大小分布的变化 液膜包裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的气球。由于气球膜有收缩力，所以 气球中压力大于气球外的压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气 泡外的压力。气泡大小的再分布，就是由气泡膜内气体的压力变化引起的。 气泡中气体压力的大小，依赖气泡膜的曲率半径 （2）气泡液膜变薄 取一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底部出现一些液体，而逐渐形成液相 及液面上的泡沫相这样具有界面的两层。底部出现的液体一部分是泡沫破灭 形成的，一部分是气泡膜变薄，排出液体形成的。 泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排液而变薄，泡沫液会受重力 的影响向下排液，泡沫液随时间延续而变薄。 （3）泡沫破灭 泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低，液膜会急剧变薄，最后液膜会变 得十分脆弱，以至分子的热运动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液变薄 到一定程度，泡沫即瞬间破灭。 泡沫层内部的小气泡破灭后，虽一时还不能导致气液分离，只是合并成大气 泡，但排液过程使泡膜液量大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，最 后泡沫体系崩溃，气液分离。
消泡剂作用原理
物理方法：
搅拌、改变温度、使液体蒸发或冻结、急剧改变压力、离心 分离溶液、超声波振动及过滤
化学方法： 加入消泡剂 凡是加入少量物质能使泡沫很快消失的物质称为消泡剂，十 分快捷、便当、高效、用量小。
消泡剂作用原理
• 当发泡体系剧烈发泡时，滴加消泡剂后，如变魔术似的泡 沫立即消灭。实际上消泡剂的作用是抵消助泡物质的稳泡 作用。 • 泡沫本来是极不稳定的，如纯净的水在搅拌之下，也会形 成泡沫，但是一旦停止搅拌，泡沫马上消除。如果在水中 添加了助泡物质，由于助泡物的稳泡作用，才难以使泡沫 破灭。所以即使是会起泡的纯净表面活性剂，因为没有助 泡物，也不会形成稳定的泡沫。 • 人们研究消泡剂抵消助泡物稳泡的作用机理，是在上个世 纪40 年代开始，专家们各显神通提出许多机理。 • 以下分别介绍。综合了各路专家的推论，我们对消泡剂的 消泡机理会有一定的认识。
泡沫的定义及形成
4. 泡沫产生的条件 (1)气液接触：只有当气体与液体连续充分地接触时才有可能产生泡 沫,这是泡沫产生的必要条件。 (2)发泡速度高于破泡速度
一种纯液体要形成稳定的泡沫是很困难的。
纯水中气泡上升情况
泡沫的定义及形成
5、形成稳定泡沫的处理剂 ①表面活性剂类：肥皂 ②蛋白质类：例如蛋白质、明胶等，对泡沫也有良好的稳定作 用。这类物质虽然降低表面张力能力有限，但是它可以形成具有一定 机械强度的薄膜。 ③固体粉末：洗衣粉 ④其他类型：包括非蛋白质类的高分子化合物。
Δ G = 0 处于平衡状态。
泡沫的结构与稳定性
泡沫是热力学不稳定体系 热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由能 较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡过程 中自由能变化如下： △G=γ △A △G——自由能的变化 △A——表面积的变化 γ ——比表面能
泡沫的结构与稳定性
起泡时，液体表面积增加，△A为正值，因而△G为正值， 也就是说，起泡过程不是自发过程。 另一方面，泡沫的气液界面非常大，例如：半径1cm 厚 0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达25cm2；可 是，当其破灭为一个液滴后，表面积只有0.26cm2,相差上百 倍。显然，液体起泡后，表面自由能比无泡状态高得多。 泡沫破灭、合并的过程中，△A是一个绝对值是很大的负 数，也就是说泡沫破灭、合并的过程，自由能减小的数值很 大。因此泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表 面积的无泡状态。
当气体进入含有表面活性 剂的溶液中时,便会形成长时间 稳定的泡沫体系。
表面活性剂中气泡上升情况
泡沫的结构与稳定性
普拉托 边界
6、泡沫的结构——plateau边界（普拉托 边界）
泡沫的结构与稳定性
当有三个或更多气泡在一起时， 气泡与气泡之间的形成plateau 边界，也称为Gibbs（吉布斯） 三角。
小结
从以上的讨论可以看出，影响泡沫稳定性的因素 很多，但最重要的因素是液膜的强度。 当表面活 性剂作为起泡剂及稳泡剂时，表面吸附分子排列 的紧密程度是决定表面膜强度的要因素。排列 紧密，则相互作用强，使表面膜强度大，而且使 表面吸附层下面邻近的溶液不易流动，排液相对 困难，液膜厚度容易保持，所以有较高的泡沫稳 定性。
消泡剂作用原理
• 1罗斯假说 • (1)扩展系数 • 1941年，哈金斯(Harkins.W.D）提出了扩展系数 S 的概 念
S＝ m int a
m —起泡介质的表面张力(mN·m-1）一般为水； int—消泡剂与起泡介质的界面张力(mN·m-1) a —消泡剂的表面张力(mN·m-1) 哈金斯认为当S>0时，消泡剂能在泡沫液膜上扩展，而当 S<0时，则不能在泡沫液膜上扩展。 • 也就是说S值越大则消泡剂越易在泡膜上扩散。从式可见 消泡剂的表面张力越小，则S 值越大，越易在泡膜表面扩 散，消泡效果也越好。 • • • •
知识拓展 泡沫与消泡剂
1
2
泡沫
泡沫定义及形成
泡沫的结构与稳定性
3
4
消泡剂消泡原理
什么是泡沫？
泡沫
泡沫是一种普遍的自然现象，对于我们 大家来说，也许并不陌生。
泡沫
泡沫（foam）泡沫的研究最早可以追溯到柏拉图时代（ (公元前427～ 公元前345），但几百年来人们对泡沫的定义一直没有形成统一的认识 。 美国胶体化学家L·I·Osipow和道康宁公司的R·F·Smith从泡沫的密度方 面对泡沫进行了定义： L·I·Osipow：由于泡沫的液体壁厚薄不同，泡沫的比重，高可近 似于液体，低可近似于气体。 R·F·Smith：泡沫是体积密度接近气体，而不接近液体的“气液分 散体。
泡沫的结构与稳定性
平衡移动的一般规律：当体系达到平衡后，如果改变体系的平衡 条件之一（如：温度、压力、浓度等），平衡就向着减弱这个改 变的方向移动。