slide interfacial phenomena pdf
TRANSCRIPT
Interfacial phenomenaอ.นชธมา แพงนคร
Outline
Interfacial Tension, Surface tension1.
Spreading coefficient, Contact angle2.
3.
Pharmaceutical Aplication4.
Adsorption Isotherm
Interfacial
ผวประจน (Interfacial)รอยตอระหวางพนผวของสสารตางชนด ทงในสภาวะทมเฟสเหมอนหรอแตกตาง
กน
หากผวของสสารเชอมตอกบอากาศ พนผวประจนนนจะถกเรยกวา พนผว
(surface)
ประเภทของผวประจน
Phase Interfacial Tension Type of Interface
Gas – gas -
Gas – liquid γLV Liquid surface
Gas – liquid γSV Solid surface
Liquid - liquid γLL
Liquid – liquid Interface
(emulsion)
Liquid - Solid γLS
Liquid – solid Interface
(suspension)
Solid - Solid γSS
Solid- solid Interface
(powder particles)
Liquid-Gas and Liquid-Liquid Interface
Interfacial Tension
แรงตงผว
คอแรงทเกดขนบรเวณทผวของของเหลวสมผสกบของเหลวอนหรอกบ
ผวของแขงโดยมพลงงานเพยงพอตอการยดเหนยวระหวางโมเลกล ซง
มขนาดสมพทธกบแรงยดตดและแรงเกาะตด Cohesion เปนแรงดงดดระหวางโมเลกลชนดเดยวกน
Adhesion เปนแรงดงดดระหวางโมเลกลตางชนดกน
แรงตงผวจะเปนแรงทกระทาตอโมเลกลของของเหลวในแนวขนานไป
กบพนผวของของเหลว
γLV = fb2 L
Surface Tension Interfacial Tension
Droplet
การเกดหยดของเหลว อทธพลของแรงตงผวจะพยายามปรบรปรางให
เมดของของเหลวมลกษณะเปนรปทรงกลม ทาใหแรงดนในหยด
ของเหลวมากขน เพอใหเกดแรงตานแรงตงผว เปนผลใหหยดของเหลว
คงสภาพอยไดอยางสมดล
แรงดนภายในหยดของเหลว = Pπr 2
แรงตงผว = 2πrγLV
จากสมดลของแรง Pπr2 = 2πrγLV
ความดนภายในหยดของเหลว
P = 2γLV / r
Capillarity
การไหลขนของของเหลวในหลอดแคบ
ทระดบสงสดของของเหลวในหลอด
จะมแรงดงขนของของเหลวจากผวเทากบแรงดงลงเนองจาก
แรงโนมถวงของโลก
h = 2γLV cos θρrg
h = ความสง
ρ= ความหนาแนน, g = อตราเรงโนมถวงของโลก
r = รศมของหลอด
θ = มมทของเหลวทากบหลอดแกว
ของเหลวสวนมาก θ ~ 0
การวดคาแรงตงผว
DuNoüy ring
Wtotal = Wring + 2 (2πr) γ 25% error
γ = fr . β2πr
β = Correction factor
Wilhelmy Plate
γ = w total – (w plate – b) 2 L cos θ
Plate : platinum,glass
Quiz
กรอบทมดานทเลอนไดยาว 5 cm ตองใชมวล 5 g
เพอดงใหฟลมขาด จงหาSurface tension ของฟลม ??
dynes/cm49cm52cm/sec981g0.5γ
2
=×
×=
Spreading coefficient
คาสมประสทธการแผขยาย
เมอเตมของเหลวชนดหนงบนของเหลวอกชนดหนง ของเหลวจะแผ
กระจายเปนฟลมหรอเปนหยดขนกบคา Spreading coefficient (S)
Spreading coefficient เปนผลตางของพลงงาน 2 คา
Work of adhesion (Wa)
Work of cohesion (Wc)
Work of adhesion
Work of adhesion (Wa)
งานทใช แยกของเหลว 2 วตภาคออก
จากกน
Wa = γL + γS - γLS
Work of cohesion
Work of cohesion (Wc)
งานทใชแยกของเหลวชนดเดยวกนออก
จากกน
Wc = 2γL
S = Wa- Wc
S = γS - γLS - γL หรอ = γS – ( γLS + γL )
สารจะแผกระจายด เมอ Wa > Wc หรอ S เปน +
สารจะรวมกลมเปนหยด เมอ Wa < Wc หรอ S เปน -
Quiz 2
Surface tension (dyne/cm) ของนา = 72.8, benzene = 28.9 และ
interfacial tension ระหวางนากบ benzene = 35.0
จะเกดอะไรขนเมอหยด benzene ลงในนา ?
Spreading
เมอหยด benzene ลงในนา
Sub-layer คอ นา ; 72.8
Spreading คอ benzene ; 28.9
S = 72.8 – (28.9 + 35.0) = 8.9 dynes/cm
)γ(γγS LSLS +−=
การดดซบบนระหวางชนของเหลว
ตวถกละลาย solute
ตวทาลายsolvent
ถา solute ชอบละลายใน solvent
Solute จะไปอยใน solvent
Surface tension เพม
เรยกวา negative adsorption
การละลายของ NaCl ในนา
การดดซบบนระหวางชนของเหลว
ถา solute ชอบอยทผวหนาของ solvent
Solute จะไปเรยงตวแทนทโมเลกลทผวหนา solvent
Surface tension ลดลง
เรยกวา positive adsorption
การละลายของสารลดแรงตงผว
Surface active agent
สารออกฤทธตอพนผว , สารลดแรงตงผว ,surfactantโมกลสารนจะมลกษณะ Amphiphile Hydrophilic มขวหรอสวนทชอบนา
Hydrophobic ไมมขวหรอสวนทไมชอบนา
ชนดของ surfactant
แบงตามคา Hydrophilic-Lipophilic
Balance, HLB
HLB สง - โมเลกลมสวนทชอบ
นามาก
HLB ตา - โมเลกลมสวนทชอบ
นานอย
ชนดของ surfactant
แบงตามคณสมบตทางเคม
1. สารลดแรงตงผวทมประจบวก (Cationic surfactant)2. สารลดแรงตงผวทมประจลบ (Anionic surfactant)3. สารลดแรงตงผวทไมมประจ (Nonionic surfactant)4. สารลดแรงตงผวทมทงประจบวกและประจลบ (Zwitterionic
surfactant)
Anionic surfactant
Cationic surfactant
Nonionic surfactant
Amphoteric surfactant
การใชประโยชนของสารลดแรงตงผว
ในทางเภสชกรรม ผลตยานา ยาอมลชน ยาเมด
สวนประกอบในผลตภณฑทาความสะอาด เชน ผงซกฟอก สบ ยาสฟน
สวนประกอบในเครองสาอาง
อตสาหกรรม เชน กระบวนการยอมผา อาหาร
การแกไขปญหาสงแวดลอม เชน บาบดนาเสย
Solid-Gas and Solid-Liquid Interface
Contact angle
คามมสมผส
มมระหวางเสนสมผสของหยดของเหลวทไมเคลอนทบนพนผวโดย
จดเรมตนอย ณ ตาแหนงทเปนจดสมผสของทงอากาศ ของเหลวและ
ของแขง
Young’s equationγSV = γSL + γLV cosθ
Wettability of Powders
ความสามารถในการเปยกของผงยา
Contact angles of pharmaceutical powders
Contact angle = 0 สารเปยกอยางสมบรณ
Contact angle = 0 – 90 สารเปยกบางสวน
Contact angle > 90 สารไมเปยก
Sessile drop
Wettability test
Adsorption
การดดซบ
ลกษณะของโมเลกลจากสภาวะปกตไปสสภาวะทยดตดบนพนผวของ
สารอกชนดหนง
สารถกดดซบ(adsorbate)
สารดดซบ(adsorbent)
ประเภทของการดดซบลกษณะจาเพาะ การดดซบทางกายภาพ การดดซบทางเคม
พนธะระหวาง absorbent -adsorbate Vander Waals Forces Covalent หรอ ionic bond
Energy of adsorption 20-40 KJ / mole 40-400 KJ / mole
ความจาเพาะเจาะจงระหวาง absorbent -
adsorbate
ไมจาเพาะ มความจาเพาะ
ผลของอณหภม เมออณหภมเพมการดดซบนอยลง เมออณหภมเพมอตราเรวการดดซบเพมขน
การผนกลบของกระบวนการดดซบ ผนกลบได ไมผนกลบ
อตราเรวของการดดซบ คงท เพมตามอณหภม
จานวนชนของการดดซบ เกด monolayer ทความดนตา เมอ
ความดนเพมเกด multilayerได
เกด monolayer เทานน
การดดซบบนผวของแขง และกาซ
การดดซบบนผวของแขง และกาซ เกดขนเนองจากการไมสมดลของ
พนธะยดเหนยว ระหวางอะตอมหรอโมเลกล
ทสมผสกบอากาศไมมพนธะ จงทาใหเกดแรงดงดดโมเลกลของสาร
อนๆทอยใกลเขามาภายในเนอของสาร ในทศทางทตงฉากกบพนผว
การดดซบทางกายภาพ
ปจจยทเกยวของกบการดดซบกาซบนของแขง
การเกด interaction ระหวาง adsorbent และ adsorbate
พนทผว
อณหภม - ขนกบวาดดหรอคายพลงงาน
ความดนของกาซ - ความดนสง ดดซบมาก
Adsorption isotherm
Adsorption isotherm
ความสมพนธระหวางปรมาณกาซทถกดดซมบนของแขง
(X/m) และความดน ณ อณหภมคงทคาหนง
Freundlich isotherm
X = นาหนกของกาซทถกดดซบ
m = นาหนกของของแขง
p = ความดนของกาซ
K, n = คาคงท
1/nKpmX
=
Langmuir isotherm
P = ความดน
Ym = ปรมาณกาซทเกดเปน monolayer
b = คาคงท
y = ปรมาณกาซทถกดดซบ
YmP
bYmYP
+=1
BET isotherm
ใชในการอธบายการดดซบแบบ multilayer
00
11)( P
PYmbb
YmbPPyP
⋅−
+=−
การดดซบในระบบของแขง-ของเหลว
50
ประสทธภาพของกระบวนการดดซบในระบบของแขง-ของเหลว
1. ความปนปวน
2. ขนาดและพนทผวของวสดดดซบ
3. ความสามารถในการละลายนาของสารทถกดดซบไวทผวของวสดดดซบ
4. ขนาดของสารทถกดดซบ
5. คาความเปนกรดเปนดาง
6. อณหภมของนา มผลตอความเรวของกระบวนการดดซบ และความสามารถ
ของวสดดดซบในการดดซบมลสารทมอยในนาหรอกาซ
7. ชนดของวสดดดซบ
ประโยชนของตวดดซบ
เปนตวยาสาคญ เชน Kaolin, Activated charcoal
เปนสารชวยในตารบ เชน การเตรยมยานาแขวนตะกอน
อนๆ เชน สารฟอกส สารดดกลน สารดดความชน
Activated charcoal
ถานกมมนตมรเลกๆ จานวนมาก จงมพนทผวมากกวาสารชนดอนทม
นาหนกเทากน
http://www.cee.vt.edu/program_areas/environmental/teach/wtprimer/carbon/sketcarb.html#C