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