�ݺ�ߣ

Interfacial phenomena
อ.นิชธิมา แพงนคร

Outline

1. Interfacial Tension, Surface tension

2. Spreading coefficient, Contact angle

3. Adsorption Isotherm

4. Pharmaceutical Aplication

Interfacial

ผิวประจัน (Interfacial)
รอยตอระหวางพื้นผิวของสสารตางชนิด ทั้งในสภาวะที่มีเฟสเหมือนหรือแตกตาง
กัน
 หากผิวของสสารเชื่อมตอกับอากาศ พื้นผิวประจันนั้นจะถูกเรียกวา พื้นผิว
(surface)

ประเภทของผิวประจัน

Phase Interfacial Tension Type of Interface
Gas – gas -
Gas – liquid γLV Liquid surface
Gas – liquid γSV Solid surface
Liquid – liquid Interface
Liquid - liquid γLL
(emulsion)
Liquid – solid Interface
Liquid - Solid γLS
(suspension)
Solid- solid Interface
Solid - Solid γSS
(powder particles)

Liquid-Gas
and
Liquid-Liquid Interface

Interfacial Tension

แรงตึงผิว
คือแรงที่เกิดขึ้นบริเวณที่ผิวของของเหลวสัมผัสกับของเหลวอื่นหรือกับ
ผิวของแข็งโดยมีพลังงานเพียงพอตอการยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล ซึ่ง
มีขนาดสัมพัทธกับแรงยึดติดและแรงเกาะติด
 Cohesion เปนแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลชนิดเดียวกัน
 Adhesion เปนแรงดงดดระหวางโมเลกลตางชนดกน
ึ ู  ุ ิ ั
แรงตึงผิวจะเปนแรงที่กระทําตอโมเลกุลของของเหลวในแนวขนานไป
กับพื้นผิวของของเหลว

�ݺ�ߣ interfacial phenomena pdf

Surface Tension Interfacial Tension

Droplet

การเกิดหยดของเหลว อิทธิพลของแรงตึงผิวจะพยายามปรับรูปรางให
เม็ดของของเหลวมีลักษณะเปนรูปทรงกลม ทําใหแรงดันในหยด
ของเหลวมากขึ้น เพื่อใหเกิดแรงตานแรงตึงผิว เปนผลใหหยดของเหลว
คงสภาพอยูไดอยางสมดุล

แรงดันภายใ�Ȩ��ยดของเหลว = Pπr 2
แรงตึงผิว = 2πrγLV

จากสมดุลของแรง Pπr2 = 2πrγLV

ความดันภายในหยดของเหลว
P = 2γLV / r

Capillarity

การไหลขึ้นของของเหลวในหลอดแคบ

ที่ระดับสูงสุดของของเหลวในหลอด
จะมีแรงดึงขึนของของเหลวจากผิวเทากับแรงดึงลงเนื่องจาก
้
แรงโนมถวงของโลก
h = ความสูง
ρ= ความหนาแนน, 
h = 2γLV cos θ g = อัตราเรงโนมถวงของโลก
r = รัศมีของหลอด
ρrg θ = มุมที่ของเหลวทํากับหลอดแกว
ของเหลวสวนมาก θ ~ 0

การวัดคาแรงตึงผว
ิ

DuNoüy ring

Wtotal = Wring + 2 (2πr) γ
 25% error

γ= fr . β
2πr
 β = Correction factor

Wilhelmy Plate

γ = w total – (w plate – b)
2 L cos θ

 Plate : platinum,glass

Quiz
กรอบที่มีดานที่เลื่อนไดยาว 5 cm ตองใชมวล 5 g
เพื่อดึงใหฟลมขาด จงหาSurface tension ของฟลม ??

0.5 g × 981 cm/sec2
γ = = 49 dynes/cm
2 × 5 cm

Spreading coefficient

คาสัมประสิทธิ์การแผขยาย
เมื่อเติมของเหลวชนิดหนึ่งบนของเหลวอีกชนิดหนึ่ง ของเหลวจะแผ
กระจายเปนฟลมหรือเปนหยดขึ้นกับคา Spreading coefficient (S)
Spreading coefficient เปนผลตางของพลงงาน 2 คา
  ั 
 Work of adhesion (Wa)
 Work of cohesion (Wc)

Work of adhesion
Work of adhesion (Wa)
งานที่ใช แยกของเหลว 2 วัตภาคออก
จากกัน

Wa = γL + γS - γLS

Work of cohesion
Work of cohesion (Wc)
งานที่ใชแยกของเหลวชนิดเดียวกันออก
จากกัน

Wc = 2γL

S = W a- W c
S = γS - γLS - γL
หรือ = γS – ( γLS + γL )

 สารจะแผกระจายดี เมื่อ Wa > Wc หรือ S เปน +
 สารจะรวมกลุมเปนหยด เมื่อ Wa < Wc หรือ S เปน -

Quiz 2
Surface tension (dyne/cm) ของน้า = 72.8, benzene = 28.9 และ
ํ
interfacial tension ระหวางน้ํากับ benzene = 35.0
 จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อหยด benzene ลงในน้ํา ?

Spreading
เมื่อหยด benzene ลงในน้ํา
S = γ S − (γ L + γ LS )

 Sub-layer คือ น้ํา ; 72.8
 Spreading คือ benzene ; 28.9
 S = 72.8 – (28.9 + 35.0) = 8.9 dynes/cm

การดูดซับบนระหวางชั้นของเหลว

ตวถกละลาย  solute
ั ู ถา solute ชอบละลายใน solvent
ตวทาลายsolvent
ั ํ  Solute จะไปอยูใน solvent
 Surface tension เพิ่ม
 เรียกวา negative adsorption
 การละลายของ NaCl ในน้ํา

การดูดซับบนระหวางชั้นของเหลว

ถา solute ชอบอยูที่ผิวหนาของ solvent

 Solute จะไปเรียงตัวแทนที่โมเลกุลที่ผิวหนา solvent
 Surface tension ลดลง
 เรียกวา positive adsorption
 การละลายของสารลดแรงตึงผิว

Surface active agent

สารออกฤทธิตอพื้นผิว , สารลดแรงตึงผิว ,surfactant
์
โมกุลสารนี้จะมีลักษณะ Amphiphile
 Hydrophilic มีขั้วหรือสวนที่ชอบน้ํา
 Hydrophobic ไมมีขั้วหรือสวนที่ไมชอบน้ํา

ชนดของ surfactant
ิ

แบงตามคา Hydrophilic-Lipophilic

Balance, HLB
 HLB สูง - โมเลกุลมีสวนที่ชอบ
น้ํามาก
 HLB ต่ํา - โมเลกุลมีสวนที่ชอบ
น้ํานอย

ชนดของ surfactant
ิ

 แบงตามคุณสมบัติทางเคมี
1. สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวก (Cationic surfactant)
2. สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุลบ (Anionic surfactant)
3. สารลดแรงตึงผิวที่ไมมีประจุ (Nonionic surfactant)
4. สารลดแรงตึงผิวที่มีทั้งประจุบวกและประจุลบ (Zwitterionic
surfactant)

Anionic surfactant Nonionic surfactant

Amphoteric surfactant

Cationic surfactant

การใชประโยชนของสารลดแรงตึงผิว

ในทางเภสัชกรรม ผลิตยาน้ํา ยาอิมัลชัน ยาเม็ด
สวนประกอบในผลิตภัณฑทําความสะอาด เชน ผงซักฟอก สบู ยาสีฟน
สวนประกอบในเครื่องสําอาง
อุตสาหกรรม เชน กระบวนการยอมผา อาหาร
การแกไขปญหาสิ่งแวดลอม เชน บําบัดน้ําเสีย

Solid-Gas
and
Solid-Liquid Interface

Contact angle

คามุมสัมผัส
มุมระหวางเสนสัมผัสของหยดของเหลวทีไมเคลื่อนที่บนพื้นผิวโดย
่
จุดเริ่มตนอยู ณ ตําแหนงที่เปนจุดสัมผัสของทังอากาศ ของเหลวและ
้
ของแข็ง
Young’s equation
γSV = γSL + γLV cosθ

Wettability of Powders

ความสามารถในการเปยกของผงยา

Contact angles of pharmaceutical powders

 Contact angle = 0 สารเปยกอยางสมบูรณ
 Contact angle = 0 – 90 สารเปยกบางสวน
 Contact angle > 90 สารไมเปยก

Adsorption

การดูดซับ
ลักษณะของโมเลกุลจากสภาวะปกติไปสูสภาวะที่ยึดติดบนพื้นผิวของ
สารอีกชนิดหนึ่ง
 สารถูกดูดซับ(adsorbate)
 สารดูดซับ(adsorbent)

ประเภทของการึϸ�ึϸ�ับ
ลักษณะจําเพาะ การดูดซับทางกายภาพ การดูดซับทางเคมี

พันธะระหวาง absorbent -adsorbate Vander Waals Forces Covalent หรือ ionic bond

Energy of adsorption 20-40 KJ / mole 40-400 KJ / mole

ความจําเพาะเจาะจงระหวาง absorbent - ไมจําเพาะ มีความจําเพาะ
adsorbate
ผลของอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมเิ พิ่มการดูดซับนอยลง เมื่ออุณหภูมเิ พิ่มอัตราเร็วการดูดซับเพิ่มขึ้น

การผนกลับของกระบวนการดูดซับ
ั ผันกลับได ไมผันกลับ

อัตราเร็วของการดูดซับ คงที่ เพิมตามอุณหภูมิ
่

จํานวนชนของการดดซับ
ั้ ู เกิด monolayer ที่ความดันต่ํา เมื่อ เกิด monolayer เทานั้น
ความดันเพิ่มเกิด multilayerได

การดูดซับบนผิวของแข็ง และกาซ
การดูดซับบนผิวของแข็ง และกาซ เกิดขึนเนื่องจากการไมสมดุลของ
้
พันธะยึดเหนียว ระหวางอะตอมหรือโมเลกุล
่
ที่สัมผัสกับอากาศไมมีพันธะ จึงทําใหเกิดแรงดึงดูดโมเลกุลของสาร
อื่นๆที่อยูใกลเขามาภายในเนื้อของสาร ในทิศทางที่ตั้งฉากกับพื้นผิว
การดูดซับทางกายภาพ

ปจจัยที่เกี่ยวของกับการดูดซับกาซบนของแข็ง

การเกิด interaction ระหวาง adsorbent และ adsorbate
พื้นที่ผิว
อุณหภูมิ - ขึ้นกับวาดูดหรือคายพลังงาน
ความดันของกาซ - ความดันสูง ดูดซับมาก
 Adsorption isotherm

Adsorption isotherm
 ความสัมพั นธ ระหวางปริมาณกาซทีถูก ดูดซึ ม บนของแข็ ง
่
(X/m) และความดัน ณ อุณหภูมิคงที่คาหนึ่ง

Freundlich isotherm

X
= Kp1/n
m

 X = น้ําหนักของกาซที่ถูกดูดซับ
 m = น้ําหนักของของแข็ง
 p = ความดันของกาซ
 K, n = คาคงที่

Langmuir isotherm
P 1 P
= +
Y bYm Ym

 P = ความดัน
 Ym = ปริมาณกาซที่เกดเปน monolayer
ิ 
 b = คาคงที่
 y = ปริมาณกาซที่ถูกดูดซับ

BET isotherm

P 1 b −1 P
= + ⋅
y ( P0 − P) Ymb Ymb P0

 ใชในการอธิบายการดูดซับแบบ multilayer

การดูดซับใ�Ȩ��ะบบྺองแྺ็ง-ของเหลว

ประสิทธิภาพของกระบวนการดูดซับใ�Ȩ��ะบบྺองแྺ็ง-ของเหลว

1. ความปนปวน
2. ขนาดและพื้นที่ผิวของวัสดุดูดซับ
3. ความสามารถในการละลายน้าของสารที่ถกดูดซับไวที่ผิวของวัสดุดูดซับ
ํ ู
4. ขนาดของสารทีถกดูดซับ
่ ู
5. คาความเปนกรดเปนดาง
6. อุณหภูมิของน้ํา มีผลตอความเร็วของกระบวนการดูดซับ และความสามารถ
ของวัสดุดูดซับในการดูดซับมลสารที่มีอยูในน้ําหรือกาซ
7. ชนิดของวัสดุดูดซับ
50

ประโยชนของตัวดูดซับ

เปนตัวยาสําคัญ เชน Kaolin, Activated charcoal
เปนสารชวยในตํารับ เชน การเตรียมยาน้ําแขวนตะกอน
อื่นๆ เชน สารฟอกสี สารดูดกลิ่น สารดูดความชื้น

Activated charcoal
ถานกัมมันตมรูเล็กๆ จํานวนมาก จึงมีพนทีผิวมากกวาสารชนิดอื่นที่มี
ี ื้ ่
น้ําหนักเทากัน

http://www.cee.vt.edu/program_areas/environmental/teach/wtprimer/carbon/sketcarb.html#C

�ݺ�ߣ

�ݺ�ߣ interfacial phenomena pdf

More Related Content

�ݺ�ߣ interfacial phenomena pdf