1. Interfacial phenomena
อ.นิชธิมา แพงนคร

2. Outline
1. Interfacial Tension, Surface tension
2. Spreading coefficient, Contact angle
3. Adsorption Isotherm
4. Pharmaceutical Aplication

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

4. 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)

5. Liquid-Gas
and
Liquid-Liquid Interface

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

8. γLV = fb
2L

9. Surface Tension Interfacial Tension

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

11. แรงดันภายในหยดของเหลว = Pπr 2
แรงตึงผิว = 2πrγLV
จากสมดุลของแรง Pπr2 = 2πrγLV
ความดันภายในหยดของเหลว
P = 2γLV / r

12. Capillarity
การไหลขึ้นของของเหลวในหลอดแคบ

13. 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

14. การวัดคาแรงตึงผว
ิ
DuNoüy ring
Wtotal = Wring + 2 (2πr) γ
 25% error
γ= fr . β
2πr
 β = Correction factor

15. Wilhelmy Plate
γ = w total – (w plate – b)
2 L cos θ
 Plate : platinum,glass

16. 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

17. 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)

18. Work of adhesion
Work of adhesion (Wa)
งานที่ใช แยกของเหลว 2 วัตภาคออก
จากกัน
Wa = γL + γS - γLS

19. Work of cohesion
Work of cohesion (Wc)
งานที่ใชแยกของเหลวชนิดเดียวกันออก
จากกัน
Wc = 2γL

20. 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 -

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

22. 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

23. 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

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

25. Surface active agent
สารออกฤทธิตอพื้นผิว , สารลดแรงตึงผิว ,surfactant
์
โมกุลสารนี้จะมีลักษณะ Amphiphile
 Hydrophilic มีขั้วหรือสวนที่ชอบน้ํา
 Hydrophobic ไมมีขั้วหรือสวนที่ไมชอบน้ํา

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

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

30. Anionic surfactant Nonionic surfactant
Amphoteric surfactant
Cationic surfactant

31. 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

32. Solid-Gas
and
Solid-Liquid Interface

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

34. Wettability of Powders
ความสามารถในการเปยกของผงยา

35. Contact angles of pharmaceutical powders

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

37. Sessile drop

38. Wettability test

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

40. ประเภทของการดูดซับ
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

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

42. ปจจัยที่เกี่ยวของกับการดูดซับกาซบนของแข็ง
การเกิด interaction ระหวาง adsorbent และ adsorbate
พื้นที่ผิว
อุณหภูมิ - ขึ้นกับวาดูดหรือคายพลังงาน
ความดันของกาซ - ความดันสูง ดูดซับมาก
 Adsorption isotherm

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

44. Freundlich isotherm
X
= Kp1/n
m
 X = น้ําหนักของกาซที่ถูกดูดซับ
 m = น้ําหนักของของแข็ง
 p = ความดันของกาซ
 K, n = คาคงที่

45. Langmuir isotherm
P 1 P
= +
Y bYm Ym
 P = ความดัน
 Ym = ปริมาณกาซที่เกดเปน monolayer
ิ 
 b = คาคงที่
 y = ปริมาณกาซที่ถูกดูดซับ

46. BET isotherm
P 1 b −1 P
= + ⋅
y ( P0 − P) Ymb Ymb P0
 ใชในการอธิบายการดูดซับแบบ multilayer

49. การดูดซับในระบบของแข็ง-ของเหลว

50. ประสิทธิภาพของกระบวนการดูดซับในระบบของแข็ง-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

51. ประโยชนของตัวดูดซับ
เปนตัวยาสําคัญ เชน Kaolin, Activated charcoal
เปนสารชวยในตํารับ เชน การเตรียมยาน้ําแขวนตะกอน
อื่นๆ เชน สารฟอกสี สารดูดกลิ่น สารดูดความชื้น

52. Activated charcoal
ถานกัมมันตมรูเล็กๆ จํานวนมาก จึงมีพนทีผิวมากกวาสารชนิดอื่นที่มี
ี ื้ ่
น้ําหนักเทากัน
http://www.cee.vt.edu/program_areas/environmental/teach/wtprimer/carbon/sketcarb.html#C