物理化學(xué)第6版：第七章 表面現(xiàn)象3

表面活性劑分類常用表面活性劑類型表面活性劑效率和有效值膠束臨界膠束濃度親水親油平衡表面活性劑的重要作用浮游選礦乳狀液類型起泡作用增溶作用乳化作用洗滌作用潤濕作用第六節(jié)表面活性劑及其作用作為溶質(zhì)能使溶液的表面張力顯著降低的物質(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑分子在結(jié)構(gòu)上都是不對稱的，均由親水性的極性基和憎水性的非極性基兩部分組成。表面活性劑溶于水后，凡能電離的，稱為離子型表面活性劑；不能電離的則稱為非離子型表面活性劑。一、表面活性劑的分類1.離子型2.非離子型陽離子型陰離子型兩性型表面活性劑CH3CH2CH2···CH2CH2－O－S－O-

Na+OOCH3CH2CH2···CH2CH2－N+－CH3Cl-CH3CH3CH3CH2CH2···CH2CH2－N+－CH2COO-

CH3CH3常用的表面活性劑：陰離子表面活性劑RCOONa

羧酸鹽R-OSO3Na

硫酸酯鹽R-SO3Na

磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽陽離子表面活性劑R-NH2·HCl

伯胺鹽

CH3|R-N-HCl

仲胺鹽|H

CH3|R-N-HCl

叔胺鹽|

CH3

CH3|R-N+-CH3Cl-

季胺鹽|CH3兩性表面活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑R2N-(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH

脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑效率使水的表面張力明顯降低所需要的表面活性劑的濃度。顯然，所需濃度愈低，表面活性劑的性能愈好。表面活性劑有效值能夠把水的表面張力降低到的最小值。顯然，能把水的表面張力降得愈低，該表面活性劑愈有效。

表面活性劑的效率與有效值在數(shù)值上常常是相反的。例如，當(dāng)憎水基團(tuán)的鏈長增加時，效率提高而有效值降低。二、表面活性劑的HLB值（一）表面活性劑的親水親油平衡值HLB(hydrophile-lipophilebalance)值，親水親油平衡值，表示表面活性劑的親水性。定義：石蠟HLB＝0，聚乙二醇HLB＝20表面活性劑的HLB＝0－20。DAVIES規(guī)則：

HLB＝7＋

(各基團(tuán)的HLB)C16H33OH:HLB=7+1.9+16×(-0.475)=1.3親水基團(tuán)HLB憎水基團(tuán)HLB－SO3Na38.7－CH-0.475－COOK21.1－CH2－COONa19.1－CH3－N叔胺9.4-0.475脂（6.8－(CH2－CH2－O)－0.33脂(free)2.4－(CH2－CH2－CH－O)-0.15－COOH2.1－OH(free)1.9－O－1.3－OH0.5基團(tuán)的HLB值HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量×100/5例如：石蠟無親水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20。其余非離子型表面活性劑的HLB值介于0～20之間。加水后的性質(zhì)HLB不分散02W/O乳化劑4分散得不好6不穩(wěn)定乳狀分散8潤濕劑穩(wěn)定乳狀分散10半透明至透明分散12洗滌劑O/W乳化劑透明分散1416增溶劑18HLB值和性質(zhì)的關(guān)系根據(jù)需要，可根據(jù)HLB值選擇合適的表面活性劑。例如：HLB值在2～6之間，可作油包水型的乳化劑；8～10之間作潤濕劑；12～18之間作為水包油型乳化劑。HLB值02468101214161820 ||———||——||——||——||

石蠟W/O乳化劑潤濕劑洗滌劑增溶劑| |————|聚乙二醇

O/W乳化劑三、膠束和臨界膠束濃度表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達(dá)一定濃度時，其非極性部分會自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種多分子聚集體稱為膠束。隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。（一）膠束的形成和臨界膠束濃度簡單膠束和層狀膠束棒狀膠束表面活性劑在水溶液中形成膠束所需的最低濃度，稱為臨界膠束濃度(CMC)。臨界膠束濃度與在溶液表面形成飽和吸附所對應(yīng)的濃度基本一致。表面活性劑的水溶液在濃度加大的過程中，系統(tǒng)許多性質(zhì)的變化規(guī)律，都以臨界膠束濃度為界而出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折。

界面張力表面張力滲透壓電導(dǎo)率去污作用摩爾電導(dǎo)率CMC四、表面活性劑的幾種重要作用1.潤濕作用

表面活性劑可以降低液體表面張力，改變接觸角的大小，從而達(dá)到所需的目的。例如，要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90°。潤濕作用去潤濕作用2.起泡作用

“泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。也有時要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度，消除氣泡，防止事故。3.增溶作用

非極性有機(jī)物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。經(jīng)X射線衍射證實，增溶后各種膠束都有不同程度的增大，而整個溶液的的依數(shù)性變化不大。4.乳化作用一種或幾種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散體系稱為乳狀液。要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的水包油乳狀液(O/W)，或以油為連續(xù)相的油包水乳狀液(W/O)。有時為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。5.洗滌作用

洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對被清洗物體的潤濕作用，又要有起泡、增白、占領(lǐng)清潔表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性劑的去污過程可用示意圖說明：A.水的表面張力大，對油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉。B.加入表面活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。C.污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，潔凈表面被活性劑分子占領(lǐng)。首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而達(dá)到了富集的目的。不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。 浮游選礦浮游選礦的原理圖選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。當(dāng)?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。礦物增溶作用一些非極性的碳?xì)浠衔镌谒械娜芙舛群苄。跐舛冗_(dá)到或超過臨界膠束濃度的表面活性劑溶液中卻能溶解它們，形成完全透明、外觀與真溶液非常相似的系統(tǒng)。這種現(xiàn)象稱為表面活性劑的增溶作用。表面活性劑是由于膠束而產(chǎn)生增溶作用。在膠束內(nèi)部，相當(dāng)于液態(tài)的碳?xì)浠衔?。根?jù)性質(zhì)相似相溶原理，非極性有機(jī)溶劑較易溶于膠束內(nèi)部的碳?xì)浠衔镏?，這就形成了增溶現(xiàn)象