表面活性劑及其作用

關(guān)于表面活性劑及其作用

能使水的表面張力明顯降低的溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。

這種物質(zhì)通常含有親水的極性基團和憎水的非極性碳鏈或碳環(huán)有機化合物。親水基團進入水中，憎水基團企圖離開水而指向空氣，在界面定向排列。

表面活性物質(zhì)的表面濃度大于本體濃度，增加單位面積所需的功較純水小。非極性成分愈大，表面活性也愈大。7.4.1表面活性劑的分類第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

表面活性劑通常采用按化學(xué)結(jié)構(gòu)來分類，分為離子型和非離子型兩大類，離子型中又可分為陽離子型、陰離子型和兩性型表面活性劑。顯然陽離子型和陰離子型的表面活性劑不能混用，否則可能會發(fā)生沉淀而失去活性作用。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第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天陰離子表面活性劑RCOONa

羧酸鹽陰離子表面活性劑RCOONa

羧酸鹽R-OSO3Na

硫酸酯鹽R-SO3Na

磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天陽離子表面活性劑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第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天兩性表面活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天R-(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

脂肪醇聚氧乙烯醚第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天7.4.2液體對固體的潤濕作用

在等溫等壓條件下，單位面積的液面與固體表面粘附時對外所作的最大功稱為粘附功(WORKOFADHESION)，它是液體能否潤濕固體的一種量度。粘附功越大，液體越能潤濕固體，液-固結(jié)合得越牢。

在粘附過程中，消失了單位液體表面和固體表面，產(chǎn)生了單位液-固界面。粘附功就等于這個過程表面吉布斯自由能變化值的負值。第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天接觸角的示意圖：

在氣、液、固三相交界點，氣-液與液-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用q表示。第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

在氣、液、固三相交界點，氣-液與氣-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用q表示。

若接觸角大于90°，說明液體不能潤濕固體，如汞在玻璃表面；

若接觸角小于90°，液體能潤濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。

接觸角的大小可以用實驗測量，也可以用公式計算：接觸角CONTACTANGLE第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單位面積的氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面，這過程表面自由能變化值的負值稱為鋪展系數(shù)，用S表示。若S≥0，說明液體可以在固體表面自動鋪展。鋪展系數(shù)

SPREDINGCOEFFICIENT第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天臨界膠束濃度簡稱CMC表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束，這開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。這時溶液性質(zhì)與理想性質(zhì)發(fā)生偏離，在表面張力對濃度繪制的曲線上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。7.4.3膠束與增溶作用第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天MICELLE第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天可以將“油”“藏”在水中.第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天表面活性劑作用表面活性劑的用途極廣，主要有五個方面：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°。第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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∧姸?，消除氣泡，防止事故。?0頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天無節(jié)制使用或不處理將污染河流第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3.增溶作用

非極性有機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。第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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。第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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。第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天B.加入表面活性劑后，憎水基團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)。A.水的表面張力大，對油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉。不用洗衣粉的洗衣機第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

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，從而達到了富集的目的。

不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。 表面活性劑用于礦石的浮選第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天浮游選礦的原理圖

選擇合適的捕集劑，使它的親水基團只吸在礦砂的表面，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。第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天7.4.4乳狀液一種或一種以上的液體以液珠的狀態(tài)分散在另一種與其不相混溶的液體中構(gòu)成的系統(tǒng)稱為乳狀液。

簡單的乳狀液通常分為兩大類。習(xí)慣上將不溶于水的有機物稱油，將不連續(xù)以液珠形式存在的相稱為分散相或者內(nèi)相，將連續(xù)存在的液相稱為連續(xù)相(分散介質(zhì))或者外相?？墒谷橐悍€(wěn)定的物質(zhì)稱為乳化劑。天然乳狀液：牛奶；石油；第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)表面活性劑膠束溶液與不溶于水的油相接觸時，會發(fā)生一系列的過程。開始是油自動進入膠束內(nèi)核，發(fā)生增溶作用。隨著油的不斷進入，膠束脹大，最后在膠束內(nèi)形成微滴。這種體系稱為微乳狀液，簡稱微乳液。什么是微乳狀液(簡稱微乳液)微乳狀液(簡稱微乳液)也屬于乳狀液.第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1.水包油乳狀液，用O/W表示。內(nèi)相為油，外相為水，這種乳狀液能用水稀釋，如牛奶等。2.油包水乳狀液，用W/O表示。內(nèi)相為水，外相為油，如油井中噴出的原油。乳狀液的破壞：使兩相分離.乳狀液轉(zhuǎn)化:W/O---O/W第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天檢驗水包油乳狀液加入水溶性染料如亞甲基藍，說明水是連續(xù)相。加入油溶性的染料紅色蘇丹Ⅲ，說明油是不連續(xù)相。第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天乳狀液的應(yīng)用舉例15cm3煤油,25cm3水0.8gC,震蕩,W/O;外觀為油.0.1gSiO2,震蕩,O/W膨化燃油不等于水變?nèi)加图夹g(shù)!1999年的南極科考船被迫中途返航.1986~1996年的騙子王洪成,300多個企業(yè),上億元投資.水中含有氫和氧.氫和氧結(jié)合可以放出大量能量!請分析這句話.第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天液膜萃取技術(shù):應(yīng)用黃連素的提取黃連素:鹽酸小蘗堿,主要從黃柏樹皮或者黃連根的韌皮部提取.黃連主產(chǎn)地在川東和鄂西.傳統(tǒng)中藥是其主根.須根被棄,或者冬天烤火.實際上須根韌皮部的比例更高.1噸根,7~10噸水,10kg濃硫酸,200~300kg食鹽得到10kg鹽酸小蘗堿粗品.液膜萃取技術(shù):鹽酸水溶液/煤油(W/O);萃取;分液;W/O兩相分離.第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1990年在鄂西某國家級貧困縣進行人口普查.社會現(xiàn)象觀察當(dāng)時大學(xué)生是由國家各部門安排工作我?；瘜W(xué)系有本科畢業(yè)生,在縣化肥廠和中學(xué).縣化肥廠半年生產(chǎn),維持溫飽.中學(xué)教師搞了臺塑料共混/熔融吹制塑料包裝機.當(dāng)時自己購買了一臺小轎車.另外有兩兄弟進行生物化學(xué)制藥:豬小腸粘膜,堿煮后加鹽,得到抗凝血劑----肝素鈉.聯(lián)產(chǎn)腸衣.除了日常生活開支,還蓋了兩棟樓.這兩兄弟是初中畢業(yè)的正宗農(nóng)民,拜師學(xué)藝.第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天本小節(jié)完第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天備用件小蘗(nie,第四聲)堿第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

等溫、等壓條件下，兩個單位液面可逆聚合為液柱所作的最大功稱為內(nèi)聚功，是液體本身結(jié)合牢固程度的一種量度。內(nèi)聚時兩個單位液面消失，所以，內(nèi)聚功在數(shù)值上等于該變化過程表面自由能變化值的負值。WORKOFCOHESION第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

等溫、等壓條件下，將具有單位表面積的固體可逆地浸入液體中所作的最大功稱為浸濕功，它是液體在固體表面取代氣體能力的一種量度。

只有浸濕功大于或等于零，液體才能浸濕固體。在浸濕過程中，消失了單位面積