表面活性劑作用原理

1、掌握佐原健二表面活性劑作用原理，1，表面張力，表面活性及表面活性劑的概念。2.掌握表面活性劑臨界膠束濃度的概念及其影響因素。3、了解表面活性劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系。表面活性劑的特殊作用主要來自兩個(gè)方面：1。降低系統(tǒng)的表面張力。2.膠束的形成，2.1表面張力和表面活性2.2表面活性劑2.3表面活性劑2.3表面活性劑結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，2.1表面張力和表面活性，2.1.1表面張力和表面自由能2.1.2表面活性和表面活性劑2.1.3表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征，2.1，液體內(nèi)部分子接收的力可以徐璐抵消，但表面分子的體相分子張力大，氣相分子的張力小，這種作用力使表面自動(dòng)收縮到最小，使表面層表現(xiàn)出表面張力、表面

2、吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等獨(dú)特特性。表面張力(surface tension)，表面層分子的力不平衡導(dǎo)致水滴呈球形，水銀柱和荷葉的水滴也呈球形收縮。液體表面最基本的特性是收縮，有移動(dòng)邊框的金屬線框架放在肥皂液中，然后去除懸掛，移動(dòng)的邊緣在下面。由于金屬框架中肥皂膜的表面張力作用，可滑動(dòng)邊向上拉至頂部。在液膜自動(dòng)收縮的實(shí)驗(yàn)中，可以更好地理解這一現(xiàn)象。在移動(dòng)的邊界上掛一個(gè)重物，使重物的質(zhì)量W2與邊界框的質(zhì)量W1產(chǎn)生的重力F面向與整個(gè)表面張力大小相同的方向，金屬線就不再滑動(dòng)了。(David aser，Northern Exposure，Northern Exposure，)這時(shí)，L是滑動(dòng)邊的長度。

3、因?yàn)槟z片有兩個(gè)側(cè)面，所以邊界的總長度為2l。換句話說，作用于單位邊界的曲面張力。表面張力，兩相(尤其是氣液)界面垂直于表面邊界，具有指向液體方向并與表面相切的張力。作用于單位邊界線的此力稱為表面張力，用G或表示。表面張力的單位是表面作業(yè)(surface work)、形式的比例系數(shù)，是在t、p和固定條件下增加單位面積時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行的可逆非膨脹作業(yè)。表面層分子的力與本體不同，因此如果想將分子從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到界面或可逆地增加表面積，就必須克服系統(tǒng)內(nèi)部的分子間作用力，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行工作。溫度、壓力和配置恒定時(shí)，增加曲面面積dA所需的系統(tǒng)任務(wù)稱為曲面任務(wù)。公式表示：曲面自由能，定義廣義曲面自由能：保持較小的

4、曲面自由能定義相應(yīng)的特征變量，并在單位面積增加時(shí)保持相應(yīng)熱力學(xué)函數(shù)的附加值。表面張力，力的角度：作用于表面單位長度邊的力；從能量角度：單位表面的表面自由能，一些液體，固體的表面張力和液體界面張力，影響表面張力的因素，表面張力是一種強(qiáng)度特性，純液體的表面張力一般是指飽和液體和自身蒸汽的空氣。影響表(界)面張力的因素主要與液體本身的性質(zhì)共存的另一個(gè)性質(zhì)有關(guān)。溫度：溫度增加，表面張力減少。壓力：壓力增大，表面張力減小。表面張力測(cè)量方法，滴重量法：準(zhǔn)確簡單的毛細(xì)管上升法：準(zhǔn)確度高，最常用的林格法最大氣泡壓力法滴流外刑法：表面吸附率慢的溶液，2節(jié)表面張力測(cè)量，(1)威廉米法，f是修飾符，3，最大氣泡壓力

5、法，(3)，最大氣泡壓力法接觸內(nèi)徑為R的毛細(xì)管，然后在毛細(xì)管內(nèi)外產(chǎn)生壓力差(或通過毛細(xì)管內(nèi)壓力或毛細(xì)管外壓力)，在毛細(xì)管末端產(chǎn)生氣泡4。滴重法(滴體積法)，(4)，滴重法，5，毛細(xì)管法，(5)，毛細(xì)管法48所示的彎曲月面的曲率半徑R通常不等于毛細(xì)管內(nèi)徑R。例外情況是彎曲的月面是半球面，即接觸角=0。然后(p)0=O為頂點(diǎn)的液體柱壓力P0，圖4-8毛細(xì)管現(xiàn)象圖，在表達(dá)式中a2稱為毛細(xì)管常數(shù)。從3表達(dá)式可以看出，只要測(cè)量摩西上升高度H和曲率半徑R，就可以正確計(jì)算值，但B不容易測(cè)量。從不同角度分析摩西上升。也就是說，接觸滿月面的上表面張力將液體拉到高度h，通過液體重力平衡這個(gè)表面張力。(零點(diǎn))例如，

6、、無機(jī)酸、堿、鹽等兩種(曲線B)例如有機(jī)酸、酒精、醛等三種(曲線C):溶液表面張力濃度極低時(shí)急劇下降，即將到達(dá)最低點(diǎn)，此后溶液添加溶質(zhì)后，表面張力發(fā)生變化，溶液表面層的濃度與內(nèi)部濃度不同。表面活性物質(zhì)能顯著降低水的表面張力的溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。這種物質(zhì)通常含有親水性的極性和疏水的非極性碳鏈或碳環(huán)有機(jī)化合物。親水端入水后，疏水端離開水，指向空氣，在界面上定向排列。表面活性物質(zhì)的表面濃度大于主體濃度，增加單位面積所需的工作比純凈水小。非極性成分越大，表面活動(dòng)也越大。鄭智薰表面活性物質(zhì)能顯著提高水的表面張力的溶質(zhì)稱為鄭智薰表面活性物質(zhì)。無機(jī)鹽及鄭智薰揮發(fā)性酸、堿等。這些物質(zhì)的離子有水合作用，傾向于

7、把水分子拖入水中，而不是表面的活性物質(zhì)表面的濃度低于本體論的濃度。增加單位表面積還必須包括克服靜電重力，因此需要增加表面張力。Traube規(guī)則，Traube研究表明，相同溶質(zhì)在低濃度下表面張力的減少與濃度成比例，表面活性物質(zhì)的濃度對(duì)溶液表面張力的影響在曲線上可以直接看到。，達(dá)到飽和吸附時(shí)，表面活性劑分子在水溶液中排列緊密、規(guī)則，水的表面像一個(gè)稱為單分子膜的薄表面包。，介紹了表面吸附和定向排列，表面活性劑濃度變化與表面活性劑活動(dòng)的關(guān)系，2.2表面活性劑膠束，2.2.1膠束的形成2.2.2臨界膠束濃度2.2.3膠束的形狀和大小2.2.4膠束的作用，2.1.1膠束凝膠內(nèi)核和溶液之間水合表面活性劑極性

8、構(gòu)成的外層。a .離子表面活性劑膠束；b .非離子型表面活性劑粘合劑、膠束、表面活性劑是雙親分子。溶于水，達(dá)到一定濃度后，非極性部分徐璐結(jié)合形成集合體，使質(zhì)子機(jī)向內(nèi)和向親水系統(tǒng)外，這種多分子集合體稱為膠束。由于親水性不同，濃度不同而形成的膠束可以表現(xiàn)出棒狀、層、球形等多種形狀。膠束(micelle)，2.2.2臨界膠束濃度，2.2.2.1臨界膠束濃度CMC測(cè)定方法2.2.2臨界膠束濃度CMC影響因素，臨界膠束濃度表面聚集的活化劑分子形成定向陣列的致密單分子層，多余分子在體相內(nèi)部徐璐聚集到3-5疏水形成膠束。溶液特性偏離了理想性質(zhì)，過渡出現(xiàn)在表面張力對(duì)濃度繪制的曲線上。如果繼續(xù)提高活化劑濃度，表

9、面張力就不再降低，體像的膠束繼續(xù)增加和增大。臨界膠束濃度、2.2.2.1臨界膠束濃度CMC測(cè)定方法常用的是表面張力、電導(dǎo)法、染料法、濁度法和光散射法。臨界膠束濃度下各種性質(zhì)的突變，1 .表面張力法，表面活性劑水溶液的表面張力隨著溶液濃度的增加而急劇下降，達(dá)到一定濃度(即CMC)，變化緩慢或不再變化。因此，常用的表面張力-濃度對(duì)數(shù)圖確定了CMC。具體方法：測(cè)量不同濃度表面活性劑溶液的表面張力，建立-lgc曲線，使曲線拐點(diǎn)兩側(cè)直線部分外延。交點(diǎn)的濃度是該系統(tǒng)表面活性劑的CMC。該方法可同時(shí)獲得表面活性劑的CMC和表面吸磷等溫線。優(yōu)點(diǎn)：簡單方便；普遍適用于各種表面活性劑。靈敏度不受表面活性劑類型、活

10、性高低、濃度高低、無機(jī)鹽等因素的影響。一般認(rèn)為表面張力法是測(cè)量表面活性劑CMC的標(biāo)準(zhǔn)方法。最低值現(xiàn)象：高碳醇、胺、酸等少量高表面活性雜質(zhì)存在時(shí)，曲線成為最低點(diǎn)，不易確定CMC，結(jié)果往往產(chǎn)生誤差。最低點(diǎn)的出現(xiàn)表明表面活性劑含有高表面活性雜質(zhì)，因此該方法還可以用作表面活性劑純度的鑒定方法。2 .傳導(dǎo)法、經(jīng)典方法測(cè)量CMC的優(yōu)點(diǎn)：簡單；極限：僅限于離子表面活性劑的測(cè)定。確定Cmc時(shí)可用的傳導(dǎo)比濃度或摩爾傳導(dǎo)比濃度的平方根是CMC。影響因素是活性高的表面活性劑的準(zhǔn)確性和靈敏度比較好。對(duì)Cmc的大表面活性劑的敏感性不好。無機(jī)鹽的存在會(huì)影響測(cè)量的靈敏度。3 .染料法，部分染料在水和膠束中的顏色具有明顯差異

11、的性質(zhì)，用滴定法測(cè)定CMC。具體方法：首先在高濃度(CMC)的表面活性劑溶液中添加少量染料，這種染料溶解在粘合劑中，顯示出某種顏色。用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ盟♂屵@種溶液，直到顏色變大，溶液的濃度就會(huì)變成CMC。，優(yōu)點(diǎn)：只要找到合適的染料，這個(gè)方法就很簡單。但是，有時(shí)顏色變化不明顯，很難準(zhǔn)確測(cè)量CMC，此時(shí)可以使用光譜代替視覺系統(tǒng)來提高準(zhǔn)確度。4 .濁度法，非極性有機(jī)物，如碳?xì)浠衔镆话悴蝗苡诒砻婊钚詣┫♂屢?CMC)，體系混濁。如果表面活性劑濃度超過CMC，溶解度急劇增加，系統(tǒng)變清。這是橡膠團(tuán)形成后對(duì)碳?xì)浠衔锲鹑芙庾饔玫慕Y(jié)果。觀察添加適量碳?xì)浠衔锏谋砻婊钚詣┤芤旱臐岫入S表面活性劑濃度的變化而變化。

12、濁度突變點(diǎn)的濃度是表面活性劑的CMC。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以使用眼圈或濁度計(jì)判斷終點(diǎn)。這種方法存在溶解物影響表面活性劑CMC的問題，一般降低CMC，減少程度取決于使用的碳?xì)浠衔锏念愋?。使用苯作為可用物有時(shí)會(huì)導(dǎo)致CMC減少30%。5 .采礦法，粘合劑是數(shù)十個(gè)以上表面活性劑分子或離子的結(jié)合體，其大小進(jìn)入光波波長范圍，具有較強(qiáng)的光散射?？梢岳蒙⑸涔鈴?qiáng)度-溶液濃度曲線的突變點(diǎn)測(cè)量CMC。此方法除了測(cè)量CMC外，還可以測(cè)量團(tuán)塊的聚合數(shù)、團(tuán)塊的形狀和大小。此方法除了測(cè)量CMC外，還可以測(cè)量團(tuán)塊的聚合數(shù)、團(tuán)塊的形狀和大小。要求溶液很干凈，對(duì)某些灰塵質(zhì)量點(diǎn)的測(cè)定有顯著影響。2.2.2.2影響CMC的因素，表面活性劑

13、類型的影響碳?xì)浠衔锏拈L度碳?xì)浠衔锏姆种O性組位置碳?xì)浠衔锏钠渌娲锏挠绊懯杷湹男再|(zhì)其他因素，1 .表面活性劑類型的影響，疏水基相同的情況下，離子型表面活性劑的CMC比非離子型大，大約有2位數(shù)的差異，例如，癸硫酸鈉的CMC為0.023毫升/L，癸甲砜的CMC為0.0019毫升/L。兩性表面活性劑的CMC類似于具有相同碳原子數(shù)疏水的離子型表面活性劑。2 .疏水碳?xì)滏滈L度的影響，同一類型表面活性劑的臨界粘合劑濃度隨疏水的增加而減少。離子型表面活性劑碳?xì)滏溨械奶荚訑?shù)在8-16范圍內(nèi)，CMC根據(jù)碳原子數(shù)的變化表現(xiàn)出一定的規(guī)律。也就是說，每次在同一系列中添加一個(gè)碳原子，CMC就會(huì)下降約一半。非

14、離子型表面活性劑，CMC受疏水碳原子數(shù)量的影響更大。一般來說，每添加兩個(gè)碳原子，CMC就會(huì)下降到1/10。3 .碳?xì)滏湻种У挠绊?，由相同化學(xué)組成的表面活性劑分子異構(gòu)體中直接碳?xì)滏湹谋砻婊钚詣珻MC最低，指化度越高，CMC越高。例如，2-乙基十二烷基硫酸鈉的CMC為0.0043mol/L，n-14烷基硫酸鈉的CMC幾乎為一半，0.0024mol/L。4 .碳?xì)滏湗O性基位置的影響，碳?xì)滏溝嗤瑫r(shí)極性基離中間位置越近，CMC越大。例如，碳原子數(shù)為14的烷基硫酸鈉，硫酸基在第一個(gè)碳原子上，CMC在0.0024mol/L，第七個(gè)碳原子上的CMC在0.0097mol/L，5 .受碳?xì)滏溨衅渌〈挠绊?，疏水鏈中存在苯時(shí)碳?xì)滏溨写嬖陔p鍵，其CMC高于飽和化合物。在疏水中引入極性(例如-O-、-OH等)也會(huì)增加CMC。6 .疏水化學(xué)組成的影響，含有碳鏈的表面活性劑，其CMC遠(yuǎn)低于相同碳原子數(shù)的碳?xì)滏湵砻婊钚詣?，相?yīng)地，表面活性更