【文章內容簡介】 。 曲線 II，許多有機酸、醇等屬于此類。 曲線 III，肥皂、合成洗滌劑等屬于此類。 溶液表面張力和吸附現象 表面活性物質 能使 水 的表面張力 明顯降低 的 溶質 稱為表面活性物質。 這種物質通常含有 親水的極性基團 和 憎水的非極性基團的 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 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。 σ c Ⅰ Ⅱ Ⅲ 非表面活性物質 能使水的 表面張力明顯升高 的溶質稱為非表面活性物質。如無機鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。 這些物質的離子有水合作用，趨向于把水分子拖入水中，非表面活性物質在 表面的濃度低于在本體的濃度 。 如果要增加單位表面積，所作的功中還必須包括克服靜電引力所消耗的功，所以表面張力升高。 它的物理意義是 ： 在單位面積的表面層中，所含溶質的物質的量與具有相同數量溶劑的本體溶液中所含溶質的物質的量之差值 。即： Gibbs吸附公式 ddcΓR T cs??sinssB )(AccVAnΓB???正吸附和負吸附 吉布斯吸附公式： 0，增加溶質的濃度使表面張力下降， G為 正值 ，是 正吸附 。表面層中溶質濃度大于本體濃度。表面活性物質屬于這種情況。 0，增加溶質的濃度使表面張力升高， G為負值 ，是 負吸附 。表面層中溶質濃度低于本體濃度。非表面活性物質屬于這種情況。 ddcΓR T cs??兩親分子在氣液界面上的定向排列 根據實驗，脂肪酸在水中的濃度達到一定數值后，它在表面層中的最大吸附量為一定值，與本體濃度無關，并且和它的碳氫鏈的長度也無關。 這時，表面吸附已達到飽和，脂肪酸分子合理的 排列是羧基向水，碳氫鏈向空氣。 兩親分子在氣液界面上的定向排列 根據這種緊密排列的形式，可以計算每個分子所占的截面積 Am。 2m1L ΓA ?式中 L為阿伏加德羅常數， G∞原來是最大吸附量，當達到飽和吸附時 ,G ∞可以作為單位表面上溶質的物質的量。 ∞ 實驗得到 CnH2n+1X化合物在單分子膜中每個分子的截面積 化合物種類 X a 1020/m2 酯肪酸 COOH 二元酯類 COOC2H5 酰胺類 CONH2 甲基酮類 COCH3 甘油三酸酯類 COOCH2 飽和酸的酯類 COOR 醇類 CH2OH 表面活性劑及其應用 表面活性劑分類 常用表面活性劑類型 臨界膠束濃度 親水親油平衡 表面活性劑的重要作用 起泡作用 增溶作用 乳化作用 洗滌作用 潤濕作用 表面活性劑分類 表面活性劑通常采用按化學結構來分類， 陽離子型 陰離子型 兩性型 表面活性劑 常用表面活性劑類型 陰離子表面活性劑 RCOONa 羧酸鹽 ROSO3Na 硫酸酯鹽 RSO3Na 磺酸鹽 ROPO3Na2 磷酸酯鹽 常用表面活性劑類型 陽離子表面活性劑 RNH2HCl 伯胺鹽 CH3 | RNHCl 仲胺鹽 | H CH3 | RNHCl 叔胺鹽 | CH3 CH3 | RN+CH3Cl 季胺鹽 | CH3 常用表面活性劑類型 兩性表面活性劑 RNHCH2CH2COOH 氨基酸型 CH3 | RN+CH2COO 甜菜堿型 | CH3 常用表面活性劑類型 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 RCONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺 RCOOCH2(CHOH)3H 多元醇型 RO(CH2CH2O)nH 脂肪醇 聚氧乙烯醚 親水親油平衡 (hydrophiliclipophilic balance) 對非離子型的表面活性劑， HLB的計算公式為： HLB值 = 親 水基質量 親水基質量 +憎水基質量 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。 親水親油平衡 (hydrophiliclipophilic balance) 根據需要，可根據 HLB值選擇合適的表面活性劑。 HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | |———| |——| |——| |——| | 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 臨界膠束濃度 (critical micelle concentration) 膠束 (micelle) 膠束 (micelle) 膠束 (micelle) 膠束 (micelle) 表面活性劑的重要作用 “ 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，要加入適當的表面活性劑降低薄膜強度，消除氣泡，防止事故。 表面活性劑的用途極廣，主要有五個方面： 表面活性劑的重要作用 表面活性劑的重要作用 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 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性變化不大。 表面活性劑的重要作用 一種或幾種液體以大于 107m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。根據乳化劑結構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分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。 表面活性劑的重要作用 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： ，對油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉。 洗滌作用 加活性劑將油污和基質潤濕 增溶、從表面置換，使 油污離開基質表面 乳化、起泡、帶走 油污，占領 基質表面 表面活性劑的重要作用 浮游選礦 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。 浮游選礦 浮游選礦的原理圖 選擇合適的捕集劑，使它的親水基團只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。 當礦砂表面有 5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。 表面活性劑的重要作用 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，要農藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農藥中加表面活性劑； 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 90176。 。 Fig. 水滴在無任何修飾的聚四氟乙烯基底表面 (左 )， 水滴在 PAHD修飾的聚四氟乙烯基底表面 (右 ) 。 潤濕作用 粘附功 浸濕功 鋪展系數 接觸角 當液體與固體接觸時，液體能在固體表面上鋪開，即原來的氣 固界面被液固界面代替的過程 叫做 潤濕。 包括沾濕、浸濕，鋪展三種情況 粘附功 (work of adhesion) σls σlg σsg Wa=△ G=σlsσlgσsg