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表面活性剂

表面活性剂称为表面活性物质,因为他们能降低液体表面张力或者两相的界面张力

背景

绝大多数表面活性剂的一个共同结构特征是最少存在一个(非全极性)疏水端和最少一个(极性)亲水端。由于不同表面活性剂的链长不同,通常分为亲水端“头部”和疏水端“尾巴”。

一个表面活性剂分子的结构示意图

当界面发生吸附时,界面上,区域内小的对外相吸引力会伸出,而那些吸引力大的就会朝体积相内排列。表面活性剂大多数分散在水相中,所以疏水端会朝外排列。

 

表面活性剂按照亲水性来分类:

 

  • 阴离子表面活性剂:阴离子基团结合(例如:羧化物或者磺酸盐),通常以碱性金属盐的形式存在。
  • 阳离子表面活性剂:阳离子基团结合,例如:季胺。
  • 两性活性剂:阴离子基团和阳离子基团结合,经常是羧酸盐和季胺组。
  • 非离子表面活性剂:非离子、极性基团结合。例如:乙醇、醚和乙氧基化物。

 

 

工作原理

表面张力从能量的观点来看,液体分子更倾向于留在体相中,而不是在表面或者界面上。与此相反,根据表面活性剂的结构,存在于液体中界面上的分子容易到达表面。因此当表面活性剂形成新的表面(表面张力)需要做的功会减少。

 

当表面被表面活性分子完全覆盖、聚集,会在体积相中形成所谓的胶束胶束可以合并那些并不溶于液体的物质(例如水包油)。清洗过程就是表面活性剂基于此原理实现的。

 

胶束开始形成的过渡浓度我们称之为临界胶束浓度(CMC)。CMC是表面活性剂非常重要的一个特性。

 

 

意义

表面活性剂在工业上具有极大的重要性。他们被用于任何两相之间接触或者混合需要改进的地方。如:清洗、润湿和涂料,在乳化行业,分散和浮色应用。表面活性剂在泡沫的形成中也扮演了重要的角色。

 

表面活性剂对界面和表面的活性的影响作用还有CMC我们可以通过表面张力仪来测量得到。表面活性剂对固体润湿影响作用研究可以通过接触角来得到。

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