表面活性剂及其作用讲解

§7.4表面活性剂及其作用日常生活中,表面活性剂随处可见.传统的肥皂,现代的各种洗衣粉,香波能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。7.4.1表面活性剂的分类表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。1.离子型2.非离子型阳离子型阴离子型两性型表面活性剂阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐阳离子表面活性剂R-NH2·HCl伯胺盐CH3|R-N-HCl仲胺盐|HCH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂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7.4.2液体对固体的润湿作用在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表面粘附时对外所作的最大功称为粘附功(WORKOFADHESION)，它是液体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。在粘附过程中，消失了单位液体表面和固体表面，产生了单位液-固界面。粘附功就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值的负值。alsglg-s()WG接触角的示意图：在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。g-ls-lg-scosq若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算：接触角CONTACTANGLE等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。若S，说明液体可以在固体表面自动铺展。l-sl-gs-g()SG铺展系数SPREDINGCOEFFICIENT临界胶束浓度简称CMC表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。7.4.3胶束与增溶作用MICELLE可以将“油”“藏”在水中.表面活性剂作用表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：1.润湿作用表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90°。g-ls-lg-scosq2.起泡作用“泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂。也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。无节制使用或不处理将污染河流3.增溶作用非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。4.乳化作用一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的水包油乳状液(O/W)，或以油为连续相的油包水乳状液(W/O)。有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。5.洗涤作用洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。B.加入表面活性剂后，憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。不用洗衣粉的洗衣机首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。表面活性剂用于矿石的浮选浮游选矿的原理图选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。7.4.4乳状液一种或一种以上的液体以液珠的状态分散在另一种与其不相混溶的液体中构成的系统称为乳状液。简单的乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相称为分散相或者内相，将连续存在的液相称为连续相(分散介质)或者外相。可使乳液稳定的物质称为乳化剂。天然乳状液：牛奶；石油；当表面活性剂胶束溶液与不溶于水的油相接触时，会发生一系列的过程。开始是油自动进入胶束内核，发生增溶作用。随着油的不断进入，胶束胀大，最后在胶束内形成微滴。这种体系称为微乳状液，简称微乳液。什么是微乳状液(简称微乳液)微乳状液(简称微乳液)也属于乳状液.1.水包油乳状液，用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。2.油包水乳状液，用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。乳状液的破坏：使两相分离.乳状液转化:W/O---O/W检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。乳状液的应用举例15cm3煤油,25cm3水0.8gC,震荡,W/O;外观为油.0.1gSiO2,震荡,O/W膨化燃油不等于水变燃油技术!1999年的南极科考船被迫中途返航.1986~1996年的骗子王洪成,300多个企业,上亿元投资.水中含有氢和氧.氢和氧结合可以放出大量能量!请分析这句话.液膜萃取技术:应用黄连素的提取黄连素:盐酸小蘖碱,主要从黄柏树皮或者黄连根的韧皮部提取.黄连主产地在川东和鄂西.传统中药是其主根.须根被弃,或者冬天烤火.实际上须根韧皮部的比例更高.1吨根,7~10吨水,10kg浓硫酸,200~300kg食盐得到10kg盐酸小蘖碱粗品.液膜萃取技术:盐酸水溶液/煤油(W/O);萃取;分液;W/O两相分离.1990年在鄂西某国家级贫困县进行人口普查.社会现象观察当时大学生是由国家各部门安排工作我校化学系有本科毕业生,在县化肥厂和中学.县化肥厂半年生产,维持温饱.中学教师搞了台塑料共混/熔融吹制塑料包装机.当时自己购买了一台小轿车.另外有两兄弟进行生物化学制药:猪小肠粘膜,碱煮后加盐,得到抗凝血剂----肝素钠.联产肠衣.除了日常生活开支,还盖了两栋楼.这两兄弟是初中毕业的正宗农民,拜师学艺.本小节完备用件小蘖(nie,第四声)碱等温、等压条件下，两个单位液面可逆聚合为液柱所作的最大功称为内聚功，是液体本身结合牢固程度的一种量度。内聚时两个单位液面消失，所以，内聚功在数值上等于该变化过程表面自由能变化值的负值。cg-l(02)WGWORKOFCOHESION等温、等压条件下，将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功，它是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。只有浸湿功大于或等于零，液体才能浸湿固体。在浸湿过程中，消失了单位面积的气、固表面，产生了单位面积的液、固界面，所以浸湿功等于该变化过程表面自由能变化值的负值。ilsg-si()0WGW能浸湿。浸湿功WORKOFIMMERSION