很多商家在宣傳清潔類產品時會說產品是高科技產品,富含表面活性劑之類的用語,聽起來很高端,其實表面活性劑是在很低濃度時能顯著降低水的表面張力的化合物。液體的表面張力與液體成分密切相關。當溶劑中加入第二種物質(溶質)而形成溶液時,表面張力將不同於純溶劑的數值,且隨溶液濃度而變。
變化規律大致有三類:①表面張力隨溶質濃度增加而緩慢升高;②表面張力隨溶質濃度增加而降低,開始時降低得快些,後來則慢些;③表面張力先隨溶質濃度增加而急劇下降,至一定濃度後幾乎不再變化。若物質甲能降低液體物質乙的表面張力,就說甲對乙有表面活性;若甲不能降低乙的表面張力,甚至使之略為升高,則甲對乙無表面活性。由於水是最普通和最重要的溶劑,通常所說的表面活性都是對水而言的。
按照水溶液表面張力變化,根據上述三種情況,可把溶質分為相應的三類。一般無機物如氯化鈉、硝酸鉀、鹽酸、氫氧化鈉等屬①類;乙醇、丁醇、乙酸等屬②類;而肥皂、油酸鈉和各種洗滌劑屬③類。①類對水無表面活性;②類和③類有表面活性。其中③類物質稱為表面活性劑,它達到一定濃度後可締合形成膠團,從而具有潤溼或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及加溶、分散、洗滌、防腐蝕、抗靜電等一系列物理化學作用及相應的實際應用,成為一類靈活多樣,用途廣泛的精細化工產品。
分子結構的特點 表面活性劑的分子都是由非極性的疏水(親油)原子團和極性的親水基團組成,並且兩部分可以各自相對集中,形成一部分親水和一部分親油的兩親分子。它的親水性來自極性基團與水分子的電性相互作用或形成氫鍵。這使表面活性劑分子具有溶解性質。非極性基團不但不能與水有這樣的親合作用,反會促使周圍水分子形成似冰結構,損失活動自由度。如果非極性基團離開水環境,則這部分水的似冰結構將解體,導致體系熵增加和吉布斯函數降低而有利於過程進行,這就是疏水效應。
它賦予表面活性劑分子逃離水相的趨勢。結構上的兩親性使表面活性劑具有兩種重要的基本作用:溶液表面的吸附和溶液內部的膠團形成。 ①溶液表面吸附,表面活性劑分子的兩親性可通過兩種方式來達到,一是從溶液內部聚集到氣液界面上,採取極性基團埋在水中,非極性基團伸入氣相方式在表面上定向排列,並使表面上表面活性劑濃度大於內部的濃度。這就是溶液表面吸附。伴隨著溶液表面張力降低,形成表面吸附層,吸附層中的表面活性劑分子與溶液內部的成平衡。 ②液體內部膠團的形成,滿足表面活性劑分子兩親性要求的另一途徑是使溶液內部表面活性劑分子的非極性部分彼此締合,極性基團指向水,形成由極性基團包裹著非極性內核的膠體質點,這就是膠團。膠團水溶液又叫做締合膠體。膠團化作用只在一定濃度以上才發生,開始大量形成膠團的表面活性劑濃度叫做臨界膠團濃度,常用英文縮寫cmc來代表。膠團的形態和大小還會發生變化,由球形變為棒狀,甚至層狀。由於膠團具有非極性內核,一些不溶於水的有機物可借進入膠團而「溶」入膠團溶液之中。這就是加溶作用,在生命現象、洗滌作用及其他工業應用中有重要意義。
表面活性劑品種因親油基和親水基結構不同而異。其親油部分主要由長鏈碳氫基及其取代物構成,一般包括下列各種結構:①直鏈和支鏈烷基(碳原子數為8~20);②烷基芳基;③松香衍生物;④聚氧丙烯基;⑤全氟或高氟烷基;⑥全氟聚氧丙烯基;⑦聚矽氧烷基。常用的是碳氫鍊表面活性劑,它因親油基不同引起的性質差別一般較小,性質差別更主要來自親水基團的不同。故表面活性劑的分類一般以親水基結構為依據。
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