表面活性剂化学 (2)精选PPT.ppt
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1、表面活性剂化学第1页,此课件共61页哦有关表面活性剂领域简介有关表面活性剂领域简介化学科学部化学科学部“十一十一 五五”优先发展领域优先发展领域(1)新的合成策略、概念与方法)新的合成策略、概念与方法(2)化学反应过程、调控及实验与理论)化学反应过程、调控及实验与理论(3)分子聚集体的构筑、有序结构和功能)分子聚集体的构筑、有序结构和功能(4)复杂化学体系理论与计算方法)复杂化学体系理论与计算方法(5)分析测试原理和检测新技术、新方法)分析测试原理和检测新技术、新方法(6)生命体系的化学过程与功能调控)生命体系的化学过程与功能调控(7)绿色化学与环境化学中的关键科学问题)绿色化学与环境化学中的
2、关键科学问题(8)材料科学中的关键化学问题)材料科学中的关键化学问题(9)能源和资源中的基本化学问题)能源和资源中的基本化学问题(10)化学工程中的关键科学问题化学工程中的关键科学问题第2页,此课件共61页哦参考参考书目:目:(1 1)肖)肖进新等,表面活性新等,表面活性剂应用原理用原理化工出版社,化工出版社,2003(2 2)赵国国玺等,表面活性等,表面活性剂作用原理作用原理 中国中国轻工工业出版社,出版社,2003考考试形式:开卷形式:开卷要求:有目的的学要求:有目的的学带开拓思开拓思维的学的学第3页,此课件共61页哦第一章第一章 表面活性剂概论表面活性剂概论(1 1)表面活性剂是一种两亲
3、(亲水和亲油)分子)表面活性剂是一种两亲(亲水和亲油)分子独特的结构;独特的结构;(2 2)称之为)称之为“工业味精工业味精”;“浓缩的是精华浓缩的是精华”“变废为宝变废为宝”(3 3)在科学新兴领域强劲的发展势头。)在科学新兴领域强劲的发展势头。如应用胶束、微乳液、溶致液晶等分子有序聚集体如应用胶束、微乳液、溶致液晶等分子有序聚集体/各种以两亲分子为主体形成的膜结构体系在光化各种以两亲分子为主体形成的膜结构体系在光化学太阳能的转换和储存、新材料合成、催化、分子学太阳能的转换和储存、新材料合成、催化、分子识别和运输、药物的胶囊化、靶向和缓释,为底物识别和运输、药物的胶囊化、靶向和缓释,为底物和
4、酶提供独特的微环境以及酶固定化等方面。和酶提供独特的微环境以及酶固定化等方面。第4页,此课件共61页哦1.1 表面和界面表面和界面现象象要想了解表面和界面要想了解表面和界面现象,首先,要象,首先,要了解表面和界面。那么什么是表了解表面和界面。那么什么是表(界界)面面呢呢?众所周知,我众所周知,我们周周围的物的物质有三有三态:气、液、固,也就有了气、液、固三相。气、液、固,也就有了气、液、固三相。除气体之除气体之间外,外,应有有5 5种不同的相界面。种不同的相界面。当有界面的两相其中之一当有界面的两相其中之一为气相气相时,这个界面常被称个界面常被称为表面。表面。第5页,此课件共61页哦表面现象表
5、面现象:蟑螂在洁净的水面蟑螂在洁净的水面“跳舞跳舞”;两枚纸片在宽敞的水面自行分开;等。两枚纸片在宽敞的水面自行分开;等。界面现象:界面现象:不光液体与气体之间有表面层,液体与固体器不光液体与气体之间有表面层,液体与固体器壁之间也存在着壁之间也存在着“表面层表面层”,这一液体薄层通常,这一液体薄层通常叫做叫做附着层附着层。液体和固体接触时,会出现两种现象:液体和固体接触时,会出现两种现象:不浸润不浸润和浸润现象和浸润现象。水银水银掉到掉到玻璃玻璃上,呈现出球形上,呈现出球形不浸不浸润润。而。而水水滴掉到滴掉到玻璃玻璃上,是慢慢地沿玻璃散开上,是慢慢地沿玻璃散开浸浸润润。浸润和不浸润两种现象,决
6、定了液体与固体。浸润和不浸润两种现象,决定了液体与固体器壁接触处形成两种不同形状:凹形和凸形。器壁接触处形成两种不同形状:凹形和凸形。第6页,此课件共61页哦1.2 表面活性和表面活性表面活性和表面活性剂前面提到的表面和界面前面提到的表面和界面现象都和一种象都和一种物物质有关有关表面活性表面活性剂。表面活性。表面活性剂的的主要功能之一表主要功能之一表现在改在改变液体的表面,液体的表面,液液界面和液固界面的性液液界面和液固界面的性质,而其,而其中液体的表中液体的表(界界)面是最重要的。面是最重要的。那么何那么何谓表面活性?它和表面活性表面活性?它和表面活性剂又有什么关又有什么关联?第7页,此课件
7、共61页哦 醛、酮、醇、酸等有机物质在水中的醛、酮、醇、酸等有机物质在水中的分布是不均匀的,即在液体表面的浓度分布是不均匀的,即在液体表面的浓度和液体内部的浓度不同。人们把这种表和液体内部的浓度不同。人们把这种表面和溶液内部浓度不同的现象称为面和溶液内部浓度不同的现象称为吸附吸附现象现象。使表面层的浓度大于液体内部浓。使表面层的浓度大于液体内部浓度的作用称为正吸附作用(简称:吸附)度的作用称为正吸附作用(简称:吸附)。相反的作用称为负吸附作用。相反的作用称为负吸附作用。这种因这种因表面正吸附而使液体表面张力降低的性表面正吸附而使液体表面张力降低的性质称为表面活性。质称为表面活性。第8页,此课件
8、共61页哦 表面活性物质很喜欢跑到两种物质或表面活性物质很喜欢跑到两种物质或者两相的表面上活动,从而改变表面性者两相的表面上活动,从而改变表面性质,人们把它叫做表面活性剂。实质上,质,人们把它叫做表面活性剂。实质上,它活动的表面是一个界面。这个界面包它活动的表面是一个界面。这个界面包括气、液、固各相的任何两相的界面,括气、液、固各相的任何两相的界面,因此人们又把它叫界面活性剂。它就是因此人们又把它叫界面活性剂。它就是通过界面活动的能力,发挥润湿、乳化、通过界面活动的能力,发挥润湿、乳化、分散、发泡、增溶、洗涤以及润滑等作分散、发泡、增溶、洗涤以及润滑等作用。通常为方便起见统称之为表面活性用。通
9、常为方便起见统称之为表面活性剂。剂。第9页,此课件共61页哦 不同表面活性物质的表面活性程度是不同表面活性物质的表面活性程度是不同的。一般而言,在不同的。一般而言,在低浓度低浓度下能下能大大大大降低溶液表面张力降低溶液表面张力的物质也可以说是具的物质也可以说是具有良好表面活性的物质。使表面张力降有良好表面活性的物质。使表面张力降低越大的物质其表面活性就越大。即使低越大的物质其表面活性就越大。即使从其它表面性质来看,大体也以此为基从其它表面性质来看,大体也以此为基准来衡量。这就是为什么像庚烷、丙酮准来衡量。这就是为什么像庚烷、丙酮等表面张力低,而不是表面活性剂的原等表面张力低,而不是表面活性剂的
10、原因。因。第10页,此课件共61页哦表面活性剂定义表面活性剂定义:表面活性表面活性剂是是这样的一种物的一种物质,它能,它能吸附在表(界)面上,在加量很少吸附在表(界)面上,在加量很少时即即可可显著改善表(界)的物理化学性著改善表(界)的物理化学性质;在在浓度足度足够大大时,能,能形成分子有序形成分子有序组合合体;体;从而从而产生一系列生一系列应用功能。用功能。表面活性表面活性剂所具有的所具有的润湿和反湿和反润湿,湿,乳化和破乳,分散和凝聚,起泡和消泡乳化和破乳,分散和凝聚,起泡和消泡以及增溶等一系列作用称以及增溶等一系列作用称为表面活性。表面活性。第11页,此课件共61页哦1.3 1.3 表面
11、张力和表面自由能表面张力和表面自由能 表面张力是物质表面的一种作用力,物质的表面表面张力是物质表面的一种作用力,物质的表面性质基本上都与此有关。因此,研究物质的各种表面性质基本上都与此有关。因此,研究物质的各种表面现象差不多都要从它的表面张力入手。现象差不多都要从它的表面张力入手。表面张力是分子间吸引力强弱的一种量度,表面张力是分子间吸引力强弱的一种量度,因此引起分子间吸引力变化的因素都会引起表面因此引起分子间吸引力变化的因素都会引起表面张力的变化。张力的变化。物质表面张力的大小,主要取决于物质表面张力的大小,主要取决于物质自身和与其接触的另一种物质,物质自身和与其接触的另一种物质,就气液界就
12、气液界面而言,当液体为醇、醛、酮等有机物质时,表面面而言,当液体为醇、醛、酮等有机物质时,表面张力比较低。与此相反,当液体为无机酸、水银、张力比较低。与此相反,当液体为无机酸、水银、水等无机液体时,表面张力比较大。水等无机液体时,表面张力比较大。第12页,此课件共61页哦 物质根据浓度和表面张力的关系,可分成表面物质根据浓度和表面张力的关系,可分成表面活性剂、表面活性物质和无表面活性的物质三类。活性剂、表面活性物质和无表面活性的物质三类。第一类是表面张力略上升且往往近于直线第一类是表面张力略上升且往往近于直线(曲曲线线A)A),属于这类有无机盐和蔗糖、甘露醇等多羟,属于这类有无机盐和蔗糖、甘露
13、醇等多羟基有机物。基有机物。第二类是表面张力在浓度很稀时,下降较快,随浓第二类是表面张力在浓度很稀时,下降较快,随浓度增加下降变慢度增加下降变慢(曲线曲线B)B)。用于此类的溶质有低分子。用于此类的溶质有低分子量的醇类、酸类等大部分极性有机物。量的醇类、酸类等大部分极性有机物。第三类是在溶液浓度稀时,溶液的表面张力第三类是在溶液浓度稀时,溶液的表面张力随溶质浓度的增加急剧下降,当溶液的浓度增加随溶质浓度的增加急剧下降,当溶液的浓度增加到一定值后,就不再下降了到一定值后,就不再下降了(曲线曲线C)C)。属于这类的。属于这类的溶质一般为八个碳以上的有机酸盐、有机胺盐等。溶质一般为八个碳以上的有机酸
14、盐、有机胺盐等。第13页,此课件共61页哦第14页,此课件共61页哦丝线圈实验丝线圈实验第15页,此课件共61页哦证明表面张力存在试样图证明表面张力存在试样图 第16页,此课件共61页哦液体的表面张力液体的表面张力 :在单位长度作用线上液体表面在单位长度作用线上液体表面的收缩力,它存在于液体表面上的任何部分,其的收缩力,它存在于液体表面上的任何部分,其方向是切于液面而垂直于作用线,并指向液面缩方向是切于液面而垂直于作用线,并指向液面缩小的方向。小的方向。的单位为的单位为N N m m-1-1或或mNmN m m-1-1,是液体的基本物理性是液体的基本物理性质之一。质之一。通常通常 的值与液体所
15、处的温度、压力、组成以的值与液体所处的温度、压力、组成以及共同存在的另一相的性质等均有关系。对于纯及共同存在的另一相的性质等均有关系。对于纯液体来时,共存的另一相就是指标准压力时的空液体来时,共存的另一相就是指标准压力时的空气和本身的饱和蒸汽,若不是,则表面张力的数气和本身的饱和蒸汽,若不是,则表面张力的数值可能有相当大的变化,因此必须注明共存相,值可能有相当大的变化,因此必须注明共存相,此时的表面张力就称此时的表面张力就称“界面张力界面张力”。第17页,此课件共61页哦 液体表面自液体表面自动收收缩的的现象也可以从能量象也可以从能量的角度来的角度来认识。设前前图中的肥皂水膜若中的肥皂水膜若增
16、加一无限小的力于滑增加一无限小的力于滑丝上以使其向下上以使其向下移移动dx距离,此距离,此过程中程中环境境对体系所作体系所作功功为第18页,此课件共61页哦 能使水的表面张力明显降低的溶质称为能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。表面活性物质。这种物质通常含有这种物质通常含有亲水的极性基团亲水的极性基团和和憎水的非极憎水的非极性碳链或碳环性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中,憎有机化合物。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。水基团企图离开水而指向空气,在界面定向排列。表面活性物质表面活性物质的的表面浓度大于本体浓度,增加单表面浓度大于本体浓度,增加单位
17、面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大,表面活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。性也愈大。7.4.1 表面活性剂的分类表面活性剂的分类第19页,此课件共61页哦 表面活性剂通常采用按化学结构来分类,分为离子型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。活性剂不能混用,否则可能会发生沉淀而失去活性作用。1.1.离子型离子型2.2
18、.非离子型非离子型阳离子型阳离子型阴离子型阴离子型两性型两性型表面活性剂表面活性剂第20页,此课件共61页哦阴离子表面活性剂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磷酸酯盐第21页,此课件共61页哦阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐季胺盐|CH3第22页,此课件共61页哦两性表面活性剂两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型甜菜碱型|CH3第
19、23页,此课件共61页哦R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚第24页,此课件共61页哦7.4.2 液体对固体的润湿作用液体对固体的润湿作用 在等温等压条件下,在等温等压条件下,单位面积的液面与固体表面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粘附时对外所作的最大功称为粘附功(WORK OF ADHESION)
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