胶体化学第四章表面活性剂课件.ppt

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1、胶体化学第四章表面活性剂2023/4/8第1页，此课件共67页哦表面活性剂发展历史表面活性剂发展历史 肥皂的起源肥皂的起源:最早的肥皂配方起源最早的肥皂配方起源于于西亚西亚的美索不达米亚的美索不达米亚,约在约在公元前公元前30003000年年的时候，人们便将的时候，人们便将1 1份油和份油和5 5份份碱性植物灰混合制成清洁剂。碱性植物灰混合制成清洁剂。考古学家在意大利的考古学家在意大利的庞贝庞贝古城古城遗址中发现了制肥皂的作坊。说明遗址中发现了制肥皂的作坊。说明罗马罗马人早在公元人早在公元2 2世纪世纪已经开始了原始的已经开始了原始的肥皂生产。肥皂生产。2023/4/8第2页，此课件共67页哦

2、表面活性剂从洗涤剂表面活性剂从洗涤剂工农业各领域工农业各领域从洗涤剂中独立出来，形成了一种新的从洗涤剂中独立出来，形成了一种新的功能性精细化工产品。功能性精细化工产品。表面活性剂发展历史表面活性剂发展历史2023/4/8第3页，此课件共67页哦表表面面活活性性剂剂作作为为精精细细化化工工的的主主要要分分支支,是是一一类类重重要要化化工工产产品品，用用量量虽虽小小却却必必不不可可少少，素素有有“工工业业味味精精”之称。之称。近近年年来来，随随着着世世界界经经济济的的发发展展以以及及科科学学技技术术领领域域的的开开拓拓，表表面面活活性性剂剂的的发发展展更更为为迅迅猛猛。我我国国已已进进入入世世界界

3、表表面面活活性性剂剂强强国国之之林林，居居世世界界第第二二位位。其其应应用用领领域域从从日日用用化化学学工工业业发发展展到到石石油油、纺纺织织、造造纸纸、农农业业、食食品品、皮皮革革、医医药药、建建筑筑、环环境境以以及新材料等方面。及新材料等方面。表面活性剂的重要作用表面活性剂的重要作用2023/4/8第4页，此课件共67页哦4.1表面活性剂分子结构及其分类表面活性剂分子结构及其分类一、一、表面活性剂分子结构特点及其分类表面活性剂分子结构特点及其分类 表面活性剂分子结构的特点是具有不对称性，表面活性剂分子结构的特点是具有不对称性，即由一亲水基和另一憎水基（或称亲油基）组成。即由一亲水基和另一憎

4、水基（或称亲油基）组成。例如棕榈酸钠（例如棕榈酸钠（C15H31COONa）的结构可分为如图所的结构可分为如图所示的亲水基和憎水基部分：示的亲水基和憎水基部分：2023/4/8第5页，此课件共67页哦 表面活性剂的种类繁多，但其性质之差异主要取决于亲水和亲油表面活性剂的种类繁多，但其性质之差异主要取决于亲水和亲油基团的性质特别是亲水基团的性质。因此通常采用按化学结构的分类基团的性质特别是亲水基团的性质。因此通常采用按化学结构的分类方法将其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、方法将其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

5、阴离子型的表面活性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表面活性剂分子结构特点及其分类表面活性剂分子结构特点及其分类 2023/4/8第6页，此课件共67页哦常用表面活性剂类型阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐 如肥皂一般是含碳如肥皂一般是含碳14141818个的个的羧酸盐，这类表面活性剂一般羧酸盐，这类表面活性剂一般不适用于硬水、酸性溶液和海水。不适用于硬水、

6、酸性溶液和海水。十二烷基硫酸钠是十二烷基硫酸钠是硫酸酯盐的典型代表。它具有良好的硫酸酯盐的典型代表。它具有良好的乳化和起泡性能。乳化和起泡性能。磺酸盐类表面活性剂主要有：烷基苯磺酸盐、烷基磺酸磺酸盐类表面活性剂主要有：烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基萘磺酸盐。盐、烷基萘磺酸盐。2023/4/8第7页，此课件共67页哦常用表面活性剂类型阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐CH3|R-N-HCl仲胺盐|HCH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH32023/4/8第8页，此课件共67页哦常用表面活性剂类型两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸氨基酸

7、型型CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型甜菜碱型|CH32023/4/8第9页，此课件共67页哦常用表面活性剂类型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2023/4/8第10页，此课件共67页哦一些特殊类型的表面活性剂1 1）氟表面活性剂氟表面活性剂 是指表面活性剂碳氢链中的氢原子被氟原子所取代。是指表面活性剂碳氢链中的

8、氢原子被氟原子所取代。其特点是：其特点是：a a 当憎水基的碳数相同，亲水基的分子相同时，其憎当憎水基的碳数相同，亲水基的分子相同时，其憎水憎油性均比碳氢链强；水憎油性均比碳氢链强；b b 表面活性很高，不但会显著降低水表面活性很高，不但会显著降低水的表面张力，也能降低其他有机溶剂的表面张力；的表面张力，也能降低其他有机溶剂的表面张力；c c 化学性化学性质极其稳定，耐强酸、强碱、高温，与强氧化剂不起作用。可作质极其稳定，耐强酸、强碱、高温，与强氧化剂不起作用。可作镀铬槽中的铬酸雾防逸剂，作油类火灾的灭火剂，作防水、防油镀铬槽中的铬酸雾防逸剂，作油类火灾的灭火剂，作防水、防油的纺织品、纸张及皮

9、革的表面涂敷剂。如的纺织品、纸张及皮革的表面涂敷剂。如2023/4/8第11页，此课件共67页哦一些特殊类型的表面活性剂2）硅表面活性剂硅表面活性剂 其特点是憎水性突出、表面活性高，可作拒水处理剂和消其特点是憎水性突出、表面活性高，可作拒水处理剂和消泡剂。如硅油、硅树脂（玻璃胶的主要成分）。泡剂。如硅油、硅树脂（玻璃胶的主要成分）。3）高分子表面活性剂高分子表面活性剂 属天然高分子物质，可用于食品工业、水处理、制药等。属天然高分子物质，可用于食品工业、水处理、制药等。可分为离子型（如海藻酸钠、壳聚糖（阳离子型）、甲基可分为离子型（如海藻酸钠、壳聚糖（阳离子型）、甲基纤维素（非离子型）、水溶性蛋

10、白质（如蛋清）。纤维素（非离子型）、水溶性蛋白质（如蛋清）。4）生物表面活性剂生物表面活性剂 是由生物体系新陈代谢产生的两亲化合物，其亲水基主要是由生物体系新陈代谢产生的两亲化合物，其亲水基主要有磷酸根、多羟基基团，憎水基由脂肪烃链构成。其应用有磷酸根、多羟基基团，憎水基由脂肪烃链构成。其应用前景广阔。前景广阔。2023/4/8第12页，此课件共67页哦4.2胶束和临界胶束浓度 表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，憎水基向里、亲水基向外，这

11、种多分子聚集体称为这种多分子聚集体称为胶束。胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。2023/4/8第13页，此课件共67页哦临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)2023/4/8第14页，此课件共67页哦胶束(micelle)2023/4/8第15页，此课件共67页哦胶束(micelle)2023/4/8第16页，此课件共67页哦胶束(micelle)2023/4/8第17页，此课件共67页哦胶束(micelle)研究表明研究表明,胶束的形态除与表面活性剂的浓度有关胶束的形态除与表面活性剂的浓度有关外外,更多的是取决于表面

12、活性剂的几何形状、亲水基与憎更多的是取决于表面活性剂的几何形状、亲水基与憎水基截面积的相对大小。其一般规律是水基截面积的相对大小。其一般规律是 （1 1）具有单链憎水基和较大极性基的分子或离子容易）具有单链憎水基和较大极性基的分子或离子容易形成球状胶束；形成球状胶束；（2 2）具有单链憎水基和较小极性基的分子或离子容易）具有单链憎水基和较小极性基的分子或离子容易形成棒状胶束。对于离子型活性剂，加入反离子将促使形成棒状胶束。对于离子型活性剂，加入反离子将促使棒状胶束形成；棒状胶束形成；（3 3）具有较小极性基的分子或离子容易形成层状胶束。）具有较小极性基的分子或离子容易形成层状胶束。（4)4)一

13、般规律是随表面活性剂浓度的增加，胶团由球状变为棒一般规律是随表面活性剂浓度的增加，胶团由球状变为棒状最后为层状等结构状最后为层状等结构2023/4/8第18页，此课件共67页哦胶束(micelle)也可用临界排列参数也可用临界排列参数P的大小俩来表示或预期胶束的形状：的大小俩来表示或预期胶束的形状：P=P=亲水基截面积亲水基截面积/憎水基截面积憎水基截面积当当P P0.33 0.33 易形成球状或椭球状胶束；易形成球状或椭球状胶束；当当0.33 0.33 P P 0.5 0.5 易形成棒状胶束易形成棒状胶束;当当P=0.5-1.0 P=0.5-1.0 易形成层状胶束易形成层状胶束;当当P P1

14、.0 1.0 易形成反胶束。易形成反胶束。2023/4/8第19页，此课件共67页哦胶团的大小胶团的大小胶团的大小胶团的大小 胶团大小的量度是胶团聚集数胶团大小的量度是胶团聚集数n n，即缔合成一个胶团的表面活，即缔合成一个胶团的表面活性剂分子或离子单体的平均数，一般常用光散射法测定胶团聚集性剂分子或离子单体的平均数，一般常用光散射法测定胶团聚集数（测定分子量，除以单体分子量即为聚集数）。数（测定分子量，除以单体分子量即为聚集数）。2023/4/8第20页，此课件共67页哦胶团的大小胶团的大小胶团的大小胶团的大小 胶团聚集数的大小与亲水基和憎水性的相对大小有关，与电解质的存胶团聚集数的大小与亲

15、水基和憎水性的相对大小有关，与电解质的存在与否、强度的高低有关，一般规律为：在与否、强度的高低有关，一般规律为：（1 1）憎水基链长增加，胶团聚集数增加，这可从半径增大，表面层）憎水基链长增加，胶团聚集数增加，这可从半径增大，表面层面积增大（对球形或椭球形）面积增大（对球形或椭球形）（2 2）加入无机盐使离子型活性剂胶团聚集数上升，这是因为反离子使）加入无机盐使离子型活性剂胶团聚集数上升，这是因为反离子使极性离子的斥力减少，极性离子间靠得更近，聚集数上升，但无机盐极性离子的斥力减少，极性离子间靠得更近，聚集数上升，但无机盐对非离子活性剂的聚集数影响不大；对非离子活性剂的聚集数影响不大；（3 3

16、）温度升高使非离子活性剂的聚集数明显升高，而对离子型活性剂的）温度升高使非离子活性剂的聚集数明显升高，而对离子型活性剂的聚集数影响不大。聚集数影响不大。2023/4/8第21页，此课件共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素1 1、测定方法、测定方法（1 1）表面张力法）表面张力法 作作-lnc-lnc曲线，从曲线的转折点可得曲线，从曲线的转折点可得CMCCMC，此方法简单、方便，可同时，此方法简单、方便，可同时求得求得CMCCMC和吸附量和吸附量 同时，对高活性和低活性表面活性剂有同样的灵敏度、与活性剂类型同时，对高活性和低活性表面活性剂有同样的灵敏度、与活性剂

17、类型和无机盐的存在与否无关和无机盐的存在与否无关 缺点是若表面张力缺点是若表面张力-浓度曲线出现最低点，则转折点被掩盖，灵敏浓度曲线出现最低点，则转折点被掩盖，灵敏度下降。度下降。2023/4/8第22页，此课件共67页哦 临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素（2 2）电导法）电导法 是一经典方法，要点是测定活性剂水溶液的电导率，作电导率是一经典方法，要点是测定活性剂水溶液的电导率，作电导率-浓浓度曲线，由转折点两侧外延直线的交点可得度曲线，由转折点两侧外延直线的交点可得CMCCMC，其优点是方法简单、方便，其优点是方法简单、方便，缺点是只对缺点是只对离子型活性剂离子型

18、活性剂有效、而且准确度与有效、而且准确度与CMCCMC大小有关，有无机盐存在大小有关，有无机盐存在时，灵敏度降低。时，灵敏度降低。（3 3）染料法）染料法 是一种利用某些染料在水中和在胶团中的颜色不同来测定是一种利用某些染料在水中和在胶团中的颜色不同来测定CMCCMC的方法，的方法，一般采用稀释法，即在一般采用稀释法，即在CMCCMC之上加入少量染料，大多数染料溶于胶团中，然之上加入少量染料，大多数染料溶于胶团中，然后用溶剂逐步稀释溶液并测定其吸光度变化。当溶液颜色发生突变时，其对后用溶剂逐步稀释溶液并测定其吸光度变化。当溶液颜色发生突变时，其对应的浓度即为应的浓度即为CMCCMC，此方法简便

19、易得，且可用于胶团形成动力学的研，此方法简便易得，且可用于胶团形成动力学的研究。究。2023/4/8第23页，此课件共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素（4 4）浊度法）浊度法 与染料法相似，但不是测定其颜色变化，而是测定某非极性化合物（在与染料法相似，但不是测定其颜色变化，而是测定某非极性化合物（在水中溶解度很小）在胶团生成前后溶解度的突变点来测定水中溶解度很小）在胶团生成前后溶解度的突变点来测定CMCCMC。如将某碳氢如将某碳氢化合物加入活性剂溶液中，当活性剂浓度在化合物加入活性剂溶液中，当活性剂

20、浓度在CMCCMC之下时，溶液呈现浑浊，之下时，溶液呈现浑浊，不断加入活性剂并振荡，当活性剂浓度到不断加入活性剂并振荡，当活性剂浓度到CMCCMC之上，碳氢化合物溶于胶之上，碳氢化合物溶于胶团内核，溶液变为清亮，发生突变时的浓度即为团内核，溶液变为清亮，发生突变时的浓度即为CMCCMC，测定时可用目测法，测定时可用目测法，也可用光度法（浊度法）测定。也可用光度法（浊度法）测定。染料法与浊度法都有简单、方便的优点，但所用探针化合物用量不宜过染料法与浊度法都有简单、方便的优点，但所用探针化合物用量不宜过多，否则会影响多，否则会影响CMCCMC测定的精度。测定的精度。2023/4/8第24页，此课件

21、共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素（5 5）光散射法）光散射法 胶团粒子的大小满足光散射的条件，因此，具有较强的丁铎尔效应胶团粒子的大小满足光散射的条件，因此，具有较强的丁铎尔效应（Tyndall effect).Tyndall effect).因此，可通过测定散射光强度随浓度的变化以确因此，可通过测定散射光强度随浓度的变化以确定临界胶团浓度，此方法干扰少，具有普适性，是测定定临界胶团浓度，此方法干扰少，具有普适性，是测定CMCCMC的好方法。的好方法。最后值得指出的是，最后值得指出的是，CMCCM

22、C不象不象T Tb b,T,Tf f等物理量一样在某一状态下存一确等物理量一样在某一状态下存一确定值，而是一个浓度区域，它随测定方法不同而稍有变化。定值，而是一个浓度区域，它随测定方法不同而稍有变化。2023/4/8第25页，此课件共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素2 2、影响因素、影响因素（1 1）结构影响）结构影响 离子型和非离子型：离子型和非离子型：A A、离子型的、离子型的CMCCMC比非离子型大，这是因为离子型形成胶团必须克服离子间比非离子型大，这是因为离子型形成胶团必须克服离子间排斥力，故胶团不易生成；排斥力，故胶团不易生成；B B、同系物中，亲

23、水基相同，碳原子数多者，、同系物中，亲水基相同，碳原子数多者，CMCCMC小，这是因为碳原子数小，这是因为碳原子数增加，憎水效应增加，容易生成胶团，故增加，憎水效应增加，容易生成胶团，故CMCCMC下降；对离子型和非离下降；对离子型和非离子型表面活性剂均遵循此规律，但两者降低幅度不同，用公式表示：子型表面活性剂均遵循此规律，但两者降低幅度不同，用公式表示：lgCMC=A-BnlgCMC=A-Bnn n碳氢链的碳原子数碳氢链的碳原子数A,BA,B为经验常数，离子型为经验常数，离子型B=0.3B=0.3，非离子型，非离子型B=0.5B=0.5。碳氢链的碳原子数增加，非离子型活性剂的碳氢链的碳原子数

24、增加，非离子型活性剂的CMCCMC下降更快，而离子型下降下降更快，而离子型下降较慢。较慢。2023/4/8第26页，此课件共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素 憎水基链长相同，组成不同时：憎水基链长相同，组成不同时：A A、碳氟链活性剂的、碳氟链活性剂的CMCCMC明显低于碳氢链活性剂的明显低于碳氢链活性剂的CMCCMC，这是因为碳，这是因为碳氟链的憎水效应比碳氢链强的缘故；氟链的憎水效应比碳氢链强的缘故；B B、碳氢链有分支结构的活性剂比直链的活性剂的、碳氢链有分支结构的活性剂比直链的活性剂的CMCCMC大，可理解为大，可理解为形成胶团的空间位阻大，胶团不稳

25、定不易形成，而空间位阻效应引起的负形成胶团的空间位阻大，胶团不稳定不易形成，而空间位阻效应引起的负面影响比憎水效应引起的正面影响大；面影响比憎水效应引起的正面影响大；C C、憎水基上带有极性基团或不饱和基团的、憎水基上带有极性基团或不饱和基团的CMCCMC大，这是因为极性基大，这是因为极性基团和不饱和基团的极化度大，亲水性增加，憎水性减小。团和不饱和基团的极化度大，亲水性增加，憎水性减小。2023/4/8第27页，此课件共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素(2)(2)添加剂的影响添加剂的影响 一般的表面活性剂均是工业品，总是多少含有一些杂质，杂一般的表面活性剂

26、均是工业品，总是多少含有一些杂质，杂质的存在或在无机盐存在时质的存在或在无机盐存在时 ，对活性剂的，对活性剂的CMCCMC会产生影响：会产生影响：无机盐无机盐 无机盐对无机盐对离子型活性剂离子型活性剂有显著影响，其中起主要作用的是活性剂离有显著影响，其中起主要作用的是活性剂离子的子的反离子反离子，反离子价数越多，水合半径越大，则影响越大，反离子的存，反离子价数越多，水合半径越大，则影响越大，反离子的存在使在使CMCCMC降低，这是因为反离子的加入使极性离子间的降低，这是因为反离子的加入使极性离子间的斥力降低斥力降低，而有，而有利于胶团形成。利于胶团形成。对非离子型活性剂，无机盐影响不大。对非离

27、子型活性剂，无机盐影响不大。2023/4/8第28页，此课件共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素 极性有机物极性有机物 少量极性有机物如脂肪醇、胺、酸等，可使表面活性剂的少量极性有机物如脂肪醇、胺、酸等，可使表面活性剂的CMCCMC发生发生很大的变化。很大的变化。极性有机物对表面活性剂临界胶团浓度的影响可分为三类：极性有机物对表面活性剂临界胶团浓度的影响可分为三类：A A、属长链的极性有机物，由于他们的水溶性很差，在表面活性剂、属长链的极性有机物，由于他们的水溶性很差，在表面活性剂中只能存在于胶团中而

28、使中只能存在于胶团中而使CMCCMC降低。如十二烷基硫酸钠中含有十二醇时，降低。如十二烷基硫酸钠中含有十二醇时，CMCCMC降低。降低。B B、低分子量的极性有机物如尿素、甲酰胺、乙二胺等，这类化合物有、低分子量的极性有机物如尿素、甲酰胺、乙二胺等，这类化合物有很强的水溶性，与水有很强烈的相互作用，从而能通过改变溶剂的性质使很强的水溶性，与水有很强烈的相互作用，从而能通过改变溶剂的性质使胶团不易形成，胶团不易形成，CMCCMC增大，同时，这类添加剂还增加活性剂的溶解度，以增大，同时，这类添加剂还增加活性剂的溶解度，以使使CMCCMC增大。增大。C C、强极性添加物如果糖、木糖等的存在使、强极性

29、添加物如果糖、木糖等的存在使CMCCMC下降。下降。2023/4/8第29页，此课件共67页哦临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素 温度影响温度影响离子型表面活性剂，离子型表面活性剂，CMC受温度影响不大。受温度影响不大。Krafft点点温度是离子型表面活性剂形成胶束的下限温度，温度是离子型表面活性剂形成胶束的下限温度，Krafft点是离子型表面活性剂在水中溶解度急剧增大时点是离子型表面活性剂在水中溶解度急剧增大时的温度，是离子型表面活性剂的特征。的温度，是离子型表面活性剂的特征。2023/4/8第30页，此课件共67页哦非离子型表面活性剂，温度升高，非离子型表面活性剂

30、，温度升高，CMC降低。降低。对于非离子型表面活性剂，温度升高至某一温度，澄对于非离子型表面活性剂，温度升高至某一温度，澄清溶液变浑浊，有大的集体沉淀物析出。这一温度称清溶液变浑浊，有大的集体沉淀物析出。这一温度称为为浊点浊点。浊点与非离子型表面活性剂与溶剂水的结合能力有关，浊点与非离子型表面活性剂与溶剂水的结合能力有关，亲水性越强浊点越高。亲水性越强浊点越高。临界胶束浓度的测定及其影响因素临界胶束浓度的测定及其影响因素2023/4/8第31页，此课件共67页哦4.3表面活性剂在液体表面的吸附一、表面活性、表面活性 溶液至少由两种分子组成。由于溶质溶液至少由两种分子组成。由于溶质分子与溶剂分子

31、之间的作用力与纯液体不分子与溶剂分子之间的作用力与纯液体不同，因此，溶液的表面张力除与温度、压同，因此，溶液的表面张力除与温度、压力、溶剂的性质有关外，还与溶质的性质力、溶剂的性质有关外，还与溶质的性质和浓度有关。和浓度有关。水溶液表面张力随浓度变化规律大水溶液表面张力随浓度变化规律大致有如图所示的三种类型。图中致有如图所示的三种类型。图中 0为纯为纯水在测定温度下的表面张力水在测定温度下的表面张力2023/4/8第32页，此课件共67页哦溶液的表面张力与表面活性类型类型1：溶液表面张力随溶液浓度增加而线性增大。多数无机盐。（如：溶液表面张力随溶液浓度增加而线性增大。多数无机盐。（如 NaCl

32、，NH4Cl）、）、酸、碱及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物的水酸、碱及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物的水溶液属于这一类型。这类物质常称为溶液属于这一类型。这类物质常称为“非表面活性物质非表面活性物质”。其特点是类型类型2：溶液表面张力随溶液浓度增加而逐渐降低。这种类型：溶液表面张力随溶液浓度增加而逐渐降低。这种类型的例子包括大多数低分子量的极性有机物。如醇、醛、酸、的例子包括大多数低分子量的极性有机物。如醇、醛、酸、酯、胺及其衍生物。由于水溶性有机化含物一般含有一个极酯、胺及其衍生物。由于水溶性有机化含物一般含有一个极性基（如性基（如 OH 基或基或 COOH 基）和一个非极性碳氢基团。这类基）和一个

33、非极性碳氢基团。这类分子倾向于聚集在表面层，它们的取向是把极性部分指向体分子倾向于聚集在表面层，它们的取向是把极性部分指向体相溶液中的极性水分子，非极性部分朝向气相。这种类型的相溶液中的极性水分子，非极性部分朝向气相。这种类型的数学特征是数学特征是2023/4/8第33页，此课件共67页哦溶液的表面张力与表面活性类型类型3：这种类型的特点是；当浓度增加时，：这种类型的特点是；当浓度增加时，迅速下迅速下降并很快达最低点，此后溶液表面张力随浓度变化很降并很快达最低点，此后溶液表面张力随浓度变化很小。达到最低点时的浓度一般在小。达到最低点时的浓度一般在1%以下。在水中加以下。在水中加入高直碳链的有机

34、酸以及烷基磺酸盐（入高直碳链的有机酸以及烷基磺酸盐（RCOO-Na+和和R-SO3-Na+）等属这种类型。等属这种类型。2023/4/8第34页，此课件共67页哦溶液的表面张力与表面活性溶质使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性，具有表面活性的溶质称为表面活性物质（如类型2和类型3）。由于类型3表面活性物质具有在低浓度范围内显著降低表面张力的特点，这类物质也称为表面活性剂。例如在25时，在0.008moldm-3的十二烷基硫酸钠水溶液中，水的表面张力从0.072Nm-1降到0.039Nm-1。2023/4/8第35页，此课件共67页哦二、溶液表面过剩物质在界面上富集的现象叫做物质在界面上富集的现

35、象叫做吸附吸附。表表面面活活性性剂剂能能降降低低表表面面张张力力就就是是其其在在界界面面（气气液液、液液、固气、固液等）吸附的结果。液液、固气、固液等）吸附的结果。溶溶液液表表面面的的吸吸附附导导致致表表面面浓浓度度与与内内部部浓浓度度不不同同，这这种不同称为种不同称为表面过剩。表面过剩。2023/4/8第36页，此课件共67页哦三、吉布斯吸附等温式三、吉布斯吸附等温式-Gibbs吸附公式它的物理意义是：在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中所含溶质的物质的量之差值。即：式中G2为溶剂超量为零时溶质2在表面的超额。a2是溶质2的活度，dg/da2是在等温下，表面

36、张力g 随溶质活度的变化率。2023/4/8第37页，此课件共67页哦吉布斯吸附等温式吉布斯吸附等温式 从上式可看出，吸附量从上式可看出，吸附量 2 2 的符号取决于表面张力随浓度的变的符号取决于表面张力随浓度的变化率化率 d/dcd/dc，若若 d/dcd/dc0 0 0，溶质发生溶质发生正吸附正吸附；这时；这时溶质在表面上的浓度比溶液内部的大；反之，当溶质在表面上的浓度比溶液内部的大；反之，当 d/dcd/dc0 0，溶质溶质发生发生负吸附负吸附，这时溶质在表面上的浓度比溶液内部的小，即溶剂在表面，这时溶质在表面上的浓度比溶液内部的小，即溶剂在表面上的含量更多。上的含量更多。对于稀溶液，a

37、2近似等于c2，c2为溶质的浓度。2023/4/8第38页，此课件共67页哦4 4.4 4 增溶作用增溶作用4.4.1 增溶作用的定义和特点4.4.2 增溶作用的方式4.4.3 增溶作用的影响因素4.4.4 增溶作用的应用第39页，此课件共67页哦4.4.1 增溶作用的定义和特点定义：由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶剂中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的作用。例如：常温下，乙苯基本不溶于水，但在100mL0.3mol/L的十六酸钾溶液中可溶解3g。第40页，此课件共67页哦 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

38、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，而整个溶液的依数性变化不大。4.4.1 增溶作用的定义和特点第41页，此课件共67页哦增溶作用的特点 （1）增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低，是自发过程，使整个系统更加稳定。（2）增溶作用是一个可逆的平衡过程 （3）增溶后不存在两相，溶液是透明的 4.4.1 增溶作用的定义和特点第42页，此课件共67页哦4.4.2 增溶作用的方式四种增溶方式：第43页，此课件共67页哦（1）非极性分子在胶团内核的增溶 饱和脂肪烃、环烷烃及苯等不易极化的非极性有机化合物，一般被

39、加溶于胶团的内核中，就像溶于非极性碳氢化合物液体中一样（图a）。增溶后的紫外光谱或核磁共振谱表明被加溶物处于非极性环境中，X射线表明在加溶后胶团变大。4.4.2 增溶作用的方式第44页，此课件共67页哦（2）增溶于表面活性剂分子间的“栅栏”处 长链醇、胺等极性有机分子，一般以非极性碳氢链插入胶团内部，而极性头处于表面活性剂极性基之间，并通过氢键或偶极子相互作用（图b）。加溶后的X射线表明胶团未变大。若极性有机物分子的极性很弱，加溶时插入胶团的程度会增加，甚至极性基也会被带入胶团内核。4.4.2 增溶作用的方式第45页，此课件共67页哦（3）吸附于胶团表面 一些既不溶于水也不溶于非极性烃的小分子

40、极性有机化合物，如苯二甲酸二甲酯以及一些染料，吸附于胶团的外壳或部分进入表面活性剂极性基层而被加溶（图c）。这些加溶物的光谱表明，它们处于极性环境中。在非离子表面活性剂溶液中，此类物质加溶于胶团的聚氧乙烯外壳中。4.4.2 增溶作用的方式第46页，此课件共67页哦（4）增溶于胶团的极性基层 对短链芳香烃类的苯、乙苯等较易极化的碳氢化合物，开始加溶时被吸附于胶团-水界面处，加溶量增多后，插入定向排列的表面活性剂极性基之间，进而更深地进入胶团内核。在聚氧乙烯基为亲水基的非离子表面活性剂胶团溶液中，苯加溶于胶团的聚氧乙烯外壳中（图d）。4.4.2 增溶作用的方式第47页，此课件共67页哦4.4.2

41、增溶作用的方式上述四种加溶方式，其增量的规律：d db ba ac c。增溶作用的本质本质：由于胶团的特殊结构，从它的内核到水相提供了从非极性到极性环境的全过渡。因此，各类极性或非极性的难溶有机物都可以找到适合的溶解环境，而存在于胶团中。由于胶团粒子一般小于0.1m，加溶后的胶团溶液仍是透明液体。第48页，此课件共67页哦4.4.3 增溶作用的影响因素由于增溶作用发生在胶束中，所以一切影响胶束化作用的因素（cmc大小，胶束大小，胶束带电性质）及被增溶物的性质都会对增溶量和增溶位置产生影响。例如：温度对增溶的影响温度对增溶的影响影响胶束的形成影响增溶质的溶解影响表面活性剂的溶解度对于离子表面活性

42、剂，温度上升主要是增加增溶质在胶束对于离子表面活性剂，温度上升主要是增加增溶质在胶束中的溶解度以及增加表面活性剂的溶解度。中的溶解度以及增加表面活性剂的溶解度。2023/4/8第49页，此课件共67页哦4.4.4 增溶作用的应用乳液聚合：工业上合成丁苯橡胶时，利用增溶作用将原料溶于肥皂溶液中再进行聚合反应（即乳化聚合）；石油开采：驱油 胶束溶液：将表面活性剂、助剂、油混合在一起，这种溶液能溶解原油。胶片生产：消除胶片上的微小油脂杂质；洗涤第50页，此课件共67页哦51 干洗剂的增溶作用：为了提高干洗的洗涤品质，利用增溶技术把表面活性剂加入到干洗剂中，优点有：增強溶剂侵透织物的能力。促进固体污垢

43、从织物上脱落。水被增溶进来，从而促进水溶性污垢的去除。避免织物泛黃。4.4.4 增溶作用的应用2023/4/8第51页，此课件共67页哦4.5表面活性剂的应用及发展表面活性剂的用途极广，涉及很多方面。一.润湿作用 表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触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；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，使接触角大于性剂，使接触角大于9090。2

44、023/4/8第52页，此课件共67页哦表面活性剂的重要作用二.起泡作用 泡沫是气体分散在液体中所形成的热力学不稳定的体系。泡沫是气体分散在液体中所形成的热力学不稳定的体系。“泡泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以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，这种活性剂称为矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂起泡剂。如十。如十四烷基硫酸钠、十四烷基苯磺酸钠等。四烷基硫酸钠、十四烷基苯磺酸钠等。在泡沫体系中一般还必须有在泡沫体系中一般还必须

45、有稳泡剂稳泡剂存在，其主要作用在于使泡沫存在，其主要作用在于使泡沫更稳定。常用的稳泡剂有更稳定。常用的稳泡剂有12-1612-16碳的脂肪醇。碳的脂肪醇。也有时要使用也有时要使用消泡剂消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加，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。入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。常用常用的消泡剂有的消泡剂有5-65-6个碳的醇或醚、有机硅等。个碳的醇或醚、有机硅等。2023/4/8第53页，此课件共67页哦表面活性剂的重要作用2023/4/8第54页，此课件共67页哦表面活性剂的重要作用表面活性剂的起泡机理主

46、要表现在以下几表面活性剂的起泡机理主要表现在以下几个方面：个方面：1 1）降低气）降低气液界面张力，使泡沫体系稳液界面张力，使泡沫体系稳定。定。2 2）在液膜上形成双层吸附。在液膜上形成双层吸附。3 3）表面活性剂的亲油基相互吸引、拉表面活性剂的亲油基相互吸引、拉紧，使吸附层的强度提高。紧，使吸附层的强度提高。4 4）离子型表面活性剂）离子型表面活性剂因电离而使泡沫带因电离而使泡沫带电，其相互斥力阻碍了电，其相互斥力阻碍了表面活性剂的接表面活性剂的接近和聚集。近和聚集。2023/4/8第55页，此课件共67页哦表面活性剂的重要作用三.乳化作用 一种或几种液体以大于一种或几种液体以大于1010-

47、7-7m m直径的液珠分散在另一直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的不相混溶的液体之中形成的粗分散粗分散体系称为乳状液体系称为乳状液。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不同可以形成以水为连续相的水包油水包油乳状液乳状液(O/W)O/W)，或以或以油为连续相的油为连续相的油包水油包水乳状液乳状液(W/O)W/O)。有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为称为破乳剂破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。，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

48、剂将油与水分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。2023/4/8第56页，此课件共67页哦表面活性剂的重要作用四.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。2023/4/8第57页，此课件共67页哦表面活性剂的重要作用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。2023/4/8第58页，此课件共67页哦表

49、面活性剂的应用五、其他应用五、其他应用1.1.表面活性剂在医药学上的影响表面活性剂在医药学上的影响 表表面面活活性性剂剂浓浓度度低低时时，可可以以增增加加药药物物在在胃胃肠肠道道体体液液中中的的润润湿湿性性。浓浓度度增增加加到到临临界界胶胶束束浓浓度度以以上上时时，药药物物被被包包裹裹在在胶胶束束内内而而不不易易释释放放，或或因因胶胶束束太大，不能透过生物膜，则会降低药物的吸收。太大，不能透过生物膜，则会降低药物的吸收。表表面面活活性性剂剂有有溶溶解解生生物物膜膜脂脂质质的的作作用用，增增加加上皮细胞的通透性。上皮细胞的通透性。2023/4/8第59页，此课件共67页哦表面活性剂的应用 表面活

50、性剂与蛋白质的相互作用表面活性剂与蛋白质的相互作用 蛋蛋白白质质在在碱碱性性介介质质中中羧羧基基解解离离使使其其带带负负电电荷荷，会会与与阳阳离离子子表表面面活活性性剂剂结结合合；在在酸酸性性介介质质中中，其其碱碱性性基基团团则则带带正正电电荷荷，会会与与阴阴离离子子表表面面活性剂结合。活性剂结合。另外表面活性剂还可使蛋白质产生变性。另外表面活性剂还可使蛋白质产生变性。2023/4/8第60页，此课件共67页哦表面活性剂的应用 表面活性剂的毒性表面活性剂的毒性(1)阳离子型阴离子型非离子型。(2)口服给药呈慢性毒性：大小顺序也是阳阴非，非离子型表面活性剂口服相对没有毒性。(3)静脉给药与口服比