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表面活性劑具有特殊的分子結(jié)構(gòu),即由一個與溶劑分子基本沒有吸引作用的基團和個與溶劑之間具有很強吸引作用的基團所組成。前者為疏水基團,后者稱為親水基團,這是所謂的雙親結(jié)構(gòu)。當(dāng)個具有雙親結(jié)構(gòu)的分子溶于溶劑中時,疏水基團可能改變?nèi)軇┑臉?gòu),使體系的自由能增加。當(dāng)這種情況發(fā)生時,體系會以某種方式作出響應(yīng),以減少疏水團與溶劑之間的接觸,當(dāng)表面活性劑溶于水介質(zhì)中時,疏液(水)基團改變了水的結(jié)構(gòu)(通破壞水分子之間的氫鍵以及使水分子在疏水基附重新排列),由于水分子的這種結(jié)構(gòu)打些表面活性劑分子被驅(qū)趕到體系的界面,以疏水基朝向與水分子減少接觸的方向排列水的表面被一層表面活性劑的單分子膜覆蓋,它們的疏水基主要朝向空氣。由于空氣分子本質(zhì)上是非極性的,與疏水基的性質(zhì)類似,因此這種排列方式減少了表面上相互接觸的兩相之間的差異,從而導(dǎo)致了水的表面張力降低。另一方面,親液(水)基團的存在又防止了表面活性劑作為一個單獨的相被完全從溶劑中排出,因為這需要親水基脫水。表面活性劑的這種雙親結(jié)構(gòu)不僅引起了表面活性劑在表面的聚集以及水的表面張力降低,而且導(dǎo)致表面活性劑分子以親水基團位于水相、疏水基團遠離水相在表面定向排列。 適合作為表面活性劑疏水基和親水基的化學(xué)結(jié)構(gòu)隨所用的溶劑和使用條件而有所不同在高極性溶劑如水中,疏水基團可以是適當(dāng)長度的碳氫化合物、碳氟化合物或硅氧烷鏈。而在低極性溶劑中,可能只有部分化合物合適(例如碳氟化合物或硅氧烷鏈在聚丙二醇中)。在性溶劑如水中,離子或強極性基團可以作為親水基團:而在一種非極性溶劑如庚烷中,它可能充當(dāng)疏液(油)基團。隨著溫度和使用條件(如存在電解質(zhì)或有機添加劑)的變化必要對親水基團和疏水基團進行結(jié)構(gòu)上的修飾,以保持適當(dāng)水平的表面活性。因此,為了在特定的體系中產(chǎn)生表面活性,表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)必須使其在使用條件下的那個溶劑中具有“兩親”性質(zhì)。 疏水基團通常是一個長鏈的碳氫化合物殘基,有時是鹵代烴或硅氧烷鏈;親水基團是一個離子或強極性基團。根據(jù)親水基的性質(zhì),可將表面活性劑分為如下幾類。 ①陰離子型分子中具有表面活性的部分帶負(fù)電荷,例如肥皂、烷基苯磺酸鹽； ②陽離子型分子中具有表面活性的部分帶正電荷,如長鏈銨鹽、季銨氯化物； ③兩性離子型具有表面活性的部分同時帶有正電荷和負(fù)電荷,如長鏈氨基酸、磺基甜菜堿； ④非離于型具有表面活性的部分不帶明顯的電荷,如長鏈脂酸單甘油酯、烷基酚聚氧乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚。招生過后文章更加精彩?。?！ 
報名加微信長按下面識別加好友： 電荷類型的一般用途 大多數(shù)天然物質(zhì)的表面是帶負(fù)電荷的,因此如果想用表面活性劑使表面變得疏水(防水),則最好使用陽離子型表面活性劑這類表面活性劑將吸附到界面,以其帶正電荷的頭基朝向帶負(fù)電荷的表面(由于靜電吸引作用),而以水基脫離此表面定向排列,使表面變得水。另一方面,如果要使表面成為親水性的(水潤濕的),那么應(yīng)該避免使用陽離子型表面性劑。然而,如果表面碰巧是帶正電荷的,那么使用陰離子型表面活性劑將使其變得疏水要使表面保持親水,則應(yīng)避免使用。 非離子型表面活性劑在表面吸附時,親水基或疏水基都有可能朝向表面定向排列,取決表面的性質(zhì)。如果表面存在能夠與表面活性劑的親水基形成氫鍵的極性基團,那么表面活劑的親水基可能朝表面定向排列,形成更加疏水的表面:如果表面缺少這種極性基團,那表面活性劑將可能以疏水基朝向表面定向排列,形成更為親水的表面。 兩性離子表面活性劑由于同時攜帶了正電荷和負(fù)電荷,能夠吸附到帶正電荷和帶負(fù)電荷的表面,而不引起表面電荷發(fā)生明顯改變另一方面,陽離子表面活性劑在帶負(fù)電荷的表面的吸附使表面上的負(fù)電荷減少,甚至可能使表面帶正電荷(若有足夠的陽離子被吸附):類似地,陰離子型表面活性劑在帶正電荷的表面的吸附將使表面的正電荷減少,甚至使表面帶負(fù)電荷。非離子型表面活性劑的吸附一般對表面電荷沒有明顯的影響,盡管在吸附層很厚的情況下有效電荷密度可能會降低。 疏水基之間的性質(zhì)差異一般不如親水基之間的性質(zhì)差異那么顯著。一般而言,疏水基是長鏈的碳氫化合物,但包括下列不同的結(jié)構(gòu)：⑥高分子量的環(huán)氧丙烷聚合物(聚丙二醇衍生物)；①表面活性劑在水中的溶解性降低,而在有機溶劑中的溶解性增加；②表面活性劑分子在界面上排列得更加緊密(只要親水基團在界面上占據(jù)的面積允許；③增加表面活性劑在界面吸附和形成聚集體(稱為膠束)的趨勢；④增加表面活性劑及其吸附膜的熔點和表面活性劑在溶液中形成液晶相的趨勢；⑤對于離子型表面活性劑,增加了其被反離子從水中沉淀出來的敏感性。 在疏水基中引入支鏈或不飽和基團將產(chǎn)生下列影響：①增加表面活性劑在水或有機溶劑中的溶解度(與直鏈、飽和的異構(gòu)體相比)；③使表面活性劑分子在界面上的排列變得疏松(順式異構(gòu)體最為松散:反式異構(gòu)體飽和異構(gòu)體幾乎一樣緊密),并能抑制溶液中液晶相的形成；疏水基中存在芳香核時可能產(chǎn)生下列影響：③使表面活性劑分子在界面上的排列變得疏松。脂環(huán)核(如存在于松香衍生物中的)在界面上的排列更加疏松。(4)聚氧丙烯和聚氧乙烯(POE)單元聚氧丙烯單元 增加表面活性劑的疏水性、在極性表面的吸附性和在有機溶劑中的溶解性。POE單元減弱表面活性劑的疏水性,或者增加其親水性。 這兩類基團中的任一類作為表面活性劑的疏水基時,與烷烴類疏水基相比,都可以將水的表面張力降到更低值。全氟烷基表面既疏水又疏油。 在如此多的結(jié)構(gòu)中,人們該如何選擇合適的面活性劑以達到特定的目的呢?或者,對于特定的目的,為什么只有某些表面活性劑適用而其他則不適用呢?經(jīng)濟因素通常是最重要的,除非使用表面活性劑的成本相對于其他費用而言是微不足道的,因此人們通常會選擇能勝任這一工作的最便宜的表面活性劑。此外,環(huán)境影響(生物降解性,對水生生物的毒性和在水生生物體內(nèi)的生物富集)以及用于個人護理用品時對皮膚的刺激性也是值得考慮的重要因素。對于特定的目的,為了用合理的方法來挑選最好的表面活性劑或表面活性劑組合,避免采取費時又昂貴的試錯實驗,就需要了解:①目前常用的表面活性劑的特點(一般物理化學(xué)性質(zhì)及用途);②要完成的工作中所涉及的界面現(xiàn)象以及表面活性劑在這些現(xiàn)象中的作用;③各種結(jié)構(gòu)類型的表面活性劑的表面化學(xué)性質(zhì)以及表面活性劑的結(jié)構(gòu)與其在各種界面現(xiàn)象中行為的關(guān)系,以后的章節(jié)將盡量包含這些領(lǐng)域。 摘自《表面活性劑和界面現(xiàn)象》 Milton J.Rosen
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