表面活性剂与界面现象

1、表面活性剂与界面现象报告人：报告人：界面现象在自然界普遍存在界面现象在自然界普遍存在界面现象在生产生活中应用广泛 活性炭吸附溶液中的杂质；活性炭吸附溶液中的杂质；油田开发：强化采油（三次采油）；油田开发：强化采油（三次采油）；日用品中的冰淇淋、牛奶、啤酒、雨衣等日用品中的冰淇淋、牛奶、啤酒、雨衣等.界面：界面：物质的两相之间密切接触的过渡区称为界面。物质的两相之间密切接触的过渡区称为界面。约为几个分子厚度的薄层。约为几个分子厚度的薄层。表面：表面：两相中一相为气体时的界面通常称为表面。两相中一相为气体时的界面通常称为表面。界面和表面界面和表面1.气气-液界面液界面2.气气-固界面固界面3.液液

2、-液界面液界面4.液液-固界面固界面5.固固-固界面固界面常见的界面常见的界面:界面现象界面现象（interface phenomenan）：凡是在相界面上所发生的一切物理化学现象统称为界面凡是在相界面上所发生的一切物理化学现象统称为界面现象或表面现象现象或表面现象（surface phenomenan）。处于任何相态的任何物质的表面与其体相比较处于任何相态的任何物质的表面与其体相比较, , 二者在二者在组成、结构、分子所处的能量状态和受力情况等方面均组成、结构、分子所处的能量状态和受力情况等方面均有差别。有差别。系统界面增加会影响系统性质而呈现出特殊现象。系统界面增加会影响系统性质而呈现出特

3、殊现象。界面特性：界面特性：界面研究界面研究 例如，直径为例如，直径为1cm的球形小液滴的球形小液滴,当分散成当分散成1018个个直径为直径为10nm的球形小液滴的球形小液滴表面积为表面积为3.14104 m2总表面积总表面积314 m2是原来是原来的的106倍倍 对于一定量的物质而言，它的分散程度越高，对于一定量的物质而言，它的分散程度越高，其表面积其表面积( (或界面积或界面积) )就越大，表面效应就越突出。就越大，表面效应就越突出。 把物质分散成细小微粒的程度，称为把物质分散成细小微粒的程度，称为分散度分散度。分散度和比表面积分散度和比表面积比表面积比表面积(Specific Surfa

4、ce Area)如何衡量系统的分散度如何衡量系统的分散度(Dispersion) ?定义定义：单位体积的物质所具有的表面积单位体积的物质所具有的表面积 定义定义：单位质量的物质所具有的表面积单位质量的物质所具有的表面积 1SVAamV （）21SSAamkgm （）一定质量或体积的物质分割得越小一定质量或体积的物质分割得越小, ,比表面积越大，比表面积越大，分散度越高。分散度越高。 例如，把边长为例如，把边长为1cm的立方体的立方体1cm3逐渐分割成小立逐渐分割成小立方体时，比表面积增长情况列于下表。从表中可以看方体时，比表面积增长情况列于下表。从表中可以看出：当将边长为出：当将边长为10-2

5、米的立方体分割成米的立方体分割成1纳米纳米（10-9m）的小立方体时，比表面增长了的小立方体时，比表面增长了一千万一千万倍。倍。边长边长l /m 立方体数立方体数 比表面比表面aS /（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 达到达到纳米级纳米级的超细微粒具有巨大的比表面积，的超细微粒具有巨大的比表面积，从而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相从而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。催化方面的研究热点。 在处理分散度很高的物质时，如不考

6、虑其在处理分散度很高的物质时，如不考虑其界面界面的特殊性的特殊性，将会导致错误的结论。，将会导致错误的结论。纳米和纳米材料纳米和纳米材料表面活性剂表面活性剂的概念表面活性剂的概念 表面活性剂表面活性剂(surfactant)是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降；且当浓度达到一定浓度时形成聚集结构的物质。 表面张力：表面张力：使液体表面分子向内收缩至最小面积的这种力。 表面活性剂的用途表面活性剂表面活性剂表面活性剂的重要作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：1 1. .润湿作用润湿作用 2 2. .起泡作用起泡作用 4.4.增溶作用增溶

7、作用 3.3.乳化作用乳化作用5 5. .洗涤作用洗涤作用 表面活性剂的分类表面活性剂通常采用其表面活性剂通常采用其极性基团极性基团的结构来分类，的结构来分类，离子型离子型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阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，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。否则可能会发生沉淀而失去活性作用。常用表面活性剂常用表面活性剂1.1.阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂(1)(1) 羧酸盐羧酸盐 RCOORCOO 例如：例如： 肥皂中的表面活性成分肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠硬脂酸钠等等(2) (2

8、) 磺酸盐磺酸盐 R-SO3 例如：例如： 洗衣粉中的洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠(ABS)(ABS)等等(3) (3) 硫酸酯盐硫酸酯盐 R-OSOR-OSO3 3 (4) (4) 磷酸酯盐磷酸酯盐 R-OPOR-OPO3 32 2常用表面活性剂常用表面活性剂2.2.阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点(1)(1)伯胺盐伯胺盐 R-NH3 (2)(2)季胺盐季胺盐 CH3 |例如例如 C16H33-N+-CH3Br | CH3 十六烷基溴化铵十六烷基溴化铵( (俗称俗称1631)1631)季胺盐水溶液

9、具有强杀菌性，常用作消毒、杀菌剂(3) (3) 吡啶盐吡啶盐 例如例如 C C1212H H2525(NC(NC5 5H H5 5) )+ + 常用表面活性剂常用表面活性剂3.3.两性表面活性剂两性表面活性剂(1) 氨基酸型氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂(2)(2)甜菜碱型甜菜碱型 CH3 R-N+-CH2COO- CH3去污力强，对纤维有保护作用(3) (3) 卵磷脂类卵磷脂类 属天然表面活性剂，常用作食品添加剂属天然表面活性剂，常用作食品添加剂 4.4.非离子表面活性剂非离子表面活性剂(1)脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙

10、烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润性能俗称平平加系列，具良好湿润性能(2)(2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称俗称 OPOP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(3)(3)聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂 (4)(4)多元醇型多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物 Span类 及 Tween类表面活性剂即属此类 具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性

11、。亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用OOHOHOOHCORSpanOOO(C2H4O)yHOO(C2H4O)zHCORH(OC2H4)xTween常用表面活性剂常用表面活性剂Gemini表面活性剂表面活性剂 在在Gemini表面活性剂中表面活性剂中,两个离子头基是靠联接基团通过化两个离子头基是靠联接基团通过化学键而连接的学键而连接的,由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接连接,致使其碳氢链间更容易产生强相互作用致使其碳氢链间更容易产生强相互作用,即加