看似高科技的名词表面活性剂实则并不是新鲜事物
发布时间:2021-09-29 14:43:45 |很多商家在宣传清洁类产品时会说产品是高科技产品,富含表面活性剂之类的用语,听起来很高端,其实表面活性剂是在很低浓度时能显著降低水的表面张力的化合物。液体的表面张力与液体成分密切相关。当溶剂中加入第二种物质(溶质)而形成溶液时,表面张力将不同于纯溶剂的数值,且随溶液浓度而变。
变化规律大致有三类:①表面张力随溶质浓度增加而缓慢升高;②表面张力随溶质浓度增加而降低,开始时降低得快些,后来则慢些;③表面张力先随溶质浓度增加而急剧下降,至一定浓度后几乎不再变化。若物质甲能降低液体物质乙的表面张力,就说甲对乙有表面活性;若甲不能降低乙的表面张力,甚至使之略为升高,则甲对乙无表面活性。由于水是最普通和最重要的溶剂,通常所说的表面活性都是对水而言的。
按照水溶液表面张力变化,根据上述三种情况,可把溶质分为相应的三类。一般无机物如氯化钠、硝酸钾、盐酸、氢氧化钠等属①类;乙醇、丁醇、乙酸等属②类;而肥皂、油酸钠和各种洗涤剂属③类。①类对水无表面活性;②类和③类有表面活性。其中③类物质称为表面活性剂,它达到一定浓度后可缔合形成胶团,从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及加溶、分散、洗涤、防腐蚀、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用,成为一类灵活多样,用途广泛的精细化工产品。
分子结构的特点 表面活性剂的分子都是由非极性的疏水(亲油)原子团和极性的亲水基团组成,并且两部分可以各自相对集中,形成一部分亲水和一部分亲油的两亲分子。它的亲水性来自极性基团与水分子的电性相互作用或形成氢键。这使表面活性剂分子具有溶解性质。非极性基团不但不能与水有这样的亲合作用,反会促使周围水分子形成似冰结构,损失活动自由度。如果非极性基团离开水环境,则这部分水的似冰结构将解体,导致体系熵增加和吉布斯函数降低而有利于过程进行,这就是疏水效应。
它赋予表面活性剂分子逃离水相的趋势。结构上的两亲性使表面活性剂具有两种重要的基本作用:溶液表面的吸附和溶液内部的胶团形成。 ①溶液表面吸附,表面活性剂分子的两亲性可通过两种方式来达到,一是从溶液内部聚集到气液界面上,采取极性基团埋在水中,非极性基团伸入气相方式在表面上定向排列,并使表面上表面活性剂浓度大于内部的浓度。这就是溶液表面吸附。伴随着溶液表面张力降低,形成表面吸附层,吸附层中的表面活性剂分子与溶液内部的成平衡。 ②液体内部胶团的形成,满足表面活性剂分子两亲性要求的另一途径是使溶液内部表面活性剂分子的非极性部分彼此缔合,极性基团指向水,形成由极性基团包裹着非极性内核的胶体质点,这就是胶团。胶团水溶液又叫做缔合胶体。胶团化作用只在一定浓度以上才发生,开始大量形成胶团的表面活性剂浓度叫做临界胶团浓度,常用英文缩写cmc来代表。胶团的形态和大小还会发生变化,由球形变为棒状,甚至层状。由于胶团具有非极性内核,一些不溶于水的有机物可借进入胶团而“溶”入胶团溶液之中。这就是加溶作用,在生命现象、洗涤作用及其他工业应用中有重要意义。
表面活性剂品种因亲油基和亲水基结构不同而异。其亲油部分主要由长链碳氢基及其取代物构成,一般包括下列各种结构:①直链和支链烷基(碳原子数为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聚硅氧烷基。常用的是碳氢链表面活性剂,它因亲油基不同引起的性质差别一般较小,性质差别更主要来自亲水基团的不同。故表面活性剂的分类一般以亲水基结构为依据。