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表面活性剂(又稱界面活性劑)是能使目标溶液表面张力显著下降的物质,可降低两种液体或液体-固体间的表面张力。最典型的例子是肥皂,具分解、滲入的效果,應用廣泛。
表面活性剂分子是两亲分子,即分子的一端是极性的亲水基团,而另一端是非极性的亲油疏水基团。[1]
表面活性剂按照种类,可以分为:
- 阳离子表面活性剂
- 阴离子表面活性剂
- 两性离子表面活性剂
- 非离子表面活性剂
它在溶液中的浓度超过某一临界值后,会自发缔合形成胶束(micelle)。胶束开始明显形成时的「浓度」,称为临界胶束浓度(CMC),是表面活性剂的重要参数。
表面活性劑有兩端。親油端會吸在髒污上,而另一端就是親水端,然後親水端會隨著水流帶走親油端的髒污,可達到清潔的效果。
目录
- 1 语源
- 2 性质
- 3 应用
- 4 参考文献
- 5 外部链接
语源[编辑]
“表面活性剂”一词的英文surfactant/surfactants由surface active agents(表面+活性+剂)组成的合成词[2],于1950年由安德拉的产品首先使用。
性质[编辑]
胶束——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部,避免与极性的水分子接触;分子的极性亲水头端则露于外部,与极性的水分子发生作用,并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。形成胶束的化合物一般为两亲分子,因此一般胶束除可溶于水等极性溶剂以外,还能以反胶束的形式溶于非极性溶剂中。
表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力,或通过吸附在液體界面间来降低油水界面张力。许多表面活性剂也能在本体溶液中,聚集成为聚集体。
囊泡和胶束都是此类聚集体。表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。当胶束在水中形成,胶束的尾形成能够包裹油滴的核,而它们的(离子/极性)头能够形成一个外壳,保持与水接触。表面活性剂在油中聚集,聚集体指的是反胶束。在反胶束中,头在核,尾保持与油的充分接触。表面活性剂通常分为四大类:阴离子,阳离子,非离子和两性离子(双电子)。
表面活性剂系统的热动力学很重要,不论是理论上还是实践上。因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。表面活性剂溶液可能含有有序相(胶束)和无序相(自由表面活性剂分子和/或离子)。
如常用的洗涤剂能够提高水在土壤中的渗透能力,但是效果仅仅持续数日(许多标准洗衣粉含有一定量的化学品,比如钠和溴,由于它们会破坏植物,不适于土壤)。商业土壤润湿剂会持续起效果一段时间,最终还是会被微生物降解。然而,有一些会对水生物的生物循环产生影响,因此必须小心防止这些产品流入地表径流,过量产品不应该洗消。
其他例子:
1. 肥皂
日常生活中常见的肥皂就是典型的表面活性剂。肥皂可以用来洗净衣服、皮肤表面的油渍,而单用水却不容易洗掉,因为油是不溶于水的。那么,肥皂为什么能够洗净油渍呢?这得归功于表面活性剂的“两面派”特性。肥皂的成分是脂肪酸金属盐,它一头易溶于水,我们称之为“亲水基团”;另一头则难溶于水而易溶于油,我们称之为“憎水基团”或“亲油基团”。正因为这样特殊的结构,肥皂能够一头扎进水中,另一头扎进油中。这样,水拉着肥皂分子,肥皂分子再拉着油,就把油渍从衣服上拉下来了。
表面活性剂分子中同时具有亲水基团和亲油基团,这种特性也叫做“双亲”(amphiphilic)。由于表面活性剂的这种特性,在适当浓度时,它们在水中能形成胶束(micelle):亲水的头部被水吸引朝外,亲油的尾部被水排斥从而朝里。在洗衣服的过程中,油渍就是被亲油基团拉到胶束的内部,而整个胶束又被水带走。如果是在油性环境中,它们又可以形成反胶束(inverse micelle),即头在内尾在外。这些胶束在化妆品中有着举足轻重的作用。
2.化妆品
常见的化妆品一般都是膏状或乳霜状的,其中既含有油也含有水,而且分散得非常均匀。水油不相容,那如何能使它们在护肤品中和平共处呢?表面活性剂在这时就发挥了重要的作用——乳化作用(Emulsification)。在水性环境中,表面活性剂形成胶束,把油的小颗粒包裹在胶束的中心,相当于在油颗粒外面套上了一件亲水的外衣,使它们能够自在又均匀地分散在水中,形成稳定的乳液(emulsion)。而当乳液被涂到皮肤上时,这些胶束就会破裂,从而释放出油颗粒(通常即是化妆品的有效成分)被皮肤吸收。
应用[编辑]
表面活性剂可以有许多用途:
- 金属行业的前处理
- 粘合剂乳化
- 纺织行业
- 皮革行业
- 清洁
- 浸润
- 脱墨水
- 发泡
- 量子点上包覆材料(coating)
也是许多日常用品的原料:
- 清潔劑
- 柔顺剂
- 涂料
- 黏合劑
- 墨水
- 泻药
- 除草剂和殺蟲劑
- 潤髮乳
- 洗髮精
参考文献[编辑]
- ^ 吕, 彤. 表面活性剂的分子结构. 北京: 中国纺织出版社. 2009年: 520页. ISBN 978-7-5064-5538-1.
- ^ Rosen, M.J., Surfactants and Interfacial Phenomena. 3rd ed. 2004, Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.
外部链接[编辑]
- 维基共享资源上的相關多媒體資源:表面活性剂
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