Transcript 02-1 表面活性剂_基本概念与特点

第二章 表面活性剂
Chapter2 Surfactant
第一节 特点及分类
Chemical Engineering Department
工业味精—表面活性剂的应用领域
洗涤剂、纺织、皮革、造纸、塑料、
选矿、食品、化工、金属加工、采
油、建筑、化妆品、农药等工业
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表面科学基本概念-界面
 界面(interface)：一相与另一相的分界面称为界
面，体系内部称为体相或本体（Bulk）。
气-液、气-固、液-液、液-固和固-固五种界面
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表面科学基本概念-表面
 表面(surface)：当组成界面的两相中有一
相为气相时，称为表面。表面为界面的一
种特例。
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＠荷叶表面的小水珠为
何总是呈球形？
 常识：同体积的不同几何
体，球体的表面积最小
液体表面有倾向于收
缩的基本特性—收缩
力为表面张力
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表面科学基本概念
 表面张力：液面各部分间相
互吸引的力称为表面张力（
surface tension）
◆表面张力使液体表面倾向收缩
为最小表面积。
水的表面张力甚至能够托
起一枚金属曲别针
2005科学幻想摄影奖第1名“表面张
力”(Surface tension)；作者：罗伯
特·安德森(Robert Anderson)
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表面张力实验—肥皂膜
 金属线框中间系一线圈或棉线，一起浸入肥皂液中，取出后上面形
成一液膜。
 刺破线圈中央或一侧的液膜，被刺破区域张力消失，剩余液膜的表
面张力立即将线圈绷成圆形或弧形。
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三维泡泡
泡泡膜互联形成最小表面积
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正四面体形成的泡
泡膜共有六面，总
面积为正四面体表
面积的0.604。
正立方体形成的泡泡膜
总面积为正立方体表面
积的0.707。
常见液体的表面张力
 垂直于表面的
边界，指向液
体方向并与表
面相切。用γ
表示，单位是
N·m-1。
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表面活性
水的表面张力较大，很多情况下
为生产、生活带来不便，需降低
表面张力。
表面张力：大
小
现象：不润湿
润湿
溶解某种物质，降低表面张力
溶质使溶剂表面张力降低的性质称
为表面活性
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表面活性剂 surfactant
定义：溶解少量时就能
显著降低溶液表面张力
并改变体系界面状态的
物质
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①NaCl
γ/(N·m-1)
①非表面活性物质
溶液表面张力随溶液浓
度增加而线性增大
②表面活性物质
溶液表面张力随溶液浓
度增加而逐渐降低
③表面活性剂
H2O
②丁醇
③肥皂
浓度c/(mol·L-1)
一、表面活性剂的特点
1、分子结构特点——双亲结构（两亲结构）
肥皂(硬脂酸钠,C17H35COONa)
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
非极性基团
亲油基
（长碳链烷
基，碳氢、
碳氟链）
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(憎水基、疏水基)
符号表示
CH2
CH2
CH2
O
CH2
CH2
C
CH2
O
Na+
极性基团
亲水基
（憎油基、疏油基）
（含O、S、N、P
等原子的极性基团）
模型表示汇总
Surfactant molecule
Hydrophobic tail
CH3-CH2-CH2- …
CF3-CF2-CF2- …
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Hydrophilic head
SO3-Na+
NH3+Cl-(OCH2CH2)n-
2、表面活性剂溶液特点
（1）溶解性
表面活性剂应具有油溶性或水
溶性
水
（2）表面吸附
表面活性剂在表面或界面层聚集的现象
亲油基具有脱离
和水接触的趋势
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2、表面活性剂溶液特点
（3）定向排列
吸附在界面上的表面活性剂分子，能定向排列成单分
子膜，覆盖于界面中。
水
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油滴
2、表面活性剂溶液特点
（4）形成胶束
CMC
H2O
低浓度时，分子
状态溶解；
H2O
浓度提高，表面
吸附；
亲油基具有
脱离和水接
水 触的趋势
浓度达到CMC后，
相互聚集形成胶束
表
面
张
力
浓度
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胶束形状
Micelles: Surfactants form micelles when the non-polar tails cluster
together, resulting in a structure with a hydrophobic core and a hydrophilic
exterior.
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临界胶束浓度CMC
 表面活性剂分子聚集生成胶
束的最低浓度称为临界胶束
浓度（Critical Micelle
Concentration，简称CMC）
CMC可以作为表面活性剂表面活
性的一种量度
CMC越小，表面活性越好
！
一般CMC范围：10-2~10-4mol/L,即
10-5~10-7mol/ml
＞108亿个分子/ml
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十二烷基硫酸钠水溶液的
物理化学性质与浓度关系
3、表面活性剂应用特点
多功能性
◆表面活性剂最基本的作用是通过
表面吸附显著降低表面张力。
◆通过吸附后在界面上的定向排列，
改变了界面的亲水亲油性能，由此
带来了一系列的应用性能。
——起泡或消泡、分散、乳化、润湿、洗涤
——抗静电、增溶、杀菌、匀染、平滑、润滑、
防锈、疏水等
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表面活性剂的多功能性
◆利用表面活性剂所具有的润湿、洗净、浸渗、乳
化、分散、增溶、起泡、消泡、凝聚、平滑、柔软、
减摩、杀菌、抗静电、防锈和匀染等表面性能，做
成多种多样的洗净剂、渗透剂、扩散剂、起泡剂、
消泡剂、乳化剂、破乳剂、分散剂、杀菌剂、湿润
剂、柔软剂、抗静电剂、抑制剂、防锈剂、防结块
剂、防雾剂、脱皮剂、增溶剂、精炼剂等等，并将
它们用于国民经济各部门中，例如纺织、石油、轻
工、印染、造纸、皮革、食品、化纤、化工、冶金、
煤炭、建筑、采矿、医药、农业等。这些产品的品
种多，但各产品适用面窄，消耗量少，产量少。国
外表面活性剂的品种就有 5000 多种。
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小 结 Summary
概念：表面与界面
表面张力：产生与效果
◆水的表面张力大小，如何降低
表面活性剂分子结构特点
表面活性剂溶液特点
◆溶解性、表面吸附、定向排列、形成胶束
◆CMC含义
表面活性剂的应用特点：多功能性