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第二章外表活性剂化学

说到外表活性剂大家其实并不陌生，我们所用的肥皂就是较早的外表活性剂，后来在20世纪30年代随着石油工业的开展，外表活性剂迅速开展，品种和产量不断增多，用途也不断推广。到1995年，我国年产量就到达900万吨，品种达1万种以上。其应用也已经渗透到几乎所有技术经济部门，包括石油、纺织、食品、农业、环境、新型材料，日用化学品等，加上用量很少，就能发挥显著的效果，素有“工业味精”之美称。

本章的思路：分子结构――性质――用途总体－具体

根本概念

一、外表与外表张力

生活中很多现象都跟外表张力有关：荷叶上的水珠，毛细管的虹吸，量筒的凹液面。

外表：凝聚体与气体之间的接触面一般称为外表。

外表张力：引起液体外表自动收缩的力叫外表张力。

或是指一种使外表分子具有向内运动的趋势，并使外表自动收缩至最小面积的力。

为什么会有外表张力？是因为外表上的分子所处的状态与体相内部的分子所处的状态不同。液体内部，每个分子所受的作用力是对称的，合力为零，如A，而处在界面的B因液体内部对它的吸引力大，气体分子对它的吸引力小，，所受力不对称，合力指向液体内部并垂直与液体外表，所以外表上的分子有向内部迁移的趋势。此合力即外表张力或称比外表能或比外表自由能，单位为牛顿/米〔N/m〕或(J/m2)。

AB

A

B

c2

0

?

1

2

3

二、外表活性剂的定义

不同物质的水溶液外表张力不同，同一溶液不同浓度外表张力也不同。下面是各类物质水溶液的外表张力与浓度的关系。

1非外表活性物质：无机盐、不挥发酸碱

2外表活性物质：短链脂肪酸、醇、醛

3外表活性剂：明显降低水的外表张力的两亲性质的有机化合物

狭义定义：少量使用就能使体系外表张力大幅度下降的物质就是外表活性剂。1930年Freundlich提出。

广义定义：少量使用即可使外表或界面性质发生显著变化的物质叫做外表活性剂。

三、外表活性剂的结构和分类

双亲结构：极性的亲水基团和非极性的亲油基团。极性端称为头基，非极性端称为尾基。

一般结构示意图像个小蝌蚪的形状。

正因为外表活性物具有两亲性结构，极性端竭力进入水相，而非极性端受到水的排斥，有逃出水相的趋势，于是它被排向水面，在水面上浓集，将憎水局部伸向空气。微观上看，外表层外表活性物分子所受的向内的拉力比水分子的要小些，即表现出外表活性物质溶液的外表张力低于水的外表张力。

亲油基：直链或支链烷基、烷基苯基、芳香衍生物、聚氧乙烯基、长链全氟烷基、低分子量全氟聚氧丙烯基、硅氧乙烯基。

亲水基：－COOH，－OH，－NH2，－OSO3

外表活性剂分子的性质差异来源于亲油基局部烷基大小、形状和亲水基种类。

例如：C6H5C12H24SO3Na,是阴离子外表活性剂，亲油基是C6H5C12H24－，亲水基是－SO3

四、外表活性剂的分类

1按其溶于水所显示的化学特征分：

阴离子外表活性剂：在水中离解，其活性局部为阴离子，如羧酸盐肥皂；

阳离子外表活性剂：在水中离解，其活性局部为阴离子，如季铵盐；

两性外表活性剂：其亲水基是由带有正电荷和负电荷的两局部有机地结合起来而构成的，如甜菜碱型和氨基酸型。

非离子外表活性剂：在水中不会离解成离子，但同样具有亲水基和亲油基。如平平加

RO〔CH2CH2O〕nH

特种外表活性剂：如有机氟外表活性剂和有机硅外表活性剂，高分子天然外表活性剂。

2按外表活性剂的来源

合成外表活性剂：以石油、天然气为原料通过化学方法合成制备的外表活性剂。

天然外表活性剂：以油脂等天然原料生产的外表活性剂，具有平安无毒，容易生物降解等优点。如卵磷脂，

生物外表活性剂：由细菌、酵母和真菌等微生物产生的具有外表活性特征的化合物，包括磷脂系、糖脂系、脂肪酸系、氨基羧酸系、高分子生物外表活性剂。

2.2外表活性剂SAA的性质

.1SAA在溶液外表的吸附

一、在溶液外表的吸附状态

随着SAA浓度由稀到浓，分子由平躺――直立――完全取向，趋于饱和，此时外表张力降到最低。〔画图表示〕

二、SAA结构对饱和吸附量的影响

吸附：物质从一相内部迁至界面，并富集于界面的过程叫吸附。外表活性剂从水内部迁至外表，在外表富集的过程也叫吸附。这种吸附的结果是水外表似被一层非极性的碳氢链覆盖，从而导致水的外表张力下降。

吸附量：单位面积的外表层所含溶质的量与溶液体相中所含溶质量的差值，单位为mol/m2,也称为外表过剩。

正吸附〔吸附量大于零〕和负吸附〔吸附量小于零〕

影响因素：

相同亲水基，不同疏水基：直链较支链大，因为自身横截面积小，排列紧密；

相同疏水基，不同亲水基：亲水基大，饱和吸附量小，顺序：脂肪酸盐――硫酸盐――磺酸盐――季铵盐依次减小。

为何讨论饱和吸附量？因为饱和吸附量大，分子排列紧密，外表膜的强度增大，不易破裂，对于起泡和乳化都有好处。

三、S