表面活性剂期末复习提纲全.docx
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表面活性剂期末复习提纲全
1、定义：
能降低表面力的物质，都具有表面活性。
表面活性剂是指能显著降低溶剂表面力的，并具有一定结构、具有亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质。
并不是所有具有两亲结构的分子都是表面活性剂。
对于正构烷基来说，碳链长度必在8个碳原子以上。
3、分类：
离子型1）阴离子型RCOONa羧酸盐ROSO3Na硫酸酯盐RSO3N磺酸盐ROPO3Na2磷酸酯盐2）阳离子型RNH2HCl伯胺盐RNH（CH3）HCl仲胺盐RN（CH3）3HCl叔胺盐RN+（CH3）3Cl—季铵盐3）两性型RNHCH2CH2COOH氨基酸型RN+C（CH3）3CH2COO—
非离子型1）RO—（CH2CH2O）n—H聚氧乙烯型2）RCOOCH2C（CH2OH）3多元醇型
4、用途：
力降低剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂、增溶剂、分散剂、絮凝剂、起泡剂、消泡剂、抗静电剂、杀菌剂、缓蚀剂、柔软剂、防水剂、织物整理剂、匀染剂等。
5、在分子中除上述元素外还含有F、Si、B等元素，则成为特种表面活性剂，或元素表面活性剂。
新型表面活性剂：
1）Gemini表面活性剂：
是一类带有两个疏水链、两个亲水基团和一个桥联集团的化合物。
2）Bola型表面活性剂：
一个疏水部分连接两个亲水部分构成的两亲化合物3）可解离型表面活性剂：
酸解离、碱解离。
4）冠醚类表面活性剂：
冠醚类表面活性剂实在冠醚的环上引入疏水基得到的一类具有选择性络合阳离子，且具有表面活性及能形成胶束等复合性能的两亲化合物。
5）反映型与螯合型表面活性剂：
反应型：
带有反应基团；螯合型：
由有机螯合剂如EDTA、柠檬酸等衍生的具有螯合功能。
7、净吸力：
垂直于液体表面、指向液体部的和吸力。
由于净吸力，表面的分子有被拉入液体部的倾向，所以任何液体表面都有自发缩小的倾向。
表面力：
当部分子被拉到表面上时，同样受到向下的净吸力。
表面力可定义为增加单位面积所消耗的功，分子间力引起净吸力，净吸力引起表面力，表面力永远和液体表面相切，和净吸力相互垂直。
表面力是液体表面的一种强度性质。
影响表面力的因素：
1）物质本性：
查表2）相界面性质：
查表3）温度越高表面力越小4）压力越大表面力越小
10、表面力测试方法：
1）毛细管法：
干净的玻璃毛细管插入液体中，若此液体能够润湿毛细管壁，则因为表面力的作用，液体沿毛细管上升直到上升的力（2πrΎcosθ）被液程的重力（πr2ρgh）所平衡而停止上升，这时2πΎcosθ=πr2ρgh或者ϒ=ρghr/2cosθ，其中ϒ为表面力，当液体能完全润湿毛细管时，θ=0o，可计算出表面力。
2）环法：
用铂丝制成的圆挂环，挂在扭力秤上，转动扭力丝，使环缓慢上升，液体呈圆柱形，当环与页面突然脱离时，所需拉力F与重力mg相等，与拉力相等故有：
F=mg=4πRϒ试验中还要乘一个校正因子f，f与半径、体积有关。
3）最大压力气泡法：
实验时令毛细管管口与被测液体的表面接触，随着毛细管外压力差的增大，毛细管口的气泡慢慢长大，泡的曲率半径R从大变小至半球形，当曲率半径R与毛细管半径r相等，R达到最小值，压差最大ΔPmax=ρgh，实验证明：
Ύ=（r/2）*ρgh.
11、表面活性源于表面活性剂分子的两亲结构，亲水与疏水作用共同产生作用，表面活性剂在表面富集，导致水的表面力下降。
界面吸附的一般为单分子层，当表面吸附饱和时，分子在溶液部自聚形成胶团。
开始形成胶团的浓度称为临界胶束浓度，简称CMC。
12、表面力曲线：
水溶液的表面力随浓度的变化可分为三类。
1）表面力随浓度增加而缓慢升高，大致呈直线关系，如多数无机盐水溶液、蔗糖等多羟基有机物。
2）随浓度增加而逐步降低，如相对分子质量较低的极性有机物及其衍生物。
3）在浓度很低时急剧下降，很快达到最低点，此后溶液表面力随浓度变化很小，达到最低点的浓度一般在1%以下，如长度大于8个碳原子的碳链和足够强大的亲水基团构成的极性有机化合物。
13、离子型表面活性剂的溶解度在温度升到一定值时会陡然上升，这个温度叫做该表面活性剂的krafft点。
非离子型表面活性剂的水溶液溶解度则往往随温度上升而降低，在升至一定温度时出现浑浊，经放置或离心可得到两个液相，该温度称为表面活性剂的浊点。
14、表面活性剂的表面活性表面力的降低及形成胶团能力来表征。
表面力降低的量度分为：
一是降低溶剂表面力至定值，所需表面活性剂的浓度；二是表面力降低所能达到的最大程度。
前一种称为表面活性剂表面力降低的效率，后一种称为表面活性剂表面力降低的能力，可用CMC的倒数代表降低表面力的效率，通常也已降低20mN/m表面力所需表面活性剂在溶液的浓度c20或pc20（=—lgc20称为效率因子）作为表面力降低的效率的量度。
一般以CMC时的表面力表面力降低值作为能力的量度。
15、HLB，表面活性剂两亲性的亲水亲油平衡值：
HLB=亲水基的亲水性/亲油基的亲油性，HLB越大亲水性越强，越小亲油性越强。
石蜡HLB=0，油酸HLB=1，油酸钾HLB=20，十二烷基硫酸钠HLB=40作为标准，HLB在0到40间，转折点为10。
16、用表面活性剂来乳化油相介质，当表面活性剂的HLB值与油相介质所需的HLB值相同时，生成的乳液稳定性最好，可测定HLB值。
其他方法：
1）浊点、浊数、相转变温度法：
聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂的HLB值与使其水溶液发生混浊的温度之间有关系，通过测定浊点可知HLB值。
其他方法：
临界胶束浓度法；分配系数、溶解度法；水合热法；核磁共振法；色谱法；分子结构式法；结构因子法；结构参数法；极性指数法。
18、HLB值与PIT关系：
在低温下可以形成O/W型乳状液的非离子表面活性剂温度升高，溶解度减少，HLB下降，到达某一温度使乳状液从O/W型变成W/O型。
该温度称为PIT，又称亲水亲友平衡温度THLB（HLB温度），此温度下表面活性剂的亲水亲友性质正好平衡。
19、影响PIT的因素：
1）表剂的种类及浓度：
亲水性越强PIT越大，浓度越大PIT越小油相极性越低PIT越大2）无机盐的影响3）油的种类及体积分数4）油水相体积比率。
20、亲水基的结构和性能关系：
疏水基的结构影响较小对性能。
不同亲水基对表面活性剂性能的影响主要在溶解性、化学稳定性、生物降解性、安全性、温和型等方面。
疏水基的结构和性能关系：
1）疏水性排序：
脂肪族烷烃≥环烷烃>脂肪族烯烃>脂肪及芳香烃>芳香烃>带弱亲水基的烃基2）随疏水基中碳原子数目的增加，溶解度、CMC等皆有规律的减小，降低水的表面力能力增强。
3）疏水链长度对称性越差溶解性越好，表面活性越低，ϒCMC越大。
3）有分支的CMC高，ϒCMC低。
4）烷基链数目有影响
22、分子有序组合体：
表面活性剂分子由于疏水作用在溶液部自聚形成多种不同结构、形态和大小的分子有序组合体或有序分子组合体，包括在表面形成的单分子层。
共同特点是它们已接近纳米数量级，有“量子尺寸效应”，表现出与大块物质迥异的个性。
23、分子有序组合体再聚集形成高级结构：
1）胶束：
O/W型胶束2）反向胶束W/O型胶束3）微乳液：
特点：
①它的形成使界面力达到超低，即小于10-3Mn/m；②它能同时增溶油和水。
4）溶致液晶5）单分子层和多层聚集体6）类脂黑膜7）囊泡
24、分子有序组合体有一个共同特点，都是由表面活性剂分子或离子以其极性基向水、非极性基远离水或向非水溶剂形成的。
共同结构原则：
定向排列的两亲分子单层是它们共同的基础结构单元，不同的是结构单元的弯曲特性和多个结构单元间的组合关系。
分子有序组合体的形成机制：
非极性基的疏水效应。
26、分子有序组合体的形态取决于：
1）表面活性剂的几何形状，特别是亲水基和疏水基在溶液中各自横截面积的相对大小，将其定义为临界排列参数R。
R=V/a0lc，V是表面活性剂分子疏水部分体积，lc是疏水链最大伸展长度，a0是头基面积。
R=0—1/3，分子呈圆锥形，易于形成球形或者椭球形基团；R=1/3—1/2/、分子呈去顶的圆锥形，易于形成较大的柱状或棒状胶团；R=1/2—1，仍呈去顶的圆锥形，易形成囊泡和层状胶团；R=1，呈圆柱形，易于形成层状结构；R>1，呈倒截顶圆锥形，易于形成更大的有序提，如微乳、反胶团等。
2）表面活性剂浓度，浓度小于CMC时，分子或离子可能缔合；略大于CMC，胶团成球状，聚集数为30到40；在浓度为十倍的CMC或更高的溶液中，形成棒状胶团，继而形成巨大的层状胶团。
3）在离子型表面活性剂中加入与表面活性剂有相反离子的无机盐时，表面活性提高CMC降低；表面活性剂反离子浓度增高，扩散双电层厚度减小，聚集数增加。
4）非离子表面活性剂胶团随温度升高而变大，当温度达到浊点，胶团长到极限，胶团聚集，发生相分离，溶液由澄清均相变为混浊，进一步相分离形成双水相。
27、胶团的结构：
1）核：
一个由疏水的碳氢链构成的类似于液态烃的核。
2）外壳：
不是宏观界面而是胶团与单体水溶液间的一层区域，主要是由水化的表剂亲水基构成的。
28、临界胶束浓度的测定：
1）表面力法：
根据表面活性剂溶液的表面力随浓度变化的差异来确定CMC的方法，在表面活性剂的浓度低于CMC时，表面力急剧下降；高于CMC是，表面力下降的十分缓慢，甚至几乎停止。
以表面力对浓度作图，可以在曲线中求得该表面活性剂的临界胶束浓度。
2）电导法：
当溶液浓度大于临界胶束浓度后，表面活性剂会缔合成体积较大的胶束，胶束的数量和浓度逐渐增大，胶束带的电荷引起溶液电导率发生变化，曲线发生弯折。
曲线的转折点对应的浓度就是CMC。
3）光散射法：
大于CMC时形成胶团，胶团是几十个或更多的表面活性剂分子或离子的缔合物。
这些粒子的尺寸进入光波波长的围，光通过表面活性剂溶液时会发生散射，光散射强度与粒子大小有关。
在浓度低于CMC时，溶液中只有表面活性剂单分子存在，散射光弱；当浓度大于CMC时，胶团形成，散射光的强度也大得多，转折点即为CMC。
4）染料法：
表面活性剂离子与带相反电荷的染料离子在CMC前后颜色发生明显改变。
5）加溶法：
利用当表面活性剂浓度超过CMC后，不溶于水的烃类的溶解度剧增，查表。
29、囊泡：
两亲分子产生自聚呈双层形式。
双层弯曲并封闭形成了一种分子有序组合体。
天然表面活性剂卵磷脂形成的结构就成为脂质体；合成表面活性剂组成，则称之为囊泡。
囊泡分为两类：
单室囊泡、多室囊泡。
30、液晶：
是指处于高度有序的单晶和无序的液态之间或介晶相状态的物质，它既具有类似液体的无序状态而且至少在一个方向上又具有类似晶体的有序状态。
分为溶致液晶（纯物质或混合物的各项异性浓溶液，只在一定浓度及温度围形成）和热致液晶，常见的液晶相有三种：
层状相、六方相和立方相。
31、表面活性剂—水体系的水的质量分数的变化可引起液晶相的转变，随水质量分数的增加其相变序列一般是：
固体→层状液晶→立方液晶→六方液晶→胶团→溶液（不断加水）
32、乳状液是一个多相分散体系，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种和他不相混溶的液体之中，液珠的直径一般大于1微米。
分散相为油，分散介质为水的乳状液称为水包油型乳状液，O/W；反过来是W/O。
33、乳状液的鉴别：
1）稀释法：
被水稀释是水包油，被油稀释是油包水。
2）染色法：
油溶性染料加入，带色为油包水，水溶染料水包油。
3）电导法：
电导性好的是水包油。
4）光折射法：
水包油集光，油包水只能看到轮廓。
影响因素：
1）水体积大于74%，水包油，小于25%油包水，在中间都可以。
2）几何因素与定向楔理论：
1价金属乳化剂O/W，2价金属乳化剂W/O。
3）聚结速度理论：
亲水性强，水先聚结呈连续相，亲油性强，油先。
4）制备方法和乳化器材质：
器壁对形成乳状液有影响，但小于乳化剂的影响。
35、乳状液稳定性因素：
1）界面力。
2）界面膜。
3）界面电荷。
乳状液不稳定的方式：
1）分层：
未完全破坏。
2）变型：
变为另一种类型。
3）破乳：
完全破坏，两相完全分离。
37、乳化剂选择的一般规则：
1）大多有良好的表面活性，能降低表面力。
2）在界面上能形成膜。
3）水、油溶性乳化剂同时使用效果好。
4）应能适当增大外相粘度。
5）满足特殊要求。
6）便宜、工艺简单。
38、选择乳化剂方法：
HLB法：
首先确定该体系乳化所需HLB值，其次要找到效率最好的乳化剂混合物，在确定HLB值后，多选几种试试，使各乳化剂的HLB皆为确定值，寻找效率最高的。
PIT法：
根据PIT选择乳化剂，高于PIT油包水，低于PIT水包油。
39、破乳：
消除乳状液稳定化条件、使分散的液滴聚集、分层的过程。
第一步：
絮凝过程；第二步：
聚结过程。
破乳方法：
1）机械物理法：
超声、加热、过滤、电沉降、离心。
2）化学法：
加入相应化学物质。
破乳剂：
1）阴离子型破乳剂：
羧酸盐、脂肪酸钠盐、环烷酸钠盐、磺酸盐型。
2）阳离子型，主要用于破水包油。
3）非离子型：
以烷基醇、丙二醇、二甘醇、丙三醇、多乙烯多胺、酚和双酚、烷基酚、酚醛多乙烯多胺为启始剂，聚磷酸酯型、咪唑啉型、超高相对分子质量的聚氧丙烯—聚氧乙烯醚。
40、破乳剂基本原理1）相转移—反相变性机理：
与乳化剂憎水部分作用形成络合物，使乳化剂失去功能。
2）顶替作用：
破乳剂吸附于油水界面上将原来的乳化剂顶替下来。
3）加入电解质：
带有与外向表面电荷相反的高价离子有较好的破乳效果。
4）破坏乳化剂。
41、多重乳状液：
在乳状液分散相液滴中有另一相液体分布器中形成的体系，它是一种O/W型和W/O型乳状液共有的复合体系。
分为W/O/W和O/W/O两大类。
多重乳状液也是热力学不稳定体系。
如W/O/W型多重乳状液的油相和O/W/O型的水相均为液膜，前者称为油膜后者成为水膜。
液膜分离机理：
1）无流动载体的液膜分离机理：
①选择渗透性，根据渗透性不同将两种物质分离一种在膜外一种在膜。
②液滴的化学反应，向相加入反应物质，反应后不能透过液膜，达到分离效果。
③液膜的化学反应，制备出击乳状液时向微滴加入试剂A向外相加入试剂B，先后反应生成物均不溶于液膜相，从而分离。
④萃取与吸附2）有流动载体的液膜分离机制：
加入某种试剂，溶于液膜中，能与被分离物在液膜与料液界面上形成络合，有方向性的转移。
42、增溶作用：
在溶剂中完全不溶或者微溶的物质，借助表面活性剂得到溶解，并成为热力学尚未定的。
各项同性的均已溶液。
特点：
1）增容现象是胶束对亲油物质的溶解过程，是表面活性剂胶束的一种特殊作用，只有在CMC以上才有增容作用，且胶束体积越大，增溶量越多。
2）增溶过程不同于水溶助长作用，水溶助长作用是使用混合溶剂来增大溶解度。
3）增溶作用是被增容物进入胶团，而不是提高了增容物在溶剂中的溶解度，因此不是一般意义上的溶解。
4）不同于乳化作用，乳状液是不稳定的，增溶作用得到的是处于同一相中的单相均匀体系。
5）被增溶物进入胶团过程的化学势下降，自由能降低。
增溶是自发过程，形成热力学稳定体系。
6）增溶作用处于平衡态，可以用不同方式达到。
43、增容作用影响因素：
1）表面活性剂：
增溶能力随着表面活性剂碳氢链增长而增加，非离子型>阳离子型>阴离子型。
2）增溶物：
结构包括链长、极性、支链、环化及分子大小和形状等，一般规律：
脂肪烃与烷基芳烃的增溶物，随着其不饱和度及环化成度增加增容量增大；多环芳香烃，分子尺寸增大增溶量减小；同碳数的支链化合物与直链化合物基本无差别；同类增溶物，摩尔体积越小，增溶量越大。
3）电解质：
对于子型表面活性剂，电介质的加入可降低其CMC值和增加胶团聚集数，这将对增溶作用产生影响。
44、微乳状液形成机理：
1）瞬时负界面力理论2）混合膜理论3）增溶胶团溶液4）几何排列理论。
45、DLVO理论：
在质点间的距离很小和很大时，相互势能以吸引能为主，易形成絮凝体；当距离处于中等程度时，以排斥能为主，质点处于稳定状态，不宜形成絮凝体；当距离很远时，吸引能和排斥能都等于零；在VT-H的曲线上存在两个极小能量值即第一和第二极小值。
颗粒间的相互作用能达到第一个或第二个最小能量值时，便产生絮凝沉淀。
46、高聚物度对胶体的稳定：
1）吸附高聚物对胶体的稳定：
空间稳定作用。
①体积限制效应理论②混合效应理论。
2）空位稳定理论。
47、分散是指将一种物质分散于另一种物质中的作用。
分散过程：
1）粉体的润湿2）离子团的分散或碎裂3）阻止固体微粒重新聚集。
分散方法：
1）机械分散法2）超声波分散法3）电分散法4）胶溶法：
吸附法、表面溶解法、沉淀洗涤法。
分散剂：
能使固液悬浮体的固体粒子分散稳定于介质中的表面活性剂可称为分散剂。
凡是能使固体微粒表面迅速润湿，又能使固体质点间的能垒上升到足够高的表面活性剂才成为分散剂。
49、聚沉作用：
是凝聚和絮凝两种作用过程。
凝聚：
固体质点脱稳并形成细小的凝聚体；而絮凝过程细小的凝聚体在絮凝剂的桥连下生成大体积的絮凝物。
区别：
1）絮团大小不同，絮凝大。
2）沉降速度不同，絮凝速度快。
3）絮团强度不同，凝聚后的强度大。
4）滤饼含水率不同，凝聚物含水率低。
絮凝剂：
絮凝剂是在很低浓度时就能使分散体系失去稳定性并能提高聚集速度的化学物质，主要用于污水处理。
分为无机、有机两种。
41、润湿作用：
1）沾湿：
液体与固体接触，将液气界面变为固液界面的过程，体系的自由能变化为：
ΔGA=ϒSL-ϒSV-ϒLVSL、SV、LV分别为单位面积的固液、固气和液气界面的自由能。
Wa=ϒSV+ϒLV-ϒSLWa是粘附过程中体系对外所能做的最大功，就是将固液接触处拉开，外界所需要做的最少功。
做的功越大，结合的越牢。
2）浸湿：
固体侵入液体的过程。
体系自由能降低值为-ΔGi=ϒSV-ϒSL=Wi=A，Wi为浸湿功。
3）铺展：
液体与固体表面接触后，液体自动在固体表面展开后排挤掉原有的另一种流体，-ΔG=ϒSV-ϒSL-ϒLV=S，S为铺展系数。
对于同一体系，Wa>Wi>S，能铺展则能沾湿、浸湿，通常以铺展系数为体系润湿的指标。
42、接触角与YOUNG方程：
固体表面上液滴的平衡接触角θ与各界面力的关系为：
ϒLVcosθ=ϒSV-ϒSL接触角的测定：
1）角度测量法2）长度测量法3）力测量法4）透过测量法。
43、固体表面能有自动减小的倾向。
低能表面的润湿性质：
相应的表面力成为该固体的临界表面力ϒc,他是低能固体表面润湿性能的一个参数。
只有表面力低于ϒc的液体才能在该固体表面上自动铺展。
固体的ϒc越小，能在铺展的液体越少，其润湿性能越差。
44、污垢的分类：
液体污垢：
皮脂、动植物油、矿物油；固体污垢：
尘埃、粘土、砂、铁锈、灰、炭黑等。
污垢的黏附：
1）机械力黏附：
固体尘土黏附的现象。
2）分子间力黏附3）静电力黏附4）化学结合力黏附5）油性结合
45、洗涤剂的作用：
1）降低水的表面力改善水对洗涤物表面的润湿性2）洗涤剂能增强污垢的分散和悬浮能力，洗涤剂具有乳化能力，能将从物品表面脱落下来的液体有无乳化成小油滴而分散悬浮于水中。
去污原理：
液体污垢去除：
1）卷缩机理2）乳化机理3）增溶机理4）液晶形成机理5）结晶集合体破坏机理6）化学反应去污机理。
46、综上所述：
1）在溶解度允许的限度，表面活性剂的洗涤能力随疏水链增大而增高2）疏水链的碳原子数给定后，直链比支链好3）亲水基团在端基上比在链的好4）非离子表面活性剂，浊点稍高于使用温度更好5）聚氧乙烯型非离子，聚氧乙烯链太长不好。
47、泡沫的破坏机制：
泡沫液膜的排液：
1）重力排液2）表面力排液。
气泡气体的扩散。
影响泡沫稳定性因素：
1）表面力2）表面力的自修复作用3）气体的透过性4）界面膜的性质5）表面电荷。
消泡机理：
1）降低泡沫液膜局部表面力2）破坏膜弹性3）降低液膜粘度使泡沫寿命缩短4）固体颗粒消泡作用机理
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