什么是表面活性剂
时间:2012-05-23 07:38:02,点击:0

 

什么是表面活性剂
什么是表面活性剂?
这是一个难以定义的问题。
赵国玺先生在《表面活性剂作用原理》一书中这样描述:表面活性剂是这样一种物质,它活跃于表面和界面上,具有极高的降低表、界面张力的能力和效率;在一定浓度以上的溶液中能形成分子有序组合体,从而具有一系列应用功能。
而在赵先生更早的著作《表面活性剂物理化学(修订版)》一书中这样描述:表面活性剂是这样一种物质,它在加入量很少时既能大大降低溶剂(一般为水)表面张力(或液/液界面张力),改变体系界面状态,从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、以及加溶等一系列作用,以达到实际应用要求。
可以看出,赵先生对于表面活性剂的描述,经历了一个比较大的改变过程,也反应了表面活性剂理论发展的过程。
遵循这些前辈的足迹,其实我们也可以从以下方面进行表面活性剂的描述。
(1)具有界面行为
表面活性剂必须具有界面行为。表面活性剂的界面行为包括但不限于:洗涤、润湿、渗透、乳化、破乳、发泡、消泡、润滑、防锈缓蚀、杀菌、抗静电、加溶、分散、絮凝、分子交换等等。
伴随着表面活性剂的界面行为,我们可以有多种方式进行量化。如:对于洗涤作用,可以用界面张力(非表面张力)表达;对于润湿作用,可以用润湿时间、接触角表达;对于乳化作用,可以用HLB表达。
一般,最佳的界面行为状态,通常需要表面活性剂能够达到临界胶束浓度。然而,在水溶液中,一些微溶于水的表面活性剂却可以在没有达到临界胶束浓度时,即表现出优异的表面活性,如:吡咯烷酮。
如何看待这个问题呢?
(2)能够形成界面
在溶液中,表面活性剂,和溶剂(一般为水)之间形成了界面,而这个界面实际上为表面活性剂的有序组合体。
界面的形成并不取决于表面活性剂的溶解度。
因此,一些微溶于水,未达到临界胶束浓度的表面活性剂,依然可以发挥优异的界面行为。实际上,表面活性剂的界面行为,应该是界面与界面间的行为。
表面活性剂溶液和水溶液的区别还在于:从一个剖面看去,水溶液是连续的;表面活性剂溶液是连续而又间断的。
能够形成界面,还有更为重要的作用。生命体的诞生和界面息息相关,而这个界面和表面活性剂又紧密关联。
表面活性剂为什么会形成界面呢?
(3)自组织行为
表面活性剂界面的形成是自发的,不受外界因素影响的。外界因素能影响的只是界面状态,而不能阻止界面的生成。
我们以香精乳化至增溶至破乳的过程为例加以说明:
水溶液中,表面活性剂、溶剂把香精乳化至稳定的半透明状态,进一步加入电解质,溶液状态由半透明转变为透明,继续加入电解质,溶液状态由透明转变为分层。
对此过程,我们可以用ζ电位来解释,显然这种解释是合理的。透过这种解释,可以看出另外的问题,表面活性剂在外界因素的刺激下,其组织形态发生了根本性的转变,然而,我们也可以认为,表面活性剂界面的改变,是在外部因素刺激下,自身行为的调整。这看起来有点物活论的样子。
确实,笔者比较倾向于认为这是表面活性剂对外界因素的自身调整。
更进一步的例子,可以从DNA来讲:DNA的合成,只需要将每条链合成,放置在一起,即可形成双螺旋的DNA结构。显然,这是自组织的。
表面活性剂为什么具有以上行为呢?
(4)矛盾的结构
大家都知道,表面活性剂具有双亲的结构,即一个分子内,既有亲水基,又有亲油基。显然,这个结构是矛盾的,既相互竞争,又相互依存。
从哲学上讲,表面活性剂的结构天生是为三维世界准备的。其行为取决于两种结构的争竞、妥协。
表面活性剂的结构决定了它的行为。因此,我们可以通过设计表面活性剂的结构,来达到想要的行为效果。
然而,正如自然不是一种物质组成的一样,一种表面活性剂也不会是万能的。通过表面活性剂的复配,才会达到万紫千红的效果。
 
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