表面活性剂要点课件.ppt
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1、表面活性剂及其作用,表面活性剂分类常用表面活性剂类型胶束和临界胶束浓度表面活性剂的重要作用,表面活性剂分类,表面活性剂:能使水的表面张力明显降低的 物质。表面活性剂分子结构不对 称,由亲水的极性基和不亲水的 非极性基构成。,表面活性剂分类,表面活性剂通常采用按化学结构来分类,分为离子型和非离子型两大类,离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用,否则可能会发生沉淀而失去活性作用。,表面活性剂分类,阴离子表面活性剂,R-OSO3Na硫酸酯盐,R-SO3Na磺酸盐,R-OPO3Na2磷酸酯盐,表面活性剂分类,阳离子表面活性剂,CH3|R-N-H
2、Cl仲胺盐|H,CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3,CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3,表面活性剂分类,两性表面活性剂,CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3,表面活性剂分类,非离子表面活性剂,R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚,R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型,胶束和临界胶束浓度,胶束:表面活性剂是双亲性分子,能够在两界 面上相对浓集。溶解在水中达一定浓度 时,其非极性部分会自相结合,形成聚 集体,使憎水基向里、亲水基向外,这 种多分子聚集体称为胶束。随
3、着亲水基不同和浓度不同,形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。,胶束和临界胶束浓度,胶束和临界胶束浓度,胶束和临界胶束浓度,胶束和临界胶束浓度,胶束和临界胶束浓度,形成胶束的众多表面活性剂分子其亲水的极性基朝外,与水分子相接触;非极性基朝里,被包藏在胶束内部,几乎完全脱离了与水分子的接触。因此以胶束形式存在于水中的表面活性剂是比较稳定的。,胶束和临界胶束浓度,临界胶束浓度简称CMC表面活性剂在水中随着浓度增大,表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层,多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢,聚集在一起形成胶束。表面活性剂在水溶液中开始形成胶束的所需最低浓度称为临界胶束浓
4、度。这时溶液性质与理想性质发生偏离,在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度,表面张力不再降低,而体相中的胶束不断增多、增大。,胶束和临界胶束浓度,表面活性剂的用途,表面活性剂的用途极广,主要有五个方面:1.润湿作用表面活性剂可以降低液体表面张力,改变接触角的大小,从而达到所需的目的。例如,要农药润湿带蜡的植物表面,要在农药中加表面活性剂;如果要制造防水材料,就要在表面涂憎水的表面活性剂,使接触角大于90。,表面活性剂的用途,2.增溶作用 非极性有机物如苯在水中溶解度很小,加入油酸钠等表面活性剂后,苯在水中的溶解度大大增加,这称为增溶作用。表面活性剂是由于胶束而产生增溶作用的
5、。在胶束内部,相当于液态的碳氢化合物,根据性质相似相溶原理,非极性有机溶质较易溶于胶束内部的碳氢化合物之中,形成了增溶现象。只有表面活性剂的浓度大于临界胶束浓度以上,有胶束形成时才有增溶作用。,表面活性剂的用途,增溶作用与普通的溶解概念是不同的,增溶的苯不是均匀分散在水中,而是分散在油酸根分子形成的胶束中。这类系统不同于真溶液,增溶系统并未分散至分子水平的均匀程度,溶质是已分子集团整体溶入的。,表面活性剂的用途,3.乳化作用一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。水和有机物组成的互不相溶液体中,有机物统称为油。若油以小液珠形势存分散在水中
6、,称为水包油型乳状液(O/W),如牛奶就是奶油分散在水中形成水包油型乳状液;若水以小液珠形式分散在油中,称为油包水型乳状液(W/O),如含水分的石油。,表面活性剂的用途,乳状液一般不稳定,为了获得稳定的乳状液,可通过加入表面活性剂实现,称为乳化作用。只要把少量表面活性剂加入到两种互不相溶的液体之中,经过剧烈搅拌或超声振荡,就可制成较稳定的乳状物。表面活性剂分子在油水界面上的吸附,使表面张力减少,即使系统的表面能降低,所以系统能够较稳定存在。制备不同的乳状物选择不同的表面活性剂。,表面活性剂的用途,有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂,称为破乳剂,将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如,以某
7、种负离子型表面活性剂乳化的O/W系统可加入另一种正离子型表面活性剂,使得两种不同的表面活性剂分子的极性基互相结合,于是深入水中的就是非极性基,原来较稳定的系统变成不稳定的了,表面活性剂的用途,4.起泡作用“泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜,包围着空气而形成泡沫,用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等,这种活性剂称为起泡剂。也有时要使用消泡剂,在制糖、制中药过程中泡沫太多,要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度,消除气泡,防止事故。,表面活性剂的用途,表面活性剂的用途,5.洗涤作用洗涤剂中通常要加入多种辅助成分,增加对被清洗物体的润湿作用,又要有起泡、增白、占领清洁
8、表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明:,表面活性剂的用途,A.水的表面张力大,对油污润湿性能差,不容易把油污洗掉。B.加入表面活性剂后,憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上,使污垢逐步脱离表面。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除,洁净表面被活性剂分子占领。,把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中,被分散的物质称为分散相,另一种物质称为分散介质,分散相与分散介质,例如:云,牛奶,珍珠,分散体系分类,按分散相粒子的大小分类:(Table V-1.1),分子分散体系(真溶液)胶体分散体系粗分散体系,按分散相和介质的聚集状态分类:Table V
9、-1.2,液溶胶固溶胶气溶胶,按胶体溶液的稳定性分类:,憎液溶胶亲液溶胶,1)按分散相粒子的大小分类,1.分子分散体系(真溶液)分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶,没有界面,是均匀的单相,分子半径大小在10-9 m以下。通常把这种体系称为真溶液,如CuSO4溶液。2.胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间的体系。目测是均匀的,但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。,1)按分散相粒子的大小分类,3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系,放置后会沉淀或分层,如黄河水。,(2)按分散相和介质聚集状态分类,1
10、.液溶胶将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时,则形成不同的液溶胶:A.液-固溶胶 如油漆,AgI溶胶.液-液溶胶 如牛奶,石油原油等乳状液C.液-气溶胶 如泡沫,(2)按分散相和介质聚集状态分类,2.固溶胶将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时,则形成不同的固溶胶:A.固-固溶胶 如有色玻璃,不完全互溶的合金B.固-液溶胶 如珍珠,某些宝石C.固-气溶胶 如泡沫塑料,沸石分子筛,2)按分散相和介质聚集状态分类,3.气溶胶将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时,形成气-固或气-液溶胶,但没有气-气溶胶,因为不同的气体混合后是单相均一体系,不属于胶体范
11、围.A.气-固溶胶 如烟,含尘的空气B.气-液溶胶 如雾,云,(3)按胶体溶液的稳定性分类,1.憎液溶胶半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中,有很大的相界面,易聚沉,是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉,再加入介质就无法再形成溶胶,是 一个不可逆体系,如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散体系中主要研究的内容。,(3)按胶体溶液的稳定性分类,2.亲液溶胶 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在 合适的溶剂中,一旦将溶剂蒸发,大分子化合物凝聚,再加入溶剂,又可形成溶胶,亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。,8.7 溶胶的光学和力学性质,一、丁达尔(Tyndall)
12、效应,二、布朗(Brown)运动,三、扩散 diffusion,四、沉降和沉降平衡 Sedimentation,光散射现象,当光束通过分散体系时,一部分自由地通过,一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400700 nm之间。,(1)当光束通过粗分散体系,由于粒子大于入射光的波长,主要发生反射,使体系呈现混浊。,(2)当光束通过胶体溶液,由于胶粒直径小于可见光波长,主要发生散射,可以看见乳白色的光柱。,(3)当光束通过分子溶液,由于溶液十分均匀,散射光因相互干涉而完全抵消,看不见散射光。,光是一种电磁波,照射溶胶时,分子中的电子分布发生位移而产生偶极子,这种偶极子像小天线一样向各个方向发射
13、与入射光频率相同的光,这就是散射光。,溶胶是多相不均匀体系,在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消,因而能观察到散射现象。,一、丁达尔(Tyndall)效应,现象:浑浊发亮 原理:散射,分散相粒子直径入射光的波长反射分散相粒子直径入射光的波长 散射,波长越短,粒子直径越大,散射越强。,二、布朗(Brown)运动,现象:1827年布朗观察到花粉在液面上不规则运动现在用超显微镜可观察到胶粒在介质中不停地无规则运动。,布朗(Brown)运动示意图,原理:分子固有热运动的体现,无须消耗能量,布朗运动的速度取决于粒子的大小:当颗粒太大时:1.撞击力大体抵销;2.质量较大,运动不明显。还取决于温度,介
14、质粘度:温度越高、粘度越小则运动速度越快。,三、扩散 diffusion,在有浓差的情况下,溶胶粒子会从高浓度处向低浓度处扩散。,菲克(Fick)定律:(一维),D:扩散系数,10-11 m2s-1 而真溶液D10-9 m2s-1数值与粒子半径,介质粘度,温度有关,四、沉降和沉降平衡 Sedimentation,1.沉降平衡:若溶胶粒子密度分散介质的密度,,在重力作用下,由于浓度差,当沉降速度=扩散速度时,达沉降平衡,而形成稳定的浓度梯度。,沉降,扩散,其浓度随高度分布的规律:,n1、n2:高度为h1、h2处的粒子浓度(数密度)、0:分散相和分散介质的密度 V:单个粒子的体积。,2.沉降:,若
15、分散相粒子较大,布朗运动不足以克服沉降作用时,就发生沉降。重力作用:f1=4/3r3(0)g阻力:f2=6ru当f1=f2 时,粒子以恒定速度u下降,8.8 溶胶的电学性质,一、电动现象:电泳;电渗,二、溶胶粒子带电的原因,四、溶胶粒子的双电层,三、溶胶粒子的结构胶团(电中性),一、电动现象:电泳和电渗,电动:在外电场作用下,分散相与分散介质发生相对移动。电泳:在外电场作用下,分散相在分散介质中作定向移动。电渗:在外电场作用下,液体介质作定向移动。,溶胶能稳定存在的原因:1.溶胶粒子带电;2.布朗运动;,电泳;,电渗:,电泳速度和应用,电泳速度u正比于:粒子荷电量;电压;1/(介质);1/V(
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