表面活性剂1 作业整理
第一章：表面活性剂的概述
1.表面活性剂的定义是什么？简述其分类方法。
答：表面活性剂是指在较低浓度时，即能显著降低液体表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等作用的物质。分类方法：1）按照离子类型分类：分为非离子型表面活性剂、离子型表面活性剂，其中离子型表面活性剂又可以分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂。2）按亲水基的结构分类：羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型、磷酸酯盐型、胺盐型、季铵盐、鎓盐型（鏻、鉮、硫、碘鎓化合物）、多羟基型、聚氧乙烯型。3）按疏水基种类分类：直链、支链烷基(碳原子数为8～20)、烷基苯基、萘基(烷基碳原子数为8～16)、松香衍生物、高分子量聚环氧丙烯基、长链全氟(或高氟代)烷基、聚硅氧烷基、全氟聚环氧丙烷基(低分子量)。4）按表面活性剂的特殊性分类：碳氟表面活性剂、含硅表面活性剂、高分子表面活性剂、生物表面活性剂、冠醚型表面活性剂。
2、什么是界面？什么是表面？界面和表面有何联系？
答：界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。界面包括气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。界面包括表面，表面属于界面，如气-液界面成为液体表面，气-固界面常成为固体表面。
第二章：表面活性剂的作用原理
1、表面张力与表面活性的定义。
答：在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，这种力垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面相切。把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用g 或 表示。表面张力的单位通常为N/m. 表面活性：因溶质在表面发生吸附（正吸附）而使溶液表面张力降低的性质被称为表面活性。
2、cmc的测定方法及影响因素。
答：测定cmc的方法：
1）表面张力法：常用表面张力-浓度对数图确定cmc。具体做法：测定一系列不同浓度表面活性剂溶液的表面张力，作出γ-lgc曲线，将曲线转折点两侧的直线部分外延，相交点的浓度即为此体系中表面活性剂的cmc。2）电导法：确定cmc时可用电导率对浓度或摩尔电导率对浓度的平方根作图，转折点的浓度即为cmc。只限于测定离子型表面活性剂的cmc。3）染料法：先在较高浓度(＞cmc)的表面活性剂溶液中加入少量染料，此染料加溶于胶团中，呈现某种颜色。再用滴定的方法，用水将此溶液稀释，直至颜色发生显著变化，此时溶液的浓度即为cmc。4）浊度法：观测加入适量烃的表面活性剂溶液的浊度随，浊度突变点的浓度即为表面活性剂的cmc。5）光散色法：利用散射光强度-溶液浓度曲线中的突变点可以测定cmc。
影响因素：
1）表面活性剂类型的影响：疏水基相同的情况下，离子型表面活性剂的cmc比非离子型的大，大约差两个数量级。2）碳氢链的长度：同类型表面活性剂的临界胶团浓度随疏水基增大而降低；离子型表面活性剂碳氢链的碳原子数在8-16范围内，cmc随碳原子数变化呈现一定规律：同系物每增加一个碳原子，cmc下降约一半。非离子型表面活性剂，cmc受疏水基碳原子数的影响更大。一般每增加两个碳原子，cmc下降至1/10。3）碳氢链的分支：具有同样化学组成的表面活性剂分子异构体中，直碳氢链的表面活性剂，其cmc最低，支化度越高，cmc越高。4）极性基团的位置：碳氢链相同时，极性基越靠近中间位置的，cmc越大。5）碳氢链中其他取代基的影响：碳氢链中有双键时，其cmc较饱和化合物高。在疏水链中有苯基时，一个苯基约相当于3.5个CH2基团。6）疏水链的性质：含碳氟链的表面活性剂，其cmc要比同碳原子数的碳氢链表面活性剂低得多，相应地表面活性要高得多。碳氢链中的氢被氟部分取代的表面活性剂，其cmc随被取代程度的增加而减少。7）其他因素：除表面活性剂的化学结构外，添加剂（如无机盐、极性有机物）对表面活性剂的cmc会有影响；温度对cmc也会有影响。
3、论述表面活性剂结构与性质的关系。
答：表面活性剂结构由亲水集团和亲油基团组成，分子的亲水性和亲油性，分子的形态以及分子量都影响表面活性剂的性质。1）表面活性剂的HLB越高，亲水性越高。2）亲油基团的影响：亲油基的疏水作用降低了表面张力，影响胶束的形成。3）亲水基团的影响：表面活性剂的亲水基会影响其溶解度，从而进一步影响胶束的形成，溶解度越大，临界胶束浓度越高。同时，亲水基的不同，活性剂对温度的敏感程度和受温度的影响性质的变化也不同。4）分子形态的影响：即亲水基的相对位置和亲油基团的分支情况，一般亲水基位于分子之间时，表面活性剂的润湿性能比位于分子末端强；带有分支结构的表面活性剂具有较好的润湿和渗透性能，但去污较好。5）分子量的影响：一般分子量较大的表面活性剂洗涤，分散，乳化性能好；而分子量较小的表面活性剂润湿，渗透效果好。6）表面活性剂的溶解度：对离子型和部分非离子型表面活性剂的Krafft点越低，溶解度越好；对大部分非离子型表面活性剂，温度高于浊点时将发生分组，许多性质和效果均下降。7）表面活性剂的安全性、温和性：毒性大小为：非离子和两性型<阴离子型<阳离子型表面活性剂。8）表面活性剂的生物降解性：对于疏水基碳氢链，直链比带有支链的易于生物降解；对非离子表面活性剂的亲水基，环氧乙烷加成数越大，聚氧乙烯链越长，越不易生物降解；含芳香基的表面活性剂比只有脂肪基的更难降解。
4、什么是Krafft点和浊点？
答：离子型表面活性剂的溶解度随着温度的升高而增加，当达到一定温度后，其溶解度会突然迅速增加，这个转变温度称为Kraff 点。一定浓度的表面活性剂溶液在加热过程中，表面活性剂突然析出使溶液浑浊的温度点叫浊点。
第三章表面活性剂的功能和应用
1、简述增溶作用的方式。
答：1）非极性分子在胶团内核的增溶。饱和脂肪烃、环烷烃及苯等不易极化的非极性有机化合物，一般被加溶于胶团的内核中，就像溶于非极性碳氢化合物液体中一样，紫外光谱或核磁共振谱表明被加溶物处于非极性环境中，X射线表明在加溶后胶团变大。2）在表面活性剂分子间的增溶：对于分子结构与表面活性剂相似的极性有机化合物，如长链的醇、氨、脂肪酸和极性染料等两性分子，则是增溶于胶束的栅栏之间，这种方式增溶后胶束并不变大。3）在胶束表面的吸附增溶，即吸附增溶。是既不溶于水也不溶于非极性烃的小分子极性有机化合物在胶束表面的增溶。 4）聚氧乙烯链间的增溶：以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表面活性剂，通常将被增溶物包藏在胶束外层的聚氧乙烯链中。
2、论述增溶作用的影响因素。
答：1）表面活性剂的化学结构：具有同样疏水基的表面活性剂，其增溶量有如下次序：非离子型＞阳离子型＞阴离子型；胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越大；亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直链的小；
带有不饱和结构的表面活性剂，或在活性剂分子上引入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链极性物增溶作用增加。 2）被增溶物质的化学结构：脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长的增加而减小，随不饱和度及环化程度的增加而增大；带支链的饱和化合物与相应的直链异构体增溶量大致相同。 3）温度的影响：多数情况下，温度越高，增溶作用越大。4）添加无机电解质的影响：离子型表面活性剂溶液中加入无机电解质,可增加烃类化合物的增溶程度，但使极性有机物的增溶程度减少。 5）有机物添加剂的影响：向表面活性剂中加烃类等非极性化合物，会使其增溶于表面活性剂胶束内部，使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束的“栅栏”中，即提高了极性有机物的增溶程度。反之，添加极性有机物后，增溶于胶束的“栅栏”中，使非极性碳氢化合物增溶的空间变大，增溶量增加。
3、乳状液的类型及鉴别方法。
答：乳状液分为以下几类：（1）水包油型：以O/W表示，内相为油，外相为水，如牛奶等。（2）油包水型：以W/O表示，内相为水，外相为油，如原油等。（3）多重乳状液：以W/O/W 或O/W/O 表示。乳状液的鉴别方法：1．稀释法：若乳状液很易为水稀释则该乳状液为O/W型，相反不易相混则为W/O型乳状液。 2．滤纸润湿法：一般滤纸能被水润湿而不为油润湿，因此往上滴加少量乳状液，若液体很快展开并留下散落细小油滴，则此乳状液为O/W型乳状液，否则为W/O型乳状液。3．电导法：电导法的原理基于这样的事实，即一般情况下水比油的电导值高得多。4．染色法：染料有油溶性和水溶性之分，前者能溶于油使之染色，后者能溶于水使之染色。
4、影响乳状液稳定性的因素。
答：1）表面张力：乳状液是一种热力学不稳定体系。低的油-水界面张力有助于体系的稳定，通常的办法是加入表面活性剂，以降低体系界面张力。2）界面膜的性质：界面膜的强度和紧密程度是决定乳状液稳定性的重要因素之一。为了得到高强度的界面膜和稳定的乳状液：使用足量的乳化剂；选择适宜分子结构的乳化剂。3）界面电荷：液滴表面的电荷密度越大，乳
状液的稳定性越高。4）分散介质的黏度：乳状液分散介质的黏度越大，分散相液滴运动速度越慢，有利于乳状液的稳定。许多能溶于分散介质中的高分子物质常用来作增稠剂，以提高乳状液的稳定性。5）.5 固体粉末的加入：固体只有处于油水界面时才能起到稳定作用。这要求它既能被水润湿，又能被油润湿，否则不能排列在液滴表面，而是会完全处于水相或者油相。
5、如何制备乳化剂（包括加入方法、乳化剂的选择、乳化设备的选择）
答：加入方法：1.剂在水中法：将乳化剂直接溶于水中，在激烈搅拌下将油加入。2.剂在油中法（转相乳化法）：将乳化剂加入油相，在激烈搅拌下加入水。3.瞬间成皂法：将脂肪酸溶于油中，碱溶于水中，然后在剧烈搅拌下将两相混合，界面上瞬间生成了脂肪酸盐，得到乳状液。4混合膜生成法：使用混合乳化剂，一个亲水，另一个亲油，将亲水乳化剂溶于水中，亲油乳化剂溶于油中。在剧烈搅拌下，将油水混合，两种乳化剂在界面上形成混合膜。 5.轮流加液法：将水和油轮流加入乳化剂，每次只加少量。
乳化剂的选择：1.HLB值法：每个乳化体系都可以通过实验确定其最为适宜的乳化剂的HLB值，根据此值可以确定乳化剂的种类和比例，如果单一表面活性剂不能满足要求，可以根据HLB值的加和性，选择两种或多种表面活性剂混合使用。2.PIT 法：所谓相转变温度（PIT）是指在某种特定体系中，表面活性剂的亲水、亲油性质达到平衡时的温度。确定方法是，在等量的油和水中加入3%~5%的表面活性剂，配置成O/W型转变为W/O型时的温度即为此体系的相转变温度。
乳化设备的选择：1.搅拌器：设备简单，操作方便，适用于多种体系，但只能生产较粗的乳状液。2.胶体磨和均化器：制备的乳状液液珠细小，分散度高，乳状液的稳定性好。3.超声波乳化器：一般都在实验室使用，在工业上使用成本太高。
6.润湿过程分为三类：
答：润湿过程可以分为三类，即：粘湿、浸湿和铺展。1.沾湿过程：液体与固体从不接触到接触，使部分液-气界面和固-气界面转变成新的固-液界面的过程。发生条件为： 2.浸湿过程：在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气－固界面转变为液－固界面的过程称为浸湿过程。发生条件为 3.铺展过程：等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这种过程称为铺展过程.发生条件为：。
7.表面活性剂的润湿作用如何表现。
答：表面活性剂的润湿作用具体表现在两个方面：1）在固体表面发生的吸附：表面活性剂以极性基团朝向固体，非极性基团朝向气体吸附于固体表面，形成定向排列吸附层，使自由能较高的故土表面被碳氢链覆盖转化为低能表面，达到改变润湿性能的目的。2）提高液体润湿能力：水在低能固体表面不能铺展，为改善体系的润湿性能，常在水中加入表面活性剂，降低水的表面张力，使其能润湿固体表面。
8、影响泡沫稳定性的因素。
答：1.表面张力：低表面张力有利于泡沫的形成，但液体表面张力的大小是泡沫产生的重要条件，而非决定性因素。2.界面膜性质：界面膜的强度是决定泡沫稳定性的关键因素，取决于液膜的表面黏度，液膜弹性和膜内液体的黏度。3.表面张力的修复作用：是指泡沫的液膜受外界扰动或自动排液变薄时，会通过自身收缩或由其他部位补充来恢复原状的现象。4）表面电荷:如果泡沫液膜的表面带有相同符号的电荷，当液膜受到挤压，气流冲击或重力排液使液膜变薄时，液膜的两个表面将会产生静电斥力作用，以阻止继续排液变薄，提高泡沫稳定性。5）泡内气体的扩散：气泡内气体扩散速度与液膜的性质和黏度有关，液膜黏度越高，表面吸附和分子排列越紧密，气体的相对透过率越低，气泡的排气越慢，泡沫越稳定。6）添加的表面活性剂的结构。
9.简述泡沫的消除机理。
答：1）使液膜局部表面张力降低：将消泡剂加入的到泡沫体系中后，消泡剂微滴浸入气泡液膜，顶替了原来液膜表面上的表面活性剂分子，使此处的表面张力降低得比原来液膜其他处的表面张力更低。由于泡沫周围液膜的表面张力高，将产生收缩力，从而使得表面张力处的液膜被强烈的向四周牵引，延伸而伸长，变薄，最后破裂使气泡消除。2）破坏界面膜弹性使液膜失去自修复作用：界面膜的弹性是保证泡沫稳定性的因素，弹性越大，液膜具有越强的自修复能力，泡沫越稳定，在泡沫体系中加入聚氧乙烯、聚硅氧烷等表面张力极低的消泡剂，消泡剂进入泡沫液膜后，会使此处的液膜的表面张力降低至极低而失去弹性，当此处的液膜收到外界的扰动或冲击拉长，液膜面积增加，消泡剂的浓度减低，引起也跑到呃表面张力上升时，液膜不能产生有效的弹性收缩力来使自身的表面张力和厚度恢复，从而因失去修复作用而被破坏。3）降低液膜黏度：泡沫液膜的表面黏度越高，其强度也越高，排液速度越慢，同时液膜的透气性越低，更能阻止泡内气体的扩散作用，从而达到延长泡沫寿命，提高泡沫稳定性的作用。4）固体颗粒的消泡作用：疏水性固体颗粒具有一定的消泡作用，当表面疏水的固体颗粒加入到