表面活性剂习题与答案

第一章概述

1.表面活性剂的定义

在加入量很少时即能明显降低溶剂的表面张力，改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用的要求的一类物质。

2.表面活性剂的分类（按离子类型和亲水基的结构）

离子类型：a.非离子型表面活性剂

b.离子型表面活性剂（阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性

表面活性剂）

亲水基：羧酸盐型、磺酸酯盐型、磷酸酯盐型、胺盐型、季铵盐、鎓盐型、多羧基型、聚氧乙烯型

第二章表面活性剂的作用原理

表面活性、表面活性物质、表面活性剂？

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，这类物质被称为表面活性物质。

表面活性剂：是一类表面活性物质，其在浓度极低时能明显降低溶液表面

张力的物质。

表面活性如何表征？

假如ψ。是水或溶剂的表面张力，ψ为加入表面活性剂后溶液的表面张力，则表面（界面）张力降低值π可表现为π5ψ。2ψ，在稀水溶液中可以用表面张力降低值与溶液浓度的比值π/c来衡量溶质的表面活性。当物质的浓度c很小时，ψ-c略成直线，每增加一个–CH2，π/c增加为原来的3倍。

表面活性剂的两大性质是什么？如何解释？

两大性质：降低表面张力和胶束的形成

降低表面张力：是由亲水、亲油基团相互作用、共同决定的性质，表面活性剂分子吸附于液体表面，用表面自由能低的分子覆盖了表面自由能高的溶剂分子，因此溶液的表面张力降低

胶束的形成：达到吸附饱和，表面活性剂的浓度再增加，其分子会在溶液内部采取另一种排列方式，即形成胶束。

什么是临界胶束浓度及其测定方法？

开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度（critical micelle concentration,简写为cmc）。

测量依据：表面张力、电导率等性质随着表面活性剂浓度的变化，上述性质发生突变的浓度。

1、表面张力法：表面活性剂水溶液的表面张力开始时随溶液浓度的增加

急剧下降，到达一定浓度（即cmc）后变化缓慢或不再变化。

特点：简单、不受无机盐的影响；但极性有机杂质干扰大。

2、电导法：测定表面活性剂溶液不同浓度时的电阻，计算出的电导率或

摩尔电导率，作其对浓度的关系曲线，其转折点的浓度即为表面活性

剂的cmc。适合离子型表面活性剂。

特点：方便，准确度高，但受溶液中盐浓度影响很大。对高表面活性

的物质灵敏度差。

3、增溶作用法：利用烃类或某些燃料等不溶或低溶解度的物质在表面活

性剂溶液中溶解度的变化测定cmc的方法。

4、染料法：某些燃料的颜色或荧光在低浓度中和在胶束中的明显不同。

要求染料离子与表面活性剂离子所带电荷相反。

5、光散色法：表面活性剂缔合成胶束，溶液散射光强度增强。要求溶液

非常纯净。

什么是表面活性剂的HLB值？有什么意义？

用亲水-亲油平衡值（hydrophile-lipophile balance,HLB）来表示表面活性剂的亲水性，它是亲水基和疏水基之间的大小和力量上的平衡程度的量度。

HLB=亲水基的亲水性/亲油基的亲油性

HLB值代表亲水基和亲油基的平衡值，用来衡量亲水与亲油能力的强弱，实际上主要表征了表面活性剂的亲水性；HLB值越高，亲水性越强；HLB 值越低，亲水性越弱。

石蜡HLB=0 油酸HLB=1 油酸钾HLB=20 十二烷基硫酸钠HLB=40

HLB=亲水基团质量/表面活性剂的质量*100/5=亲水基的质量/（亲油基质量+亲水基质量）*100/5

HLB=E/5 E代表合成表面活性剂时加入的环氧乙烷的质量分数

影响表面活性剂性能的结构因素包括那些方面?（表面活性剂分子形态、分子量和其润湿、去污能力的关系）

分子形态的影响：

1、亲水基的相对位置对表面活性剂性能的影响：一般情况下，亲水基位

于分子中间时，表面活性剂的润湿性能比位于分子末端的强；而亲水

基在末端的，则去污力较强。

2、亲油基团结构中分支的影响：在表面活性剂类型和分子大小相同的情

况下，带有分支结构的表面活性剂通常具有较好的润湿和渗透性能，

但去污力较小。

分子量的影响：表面活性剂分子的大小对其性质的影响比较显著，一般分子量较大的表面活性剂的洗涤、分散、乳化性能较好，而分子量较小的表面活性剂润湿、渗透作用比较好。

表面张力的定义（从力和能量的角度）

1 f=2γl γ为比例系数，表示垂直通过液面上任一单位长度，与液面相切的收缩表面的力，简称表面张力

2 液体自动收缩小，则会减少自由能。dG=γdA γ从能量角度是单位表面的表面自由能，是增加单位表面积液体是自由能地增值。

表面张力的测定方法

滴重法毛细管上升法环法吊片法最大气泡法滴外形法

表面活性剂的结构特点

胶束的结构（离子型表面活性剂和非离子型）

书p14 胶束的结构主要

由内核和外壳两部分构成，对于离子型表面活性剂，外壳的外侧还有扩散双电层。

离子型表面活性剂，胶束的外壳由胶束双电层的最内层（stern层）组成，其中不仅包含表面活性剂的极性头，还固定有反离子和水化层。对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，胶束的外壳是一层相当厚的柔顺的聚氧乙烯层，还有水分子。在胶束-水“界面”区域外，离子胶束有一反离子扩散层，即双电层外围的扩散层部分，由未与极性头离子结合的其余反离子组成，非离子胶束没有双电层结构。

Krafft 点和浊点（原因）

P26 非离子表面活性剂存在浊点的原因是其在水中氢键被破坏所致。

非离子型表面活性剂和混合表面活性剂的HLB 值的计算

非离子型 HLB=

5100表面活性剂的质量亲水基团质量=5

100

亲水基质量亲油基质量亲水基的质量

混合表面活性剂

皂化值和酸值完

全皂化1g油脂所需氢氧化钾的毫克数中和1g油脂中的游离脂肪酸所需氢氧化钾的毫克数。常用以表示其缓慢氧化后的酸败程度。

不同类型表面活性剂毒性、安全性顺序。

第三章表面活性剂的功能与应用

1.增溶作用的定义：在溶剂完全不溶或者微溶的物质，借助于添加第三种成

分——表面活性剂而得到溶解，并成为热力学稳定性的、各种同性的均一溶液，这种作用成为增溶作用。

2.增溶作用的特点（与混合溶剂提高溶解度及乳化作用的区别）：

（1）增溶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。

（2）增溶过程不同于通过使用混合溶剂来增大有机物溶解度的情况。

（3）增溶作用的被增溶物进入了胶束中，而不是提高了增溶物在溶剂中的溶解度，因此不是一般意义上的溶解。

（4）增溶作用不同于乳化作用。

（5）增溶作用是自发过程。

（6）增溶作用可以用不同的方式达到。

3.增溶作用的方式：

（1）单态模型：夹心型增溶、栏栅型增溶、胶束表面（聚氧乙烯型）

（2）两态模型：被增溶物在胶束溶液中分配于水相和胶束相中，在两相中德分配状态不同。

4.表面活性剂结构对增溶作用的影响：

（1）碳氢健长短相同时，不同类型表面活性剂增溶能力的大小顺序为：非离子型＞阳离子型＞阴离子型

（2）饱和烃和极性小得有机物在同系列的表面活性剂水溶液中增溶能力随表面活性剂碳氢链的增长而增加。

（3）同碳数的表面活性剂，带支链的比直链的对烃类的增溶能力小。在表面活性剂分子中引入不饱和键或芳环也会使其增溶能力减小。

（4）向表面活性剂分子中引入第二极性基团时对增溶能力的影响取决于增溶物的性质。

5.乳状液的定义、形成条件、类型及鉴别方法：

鉴别方法：①稀释法②染色法③电导法④滤纸润湿法⑤光折射法

6.影响乳状液类型的因素

（1）相体积

（2）乳化剂的分子结构和性质（定向锲理论）

（3）溶解度规则

（4）聚结速度理论

（5）制备方法与乳化器材质

7.影响乳状液稳定的因素：

（1）表面张力

（2）界面膜

（3）界面电荷

（4）乳状液分散介质的粘度

（5）加入固体粉末

8.PIT：

定义：在一定的体系中，在某一温度时，乳化剂的HLB值发生急剧变化，同时乳状液体系发生相变，此温度称为相转变温度，即PIT.PIT是体系所具有的特性温度。

应用：①取等量的油相和水相，加入3%-5%的表面活性剂制成乳状液，不断振荡并加热体系，观测乳状液的类型变化，当乳状液由O/W型变成W/O型的温度即为PIT。②通常O/W型乳状液在低于PIT 20-60℃,W/O高于PIT 10-40℃时是稳定的。③PIT与HLB值有一定关系，一般PIT随HLB值的增加而升高。

9.破乳的方法有那些：

（1）物理机械法：①超声②加热③过滤④电沉降⑤离心分离

（2）化学法：加入一定化学物质来改变乳状液的类型和界面膜的性质，目的是降低界面膜强度，或破坏界面膜。

10.润湿的过程及发生条件：

过程：①沾湿：液气界面和固气界面上的气体被液体取代的过程②浸湿：固体浸入液体的过程③铺展：将固气界面用固液界面代替的同时，液体表面能够扩展的现象。

发生条件：

①沾湿发生条件：△GA=γSL-γSG-γLG＜0 WA=γSG-γSL+γLG≥0（式中：γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力）

②浸湿发生条件：△Gi=γSL-γSG≤0Wi=γSG-γSL≥0 （Wi：浸湿功）

③铺展发生条件：△GS=γSL+γLG-γSG≤0

S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：铺展功）

11.杨氏方程：

12.表面活性剂在润湿过程的作用：

①在固体表面发生定向吸附

②提高液体的润湿能力

13.润湿剂的要求：

（1）分子结构：①碳氢键具有分支结构

②亲水基位于碳氢键的中间位置

（2）性质：①较高的表面活性

②良好的表面活性

14.泡沫的定义及产生

定义：泡沫是指气体分散在液体中的一种分散体系。

产生条件：a.气液接触

b. 发泡速度高于破泡速度

15. 泡沫破坏的机制

16.表面张力的自修复作用

在泡沫受到外力冲击时，有使液膜厚度和强度恢复的作用。

17.在影响泡沫稳定的因素中，哪个因素是最重要的？

决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的表面粘度和弹性。

18.为什么非离子表面活性剂不能作为稳泡剂？

亲水基聚氧乙烯醚在水中呈曲折行结构不能形成紧密排列的吸附膜，并且水化能力差，不能形成双电层，因此不能形成稳定的泡沫。

19.消泡剂的消泡机理？

A.降低泡沫膜局部表面张力

B.破坏膜的弹性

C.降低液膜的粘度

D.疏水固体颗粒的消泡作用

20.污垢的类型？污垢的黏附机理及去除机理。

污垢的类型：

按形态分①液体污垢②固体污垢③混合污垢

按使用环境及情况分：①纤维织物上②住宅污垢③餐具污垢④其他

污垢的粘附机理：①机械力粘附固体尘土的粘附②分子间力粘附范德华力（包括氢键）③静电力粘附④化学结合力粘附化学吸附⑤油性结合

污垢的去除机理：

21.表面活性剂的去污作用机理。

22.表面活性剂结构与去污力的关系

第四章阴离子表面活性剂

1.阴离子表面活性剂的分类

按照亲水基主要有四类：羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐2.十二烷基苯磺酸盐的制备、反应条件及影响因素

3.烷基磺酸盐氧磺化和氯磺化的方程式

UV

氧磺化：RCH2CH3＋2SO2＋O2＋H2O →RCH2CH2SO3H＋H2SO4

RCH2CH2SO3H＋NaOH→RCH2CH2SO3Na＋H2O 氯磺化（Reed反应）：RH＋SO2＋Cl2→RSO2Cl＋HCl↑

RSO2Cl＋2NaOH→RSO3Na＋H2O＋NaCl

4.渗透剂T的合成

催化剂

第一步酯化反应：C4H2O3＋2C8H17OH →H17C8OOCH=CHCOOC8H17＋H2O

催化剂

第二步磺化反应：H17C8OOCH=CHCOOC8H17＋NaHSO3→H17C8OOCCH2（NaSO3）CHCOOC8H17

5.皂化反应

RCOOCH2HOCH2

││

RCOOCH2＋3NaOH→3RCOONa＋HOCH2

││

RCOOCH2 HOCH2

6.洗净剂209的合成（N-酰基-N-甲基牛磺酸钠）

O

CH2－CH2＋NaHSO3→HOCH2CH2SO3Na 第一步

HOCH2CH2SO3Na＋CH３NH２→CH３ＮＨＣＨ２ＳＯ３Ｎａ第二步

３C

１７H

３３

ＣＯＯＨ＋ＰＣｌ

３

→３Ｃ

１７

Ｈ

３３

ＣＯＣｌ第三步

ＣＨ３

│

３Ｃ

１７Ｈ３

３

ＣＯＣｌ＋CH

３

ＮＨＣＨ

２

ＳＯ

３

Ｎａ→C

１７

H

３３

CONCH

２

CH

２

SO

３

Nａ第四步

7.十二烷基硫酸钠K12的合成

Ｃ

１７Ｈ

３３

ＣＯＣｌ＋Ｈ

２

ＳＯ

４

→Ｃ

１２

Ｈ

２５

ＯＳＯ

３

H＋H

２

O

8.ABS、LAS、AOS代表的表面活性剂

ABS：烷基苯磺酸盐

LAS：直链烷基苯磺酸钠

AOS：α－烯烃磺酸盐

第五章阳离子表面活性剂

1、阳离子表面活性剂的概念及主要用途？

阳离子表面活性剂,是其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带阳电荷的面活性剂。

主要用途：杀菌剂、纤维柔软剂、抗静电剂。

其他用途：肥料的抗结块剂、农作物的除莠剂、沥青和石子表面的粘结促进剂、均染剂、乳化剂、头发调理剂、金属缓蚀剂、絮凝剂和浮选剂。

2、阳离子表面活性剂主要有哪些类型？（铵盐型、季铵盐型、杂环型、

鎓盐型）

3、季铵盐的合成过程？

常用的烷基化试剂有：氯代烷、氯化苄及硫酸二甲酯

（1）烷基季铵盐的合成（N-烷基化反应即季铵化反应）

A、高级卤代烷和低级叔胺的反应

影响因素：

●卤代烷中卤离子的影响：RI>RB r>RCl,常采用的时氯代烷

●卤代烷中烷基的影响：烷基链越长，卤代烷的活性越弱

●叔胺的碱性和空间效应：碱性越强反应活性越大，大的空间位阻对反应不利

B、高级烷基胺与低级卤代烷的反应

（2）含杂原子季铵盐的合成

（3）含苯环季铵盐的合成（吉尔灭、NTN、Zephriol M、Hyamine 1622）4、1231或1631阳离子表面活性剂的合成

5、Sapamine MS的合成。

6、洁尔灭和新洁尔灭的合成

第六章两性表面活性剂

两性离子表面活性剂的概念、分类及应用

概念：从广义上讲两性表面活性剂是指在分子结构中，同时具有阴离子，阳离子和非离子中的两种或两种以上离子性质的表面活性剂。

按阴离子部分的类型分类:羧酸盐型，磺酸盐型，硫酸酯盐型，磷酸酯盐型

按化学结构分类：甜菜碱型，咪唑啉型，氨基酸型，氧化胺型

应用：1.洗涤剂及香波组分，2.杀菌剂3.纤维柔软剂4.缩纸剂5.抗静电剂6.金属防锈剂7电镀助剂

等电点，钙皂分散力

等电点：在电离时产生的正、负电荷中心（或偶极中心）共存于表面活性残疾上，互相不能分开。

十二烷基甜菜碱BS-12（氯乙酸法）