表面活性剂物理化学
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的流体相行为与相图
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的流体相行为与相图表面活性剂是一类具有独特化学结构的物质，能够在溶液中降低表面或界面的张力。
在物理化学教案中，了解表面活性剂的流体相行为与相图对理解其性质和应用具有重要意义。
本文将重点探讨表面活性剂流体相行为与相图的相关知识。
一、表面活性剂的流体相行为表面活性剂溶液的流体相行为受到多种因素的影响，包括浓度、温度和添加剂等。
1. 浓度对流体相行为的影响表面活性剂在溶液中的浓度越高，其分子之间的相互作用力越强，从而形成更加稳定的胶束结构。
当浓度较低时，表面活性剂的主要形式是游离形式，分子间相互作用较弱。
随着浓度的升高，表面活性剂会形成胶束结构，其中疏水部分相互聚集在一起，疏水尾部分则朝向溶液中心。
2. 温度对流体相行为的影响温度是影响表面活性剂流体相行为的重要因素之一。
一般而言，随着温度的升高，表面活性剂的胶束形成能力增强，胶束的临界胶束浓度（CMC）降低。
这是因为温度升高会增加分子间的热运动能量，使得表面活性剂分子更容易形成胶束结构。
3. 添加剂对流体相行为的影响在表面活性剂溶液中添加其他物质，如盐类、有机溶剂或聚合物等，会对其流体相行为产生影响。
一些添加剂可以改变表面活性剂溶液的粘度、表面张力和胶束结构，从而改变其性能。
例如，添加盐类可以增加表面活性剂的胶束的聚集数，从而影响其分散能力和稳定性。
二、表面活性剂的相图相图可以用来描述物质在不同温度、浓度条件下的相态转变关系，对于研究表面活性剂的流体相行为十分重要。
1. 温度-浓度相图温度-浓度相图是描述表面活性剂在不同温度和浓度条件下的相行为的图表。
在相图中，一般会标出临界胶束浓度（CMC）和临界胶束温度（CMT），它们分别表示表面活性剂形成胶束结构的浓度和温度。
通过相图的分析，可以确定表面活性剂的溶解度、胶束临界浓度等重要参数。
2. 稳定性相图稳定性相图描述了表面活性剂溶液在不同条件下的稳定性。
稳定性可以通过浊度、胶束直径、胶束电荷等参数来定义。
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的吸附与吸附动力学
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的吸附与吸附动力学表面活性剂的吸附与吸附动力学表面活性剂是一类能够在液体表面或液体与固体界面活跃积聚的分子，它们能够显著降低液体的表面或界面能，改变液体的性能和行为。
在化学教案中，学习表面活性剂的吸附与吸附动力学是非常重要的。
本文将从理论与实际应用两个方面，详细讨论表面活性剂的吸附特性以及相关的吸附动力学过程。
一、表面活性剂的吸附特性1. 表面活性剂的吸附现象在液体表面或液体与固体界面上，表面活性剂能够积聚并形成一个吸附膜。
这种吸附现象是由于表面活性剂分子的两个部分具有亲水性和疏水性，同时受到表面张力和胶束形成的影响。
表面活性剂的亲水性基团能够与水分子形成氢键，而疏水性基团则倾向于与油脂分子或固体表面发生疏水作用。
2. 吸附等温线与吸附量吸附等温线是描述表面活性剂吸附过程的一种图形表示。
它反映了吸附剂浓度与吸附剂在界面上的浓度之间的关系。
吸附等温线可以分为不可逆吸附、可逆吸附和亲和吸附等几种类型。
吸附量指的是单位面积或体积上表面活性剂的质量或摩尔浓度。
3. Langmuir吸附模型Langmuir吸附模型是最常用的描述表面活性剂吸附特性的模型之一。
该模型假设吸附在固体表面上的表面活性剂分子与其他表面活性剂分子无相互作用，并且吸附速率与脱附速率相等。
根据该模型，吸附等温线呈现出一个饱和吸附的曲线。
二、表面活性剂的吸附动力学1. 吸附速率与扩散表面活性剂吸附动力学过程中，吸附速率和脱附速率是非常重要的参数。
吸附速率受到扩散的影响，它可以通过Fick扩散定律来表达。
Fick扩散定律描述了物质在浓度梯度下的传输速率，即吸附剂分子自由扩散到界面上的速度。
2. 吸附动力学理论Michaelis-Menten动力学模型是描述表面活性剂吸附动力学过程的一种常用模型。
该模型假设表面活性剂在界面上的吸附速率与吸附剂分子浓度之间存在一个饱和性关系，且吸附速率正比于吸附剂分子与界面的亲和力。
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的乳化与分散机制
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的乳化与分散机制表面活性剂是一类具有特殊功能的化学物质，其能够在液体表面降低表面张力并改变液体的分散性质。
在物理化学教学中，研究表面活性剂的乳化与分散机制是非常重要的内容。
本文将从表面活性剂的定义、乳化与分散的概念入手，叙述表面活性剂的乳化与分散机制。
表面活性剂，也被称为界面活性剂，是一类分子具有疏水基团和亲水基团的化合物。
疏水基团通常是碳氢链，而亲水基团可以是羧酸、羟基、胺基等。
由于表面活性剂的这种特殊结构，它们能够积聚在液体表面形成一个有机颗粒层，将液体表面张力降低，同时能够形成胶束结构。
乳化是指将两种互不溶的液体通过添加表面活性剂使其形成一种均匀分散相的过程。
例如，将水和油混合后，由于它们的互不相溶性，两者很快会分层，无法形成均匀的混合相。
但是如果加入表面活性剂，它们能够在分子水平上与水和油两相相互作用，形成胶束结构，使水和油能够均匀分散在一起，形成乳液。
具体来说，当表面活性剂的疏水基团与油相结合，亲水基团与水相结合时，胶束结构就形成了，并且胶束能够将油分子包裹在内部，使其均匀分散在水相中。
分散是指将固体颗粒分散在液体中的过程。
表面活性剂也能够发挥分散剂的作用，将固体颗粒分散在液体中形成悬浮液。
表面活性剂在分散过程中的机制类似于乳化。
当固体颗粒与表面活性剂发生相互作用时，表面活性剂的疏水基团会与固体颗粒表面发生作用，同时亲水基团与液体相互作用，使固体颗粒能够均匀地分散在液体中。
表面活性剂的乳化与分散机制可以通过物理化学的原理来解释。
表面活性剂能够在液体表面形成有机颗粒层，使液体的表面张力降低。
这是因为在表面活性剂吸附在液体界面时，疏水基团朝向液体内部，亲水基团朝向外部，并与其他表面活性剂分子形成相互作用。
这种有机颗粒层改变了液体的分子排列，从而降低了表面张力。
在乳化与分散过程中，表面活性剂的特殊结构使其能够与不同相的分子相互作用，同时通过胶束结构将互不相容的相分散在一起。
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的表面改性与功能化
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的表面改性与功能化在表面活性剂物理化学教案中，表面活性剂的表面改性与功能化是一个重要的研究领域。
通过对表面活性剂的表面进行改性和功能化，可以调控其物化性质，提高其应用性能和功能。
一、表面活性剂的表面改性1. 表面活性剂的化学改性表面活性剂的表面改性可以通过引入不同的官能团来实现。
例如，可以通过在表面活性剂的分子结构中引入疏水基团或亲水基团，改变其亲水亲油特性。
还可以通过引入功能性基团，如氧化剂、还原剂、羟基、羰基等，赋予表面活性剂更广泛的应用。
2. 表面活性剂的物理改性在物理改性中，通常通过改变表面活性剂的温度、pH值、浓度、离子强度等条件来实现。
例如，可以通过改变温度来控制表面活性剂的胶束形态和尺寸，从而调节其表面张力和稳定性。
另外，通过调节表面活性剂的pH值和离子强度，还可以实现其胶束和胶团的聚集和解聚，进一步改变其性质和应用。
二、表面活性剂的功能化1. 表面活性剂的乳化性能表面活性剂具有良好的乳化性能，可以将两种不相溶的液体均匀分散在一起，形成乳液。
通过改变表面活性剂的类型、浓度、温度等条件，可以调节其乳化性能。
乳化液具有较大的比表面积和界面能量，广泛应用于化妆品、食品、油漆等领域。
2. 表面活性剂的增溶性能表面活性剂具有良好的增溶性能，可以将两种不相溶的溶液相互溶解。
通过改变表面活性剂的浓度和比例，可以调节其增溶性能。
增溶剂常用于纺织染料、油田开发等领域。
3. 表面活性剂的分散性能表面活性剂具有良好的分散性能，可以将固体颗粒均匀分散在液体介质中。
通过改变表面活性剂的类型、浓度、pH值等条件，可以调节其分散性能。
分散剂广泛应用于涂料、陶瓷、纳米材料等领域。
4. 表面活性剂的抗静电性能表面活性剂具有良好的抗静电性能，可以减少或防止静电的产生和积累。
通过添加表面活性剂，可以改善材料的导电性能和抗静电性能。
抗静电剂广泛应用于塑料、涂料、纺织品等领域。
三、表面活性剂的应用领域1. 日化产品领域表面活性剂作为洗涤剂、洁面剂、洗发水等个人护理品的重要成分，可以提供良好的清洁、去污和起泡性能。
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的泡沫稳定性与抗泡性
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的泡沫稳定性与抗泡性随着科学技术的发展，表面活性剂在日常生活和各个行业中的应用越来越广泛。
表面活性剂是一类物质，具有较强的吸湿性和界面活性，可以降低液体的表面张力，改变液体与固体或气体之间相互作用的性质。
本文将针对表面活性剂的泡沫稳定性与抗泡性进行探讨。
一、泡沫稳定性的基本概念与表征方法泡沫稳定性是指泡沫在一定时间内能维持其完整性的能力。
表征泡沫稳定性的常用指标包括持久时间、液体排液速率和泡沫半径等。
持久时间是指泡沫的存在时间长短，液体排液速率是指泡沫内液体渗透到外部的速率，泡沫半径则表征了泡沫的大小。
二、影响泡沫稳定性的因素1. 表面活性剂的浓度：适量的表面活性剂可以增加泡沫的稳定性，过量的表面活性剂则会导致泡沫破裂。
2. 表面活性剂的类型：不同类型的表面活性剂对泡沫稳定性的影响不同。
阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂具有较好的泡沫稳定性，而阳离子表面活性剂的泡沫稳定性较差。
3. 温度：温度的升高一般会降低泡沫的稳定性。
4. pH值：酸性和碱性条件下的泡沫稳定性均较差，而中性条件下的泡沫稳定性较好。
5. 其他添加剂的存在：一些添加剂，如盐类或有机溶剂，可以显著影响泡沫的稳定性。
三、提高泡沫稳定性的方法1. 增加表面活性剂的浓度：适量的表面活性剂浓度可以提高泡沫的稳定性。
但是，过量的表面活性剂反而会导致泡沫的破裂。
2. 选择合适的表面活性剂类型：不同类型的表面活性剂对泡沫稳定性有不同的影响，选择合适的表面活性剂可以增强泡沫的稳定性。
3. 调整环境条件：适当的温度和pH值可以提高泡沫的稳定性。
此外，通过添加适量的盐类或有机溶剂，也可以改善泡沫的稳定性。
四、表面活性剂的抗泡性概念与评价方法抗泡性是指表面活性剂抑制泡沫形成的能力。
评价表面活性剂的抗泡性可以通过泡沫抑制才能、泡沫高度和泡沫半径等指标来进行。
五、影响表面活性剂抗泡性的因素1. 表面活性剂的浓度：适量的表面活性剂浓度可以有效抑制泡沫的形成，而过量的表面活性剂则会导致泡沫的产生。
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的表面电荷与电化学性质
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的表面电荷与电化学性质表面活性剂是一类广泛应用于日常生活和工业生产中的化学物质。
在这个教案中，我们将重点探讨表面活性剂的表面电荷和电化学性质。
了解这方面的知识对于理解表面活性剂的功能和应用至关重要。
一、表面活性剂的表面电荷表面活性剂是由亲水基团和疏水基团构成的分子。
亲水基团喜欢水，而疏水基团则排斥水。
由于这种结构特点，表面活性剂分子在水中会发生聚集现象。
在水溶液中，表面活性剂分子会形成胶束结构。
这是因为亲水基团朝向水相，而疏水基团则朝向胶束内部。
胶束结构中，表面活性剂分子的疏水基团相互靠拢，形成一个疏水核心。
亲水基团则散布在疏水核心的周围，并与周围的水分子发生作用。
这种结构中，表面活性剂分子的疏水基团被称为“疏水尾”，而亲水基团则被称为“亲水头”。
在胶束结构中，表面活性剂分子存在表面电荷。
亲水头与胶束周围的水分子发生氢键作用，形成一个带正电荷的区域。
同样，疏水尾也会与周围的水分子发生作用，形成一个带负电荷的区域。
因此，整个胶束分子具有正负电荷分布，这赋予了表面活性剂独特的表面电荷性质。
二、表面活性剂的电化学性质由于表面活性剂具有表面电荷，因此它们在电化学系统中表现出一些特殊的性质。
以下是一些与表面活性剂的电化学性质相关的重要概念：1. 界面电势界面电势是指表面活性剂分子所处界面的电势差。
由于表面活性剂分子的正负电荷分布，界面电势对于界面的稳定性和表面活性剂的功能起到重要作用。
界面电势的大小取决于表面活性剂浓度、pH值等因素。
2. 表面张力由于表面活性剂分子的存在，水溶液的表面张力会发生改变。
表面活性剂分子在液体表面形成胶束结构，降低了液体表面的张力。
这种现象使得表面活性剂广泛应用于液体界面的稳定剂和乳化剂。
3. 电泳电泳是指在电场作用下，带表面电荷的颗粒或分子在液体中运动的现象。
表面活性剂分子通过调控电离度和溶解度，可以影响电泳过程中颗粒的运动方向和速度。
这在电泳分离和分析中具有重要意义。
物理化学(中国药科大学) 表面活性剂及其作用
CH3 | R-N-HCl
叔胺盐
|
CH3 CH3 |
R-N+-CH3Cl- 季胺盐
|
CHh 3
7
两性表面活性剂
R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型
CH3 |
R-N+-CH2COO| CH3
甜菜碱型
h
8
非离子表面活性剂
R-O-(CH2CH2O)nH
脂肪醇聚氧乙烯醚
R-(C6H4)-O(C2H4O)nH
当矿砂表面有5%被捕 集剂覆盖时，就使表面产 生憎水性，它会附在气泡 上一起升到液面，便于收 集。
选择合适的捕集剂， 使它的亲水基团只吸在矿 砂的表面，憎水基朝向水。
h
37
矿物
h
38
增溶作用
一些非极性的碳氢化合物在水中的溶解
度很小，但在浓度达到或超过临界胶束浓度
的表面活性剂溶液中却能溶解它们，形成完
HLB 38.7 21.1 19.1 9.4 6.8 2.4 2.1 1.9 1.3 0.5
憎水基团 －CH －CH2 －CH3
－(CH2－CH2－O) － －(CH2－CH2－CH－O)
h
HLB -0.475
-0.475 0.33 -0.15
12
HLB值=
亲水基质量 亲水基质量+憎水基质量
×100/5
O/W乳化剂
h
15
三、胶束和临界胶束浓度
（一）胶束的形成和临界胶束浓度
表面活性剂是两亲分子。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。
随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可
华东理工大学《物理化学》课件15.9 表面活性剂、兰缪尔吸附等温式(新)
铺展润湿过程
G As 液,固 气,液 气,固 def 液,固 气,液 气,固 G / As
4.不溶性单分子膜
（1）-As关系
膜天平示意图
（2）LB膜
（3）双层膜和囊泡
X膜 Z膜 Y膜
（4）膜的表面结构
18-Ar-18,2Br-1的LB膜 的AFM图象
尺度/
在水溶液中 亲水基团为 阴离子，主 要有：羧酸 盐，硫酸酯 盐，磺酸盐 磷酸酯盐、 脂肪酰-肽 缩合物等。
在水溶液中 亲水基团既 有阳离子， 主要为铵盐 和季铵盐又 有阴离子， 如羧酸盐， 硫酸酯盐， 磺酸盐等。
在水溶液中 不电离，主 要由聚环氧 烷基构成， 还有一部分 多醇为基础 结构。
2.胶束和临界胶束浓度
尔吸附等温式中的吸附系数b；(2) CHCl3(g)的平衡压力为
6.667kPa时的吸附量 (STP)。(3) 如何用作图法检验此吸附是
否确属兰缪尔吸附。
解： (1)
bp 1 bp
b
p
82.5
13.375 93.8
82.5
k
Pa1
0.546 kPa1
例：在273.15 K时测定吸附质 CHCl3(g)在活性炭上的吸附作 用。当 CHCl3(g) 的平衡压力为13.375 kPa 及吸附达饱和时， 每克活性炭吸附 CHCl3(g) 的量分别为82.5 cm3 (STP)和93.8 cm3 (STP)。设该吸附服从兰缪尔吸附等温式，试求：(1) 兰缪
"for his discoveries and investigations in surface
chemistry”
1903年毕业于哥伦比亚大学矿业学院。留学德 国，师从能斯特。1906年获哥丁根大学博士学 位。
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5
1.2 表面活性剂科学
◆ 表面活性剂合成化学
研究各种表面活性剂的合成方法和生 产技术。
◆ 表面活性剂物理化学
研究表面活性剂性能、作用的规律和 原理。表面活性剂溶液表面张力、表面 活性剂溶液结构和性能。
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6
1.3 表面张力与表面自由能
表面张力（surface tension)：垂直通过液体表 面上任一 单 位长度、与液面相切地收缩表面的 力（单位：mN/m)。
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图4 溶液表面吸附和胶团化作用示意图
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第二章 表面活性剂类型
2.1 阴（负）离子表面活性剂
2.1.1 羧酸盐
脂肪酸钠盐（肥皂）、脂肪酸三乙醇胺盐 （用作乳化剂）、松香皂
2.1.2 磺酸盐
（1）烷基苯磺酸盐
烷基苯磺酸钠 R
SO3Na ，R基中
的碳原子数在12左右，是大多数洗涤剂中的表
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McBain的胶团假说可以解释表面活 性剂的各种特性。多种溶液性质在同一 浓度附近发生突变的现象是因为这些性 质都是依数性的或质点大小依赖性的。 溶质在此浓度区域开始大量生成胶团， 导致质点大小和数量的改变。于是，这 些性质都随之发生突变，形成共同的突 变浓度区域。
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1.7 疏水效应
在表面活性剂－水体系中，实现疏 水基逃离水环境的途径有二：一是表面 活性剂分子从溶液内部移至表面，形成 定向吸附层—以疏水基朝向气相，亲水 基插入水中，满足疏水基逃离水环境的 要求，这就是溶液表面的吸附作用（参 见图4)。二是在溶液内部形成缔合体— 表面活性剂分子以疏水基结合在一起形 成内核，以亲水基形成外层的聚集结构。
值来描述。此值大于0的溶质，为表面活 性物质(图1中B、C型曲线，其中C型为 表面活性剂曲线），反之为非表面活性 物质（A型曲线）。
C型曲线转折点的表面张力值和浓度值通 常用符号cmc和cmc来代表。
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1.5.3 表面活性剂的结构特征
表面活性剂的特点是具有不对称的分子结 构，整个分子分为两部分，一部分是亲 水的极性基团，叫做亲水基（hydrophilic group)；另一部分是亲油的非极性基团， 又叫做疏水基（hydrophobic group)。因 此，表面活性剂分子具有两亲性质，被 称为两亲分子（amphiphile)。
表面活性剂物理化学
叶志文
推荐教材：《表面活性剂作用原理》 ——中国轻工业出版社
作者： 赵国玺 朱步瑶
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授课内容
★ 表面活性剂的基本概念与基本方法 ★表面活性与表面活性剂 ★表面活性剂溶液的基本特性 ★表面张力与表面自由能、疏水效应 ★表面活性剂的结构与类型 ★液体表面张力的测定方法等
表面自由能（surface free energy)：恒温恒压 下增加单位表面积时体系自由能的增量（单位： mJ/㎡）。
表面张力和表面自由能分别是用力学方法和 热力学方法研究液体表面现象时采用的物理量， 具有不同的物理意义，却又具有相同的量纲。
25℃时水的表面张力为72 mN/m。
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7
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图2 表面活性剂分子结构特征示意图
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1.6 表面活性剂溶液特性 1.6.1 溶液的物理化学性质
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图3 表面活性剂 溶液特性ห้องสมุดไป่ตู้意图
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1.6.2 溶度特性
离子型表面活性剂的溶度在温度升 到一定值时会陡然上升，此温度称为该 表面活性剂的Krafft点。
p=γ（R 11 +
1 R2
）
说明由于存在表面张力，弯曲液面 对内相施与附加压力，其值取决于液体 的表面张力和液面的曲率。
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9
1.5 表面活性与表面活性剂结构特征 1.5.1 溶液的表面张力
图1 溶液表面张力曲线
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1.5.2 表面活性
溶质使溶剂表面张力降低的性质叫做表 面活性(surface activity),可以用-(d/dc)c→0
面活性剂主要成分。
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（2）烷基萘磺酸盐
二丁基萘磺酸盐和二异丙基萘磺酸盐 （拉开粉，作为润湿剂）
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★ 表面活性剂的界面化学与胶体化学性质 ★表面活性剂在各种界面上的吸附和在溶液中形
成有序组合体的特性
★ 混合表面活性剂体系的基本性质 ★ 一般不溶物单分子膜、表面活性剂不溶
膜、固体表面上的超薄膜 ★ 表面活性剂应用基础性质
润湿、起泡、乳化、加溶、分散、洗涤等
★ 表面活性剂结构与性能的一些规律 ★ 表面活性剂新疆界
非离子表面活性剂水溶液的溶度往 往随温度上升而降低，在升至一定温度 时出现浑浊，此温度被称为该表面活性 剂的浊点（cloud point)。
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1.6.3 溶油性
烃类一般不溶于水，也不溶于浓度很 稀的表面活性剂溶液。但当表面活性剂 浓度超过cmc后则浓度剧增。这就是表面 活性剂对不溶物的加溶作用。这种溶解 现象既不同于在混合溶剂中的溶解，也 不同于乳化作用。
1.4 弯曲液面两侧压力差
1.4.1 液面的曲率 由于液体存在表面张力，液体表面常
常成为弯曲状，由此，对液体的性质产 生一系列重要的影响。其中，最重要的 是毛细压力，也就是弯曲液面下的附加 压力（Laplace压).
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8
1.4.2 Laplace公式
若液滴为球形：
p=
2γ R
若液面不成球形：
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3
第一章 绪 论
1.1 表面活性剂（surfactant，tenside) 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。 人类认识表面活性剂是从洗涤剂开始。
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发展历程：
山羊油制成的皂（甘油三羧酸酯水解产物） 皂角（皂苷）和猪胰（富含消化酶） 肥皂（洋胰子）：不耐硬水、不耐酸 土耳其红油：蓖麻油与硫酸的反应产物 短链烷基萘磺酸盐类表面活性剂（Nekal，拉开粉）：煤
焦油衍生物 烷基硫酸盐及长链烷基芳基（苯基）磺酸盐及非离子表
面活性剂：目前大量使用
目前洗涤剂要求：洗涤效率高，对皮肤和粘膜刺激性 小，对织物和头发具有柔软功能，对环境友好，易于 生物降解等。