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表面活性劑性能形成、HLB值計算、關(guān)鍵作用及其應用
來源: 玉珠隆生物 瀏覽 96 次 發(fā)布時間:2024-12-16
表面活性劑,也被稱作表面活性物質(zhì),是一種能夠顯著降低水表面張力的溶質(zhì)。這種物質(zhì)屬于一類特殊的有機化合物,其分子結(jié)構(gòu)具有親水和疏水兩個不同的部分。親水部分能夠與水分子相互作用,而疏水部分則傾向于避開水分子。這種分子結(jié)構(gòu)使得表面活性劑在水溶液中能夠在水與空氣的界面上形成吸附層,有效降低水的表面張力。具體來說,表面活性劑分子的親水極性基團會朝向水分子,而疏水的非極性碳鏈或碳環(huán)則會朝向空氣,從而在界面上形成定向排列。這種排列導致表面活性物質(zhì)在界面上的濃度高于溶液內(nèi)部,因此,增加單位面積所需的能量比純水要小。一般來說,分子中非極性部分越大,其表面活性也越強。
表面活性劑可以根據(jù)其化學結(jié)構(gòu)被分為兩大類:離子型和非離子型。在離子型表面活性劑中,進一步可以細分為陽離子型、陰離子型和兩性型表面活性劑。
表面活性劑的有效性
這是指表面活性劑能夠?qū)⑺谋砻鎻埩档偷降淖畹拖薅?。簡而言之,如果一種表面活性劑能夠顯著降低水的表面張力,那么它就被認為是更有效的。這種降低表面張力的能力也被稱作表面活性劑的有效值。
表面活性劑的效率
這是指在使水的表面張力降低到特定水平時所需的表面活性劑濃度。一般來說,如果一種表面活性劑能在較低的濃度下實現(xiàn)這一效果,那么它的性能就被認為是更好的。
表面活性劑結(jié)構(gòu)對其性能的影響
表面活性劑的性能,包括其效率和能力,與其分子結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系,并且這兩個性能指標往往呈現(xiàn)出相反的趨勢。
鏈長對性能的影響:
當表面活性劑分子中的疏水基團(憎水基團)的碳鏈長度增加時,其在降低水表面張力方面的效率會提高,這意味著需要更少的表面活性劑就能達到相同的效果。然而,這種效率的提高可能會以犧牲其降低表面張力的能力為代價,即在碳鏈變長時,表面活性劑可能無法將水的表面張力降低到很低的水平。
支鏈和不飽和程度對性能的影響:
如果疏水基團中存在支鏈或者不飽和鍵(如雙鍵)的數(shù)量增加,這通常會降低表面活性劑的效率,因為這些結(jié)構(gòu)變化可能會干擾分子在水表面的排列。盡管如此,這種結(jié)構(gòu)的變化可能會增強表面活性劑的能力,即它們能夠?qū)⑺谋砻鎻埩档偷礁偷乃健?
表面活性劑膠束的形成
膠束和臨界膠束濃度(CMC)的形成:當表面活性劑在水中的濃度逐漸增加時,它們首先在水的表面形成一層有序排列的單分子層。隨著濃度的進一步增加,未被表面吸附的表面活性劑分子在溶液內(nèi)部開始聚集,它們的疏水基團相互靠近,從而形成膠束結(jié)構(gòu)。
臨界膠束濃度(CMC)的定義:
表面活性劑開始形成膠束的最低濃度點被稱為臨界膠束濃度。這個濃度標志著表面活性劑從單體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z束狀態(tài)的轉(zhuǎn)變點。
膠束的形態(tài)多樣性:根據(jù)表面活性劑的親水基團的不同特性以及溶液的濃度,形成的膠束可以有多種形態(tài),包括棒狀、層狀或球狀等。
膠束形成對溶液性質(zhì)的影響:
當表面活性劑的濃度達到CMC時,溶液的性質(zhì)開始偏離理想溶液的行為。這種變化在表面張力與濃度的關(guān)系曲線上表現(xiàn)為一個明顯的轉(zhuǎn)折點。超過CMC后,即使繼續(xù)增加表面活性劑的濃度,水的表面張力也不會進一步降低,但溶液中的膠束數(shù)量和大小會繼續(xù)增加。
HLB值與表面活性劑的選擇
HLB(依凡,尼洛夫法)值是一種用于測量表面活性劑(也稱為表面活性劑)的極性度的指標。依凡尼洛夫(HLB)值是一種常用的表面活性劑組合的量化指標,主要是用來確定表面活性劑的最佳組合。
HLB(依凡尼洛夫)值計算過程有以下四步:
第一步:計算組份的HLB值。
HLB值是用來衡量表面活性劑的極性度的指標,可以用來確定每種表面活性劑的組合,確定母液的形成與特性。每種表面活性劑都有其自身的HLB值,可以簡單地通過手冊或者互聯(lián)網(wǎng)等方式獲得這個HLB值。
第二步:根據(jù)公式計算表面活性劑總體的HLB值。
通過以下公式可以計算表面活性劑的總體HLB值:
總體HLB值=∑[每種表面活性劑的質(zhì)量分數(shù)x每種表面活性劑對應的HLB值]
第三步:根據(jù)總體HLB值計算混合液體的表面張力
根據(jù)總體HLB值可以計算混合液的表面張力,公式如下:表面張力=20x總體HLB值(dyn/cm)
第四步:計算和結(jié)果報告
最后,將所有步驟的結(jié)果匯總在一起,就可以得出總體表面活性劑組合的HLB值和其對應的表面張。
根據(jù)不同的應用需求,我們可以根據(jù)HLB值來選擇最合適的表面活性劑。HLB值的不同范圍對應著不同的應用:
①當HLB值在2到6之間時,表面活性劑適合作為油包水型乳化劑,這種類型的乳化劑能夠?qū)⒂偷畏稚⒃谒小?
②當HLB值在8到10之間時,表面活性劑適合作為潤濕劑,幫助液體更好地在固體表面鋪展。
③當HLB值在12到18之間時,表面活性劑適合作為水包油型乳化劑,這種類型的乳化劑能夠?qū)⑺畏稚⒃谟椭小?
表面活性劑的關(guān)鍵作用及其應用
①潤濕作用:表面活性劑通過降低液體表面張力和改變接觸角,實現(xiàn)潤濕效果。
②洗滌作用:表面活性劑通過降低污垢與固體表面的粘附力來去污,理想的洗滌劑應具備良好的潤濕性、降低界面張力的能力、一定的起泡或增溶作用,以及在清潔后形成保護膜防止再污染。
③增溶作用:表面活性劑如油酸鈉能顯著增加非極性有機物(如苯)在水中的溶解度,這些有機物實際上是分散在膠束中,而非均勻溶于水。
④起泡作用:表面活性劑能形成強度足夠的液體薄膜包圍空氣,形成泡沫,用于選礦、滅火和清潔等,主要功能包括降低表面張力、增強泡沫膜的穩(wěn)定性和彈性,以及調(diào)節(jié)泡沫的表面黏度。
⑤乳化作用:表面活性劑能形成乳狀液,分為水包油(O/W)和油包水(W/O)兩種類型,分別以水和油為外相。