本文通過測定在十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液中添加Na+、Cu2+和Fe3+三種金屬陽離子之后的表面張力，試圖找出陽離子如何影響表面活性劑的作用效果，從而降低了水溶液的表面張力。

三種無機(jī)鹽的加入可以降低表面張力；當(dāng)NaCl、CuCl2，F(xiàn)e(NO3)3的濃度在40，1.25，1.25 mmol/L以下范圍內(nèi)，在一定量SDS表面活性劑溶液濃度下，隨著無機(jī)鹽濃度的增加，表面張力逐漸減小；當(dāng)超過無機(jī)鹽添加濃度上限后，在一定量的SDS表面活性劑溶液濃度下，隨著無機(jī)鹽濃度的增加，表面張力將達(dá)到穩(wěn)定。同時，無機(jī)鹽濃度的增加可以降低表面張力達(dá)到最低時所對應(yīng)的SDS表面活性劑溶液濃度值(Ct)，各體系下的Ct即為cmc值，當(dāng)三種無機(jī)鹽添加濃度達(dá)到上限值后，表面張力達(dá)到最小值時所對應(yīng)的SDS表面活性劑溶液濃度都是3 mmol/L，加入Fe(NO3)3、CuCl2和NaCl之后，溶液的表面張力由37.29 mN/m分別降至21.35，23.44，27.53 mN/m。

這是由于當(dāng)無機(jī)鹽添加濃度未達(dá)上限值時，由于反離子的加入可以降低表面活性離子之間的靜電斥力，而無機(jī)鹽濃度越高，反離子濃度越大，導(dǎo)致表面活性離子之間的靜電斥力降低程度越大，從而使得表面張力越小，如圖1所示。而當(dāng)超過無機(jī)鹽添加濃度上限時，表面張力達(dá)到穩(wěn)定，其可能的原因是反離子和表面活性劑分子在有限數(shù)量空位的表面已達(dá)近飽和狀態(tài)，導(dǎo)致靜電斥力的降低程度達(dá)到最大。

三種無機(jī)鹽離子降低表面張力的能力為：Fe3+>Cu2+>Na+。這是由于價態(tài)越高的反離子壓縮雙電層擴(kuò)散的能力越大，使得表面活性劑分子更加容易在表面聚集吸附，而導(dǎo)致降低表面張力的能力要強；高價離子因為電荷密度高，與表面活性劑結(jié)合能力更強，使表面活性劑在氣液界面形成類似gemini等多聚體的結(jié)構(gòu)，所以性質(zhì)有突變，所需鹽濃度更低、表面張力更低。

表面活性劑的作用是降低水的表面張力，其效果大小可以用水表面張力降低程度衡量。本研究設(shè)定M為無機(jī)鹽陽離子對于表面活性劑溶液的作用效果，用添加無機(jī)鹽之后SDS溶液表面張力的降低值(ΔγSDS+salt，純水表面張力減去添加無機(jī)鹽之后溶液的表面張力)比未添加無機(jī)鹽SDS溶液表面張力的降低值(Δγ，純水表面張力減去未添加無機(jī)鹽溶液的表面張力)來表示，即：

M=ΔγSDS+salt/Δγ

結(jié)論

(1)添加無機(jī)鹽，可以降低SDS的cmc值，cmc值隨無機(jī)鹽離子濃度增大而降低，無論何種無機(jī)鹽，cmc值均降至3 mmol/L。

(2)不添加無機(jī)鹽，溶液達(dá)到cmc值時，溶液的表面張力為37.29 mN/m，加入NaCl后溶液表面張力為27.53 mN/m；加入CuCl2后溶液表面張力為23.44 mN/m；加入Fe(NO3)3后溶液表面張力為21.35 mN/m。

(3)不添加無機(jī)鹽，溶液達(dá)到cmc值時，溶液的表面擴(kuò)展黏度為1.70 mN·s/m，加入NaCl后溶液擴(kuò)展黏度為2.21 mN·s/m；加入CuCl2后溶液擴(kuò)展黏度為2.58 mN·s/m；加入Fe(NO3)3后溶液擴(kuò)展黏度為2.75 mN·s/m。

(4)通過引入M值，分析可得SDS分子呈長條形結(jié)構(gòu)，推定其縱截面和橫截面之比可達(dá)6.04倍以上，或直徑比可達(dá)2.46倍以上。

(5)無機(jī)鹽陽離子提高SDS降低水表面張力值作用效果的機(jī)理為：負(fù)電荷在SDS分子的縱截面的頂部，陽離子通過正電荷吸引SDS的負(fù)電荷端，使得縱截面橫躺在溶液表面，增加了SDS分子在表面的覆蓋面積，從而增大了SDS降低水的表面張力值的作用效果。