表面和界面现象

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油的14%--20%,曾作为DDT乳油的乳化剂。 土耳其红油(Turkey Red Oil)又称为太古油、茜草油、红油、
渗透油CTH磺化蓖麻油,主要成份的化学名称为蓖麻酸硫酸 酯钠盐,分子式为C18H12O6Na2分子量为390.4。
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1. 表面活性剂与洗涤剂 第一次世界大战期间, 德国油脂缺乏,需寻找非油
1.1 前言
1. 表面活性剂与洗涤剂 人类认识表面活性剂是从洗涤剂开始的。
在历史上的一段时间内,洗涤剂,甚至皂,就作为 表面活性剂的同义词而使用。洗涤剂的起源已久远 得无法考证。最早使用的皂是羧酸的碱金属盐类。
据记载,幼发拉底河流域的苏美尔人早在公元前 2500年、腓(féi )尼基人在公元前600年就知道用羊油 和草木灰制造肥皂的方法——将两者共沸。
表面活性剂: 2. 表面活性剂分子的结构特点:
多数表面活性剂的疏水基呈长链状,常形象地把疏水基叫做 "尾巴", 亲水基叫做"头"。
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表面活性剂: 2. 表面活性剂分子的结构特点:
分子是由性质完全不同的两部分组成
其中一部分是亲油的长链烷基,结构上差别较小,一般含8 个碳以上
它们虽然并不是各工业产品的主体,但却能在各种产品的生
产中起到画龙点睛的作用。
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2. 常用洗涤剂
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2. 常用洗涤剂
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2. 常用洗涤剂
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2. 常用洗涤剂
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2. 常用洗涤剂
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3. 其它(衣食住行)
表面张力和表面自由能 1. 界面:
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表面张力和表面自由能 1. 界面: 在自然界及生活中到处存在着各种与表面/界面相关的现象。
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表面张力和表面自由能 1. 界面:
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表面张力和表面自由能 1. 界面: 水黾能在水面上支撑15倍于身体的重量
脂产品的洗涤剂。由于德国煤炭产量颇丰,于是转 向开发煤焦油衍生物,从而发展了短链烷基萘磺酸 盐类表面活性剂。 主要是丙基萘磺酸盐、丁基萘磺酸盐……癸基萘磺酸 盐,统称为Nekal。因其皆为固体粉末,而且水溶液 润湿性能较好,故中文译作拉开粉。 通常是1-3个烷基取代的萘磺酸盐混合物。
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中科院化学所有机固体院重点实验室江雷研究员课题组,在分子科学 中心创新项目支持下,在仿生研究领域取得了新进展。一种常见的生活 在池塘、河流和溪水表面的昆虫水黾为何能够毫不费力地站在水面上, 并能快速地移动和跳跃?他们最近的研究结果揭示了这一神奇的自然奥 秘,已于近日在国际权威期刊《自然》(Nature 2004,432,36)发表,立即被 Science, C&E News和National Geographic News等杂志转载, Live Science及 CBC Health & Science News等网站在线评论。
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表面活性剂是一大类有机化合物。它们的性质极具特 色,应用极为灵活,广泛,有很大的实用价值和理论 意义。可以说,它们古老而年轻。
表面活性剂一词来自英文surfactant。它实际上是 短语surface active agent的缩合词。在欧洲,特别是 有关的工业界和应用技术人员常用tenside来称呼此类 物质。
在罗马时代的庞贝遗址中就发现了制皂的遗迹,还
有制成的仍可以使用的皂。到13世纪就出现了商品
肥皂。
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表面活性剂与洗涤剂 我们中华民族有着独立的、辉煌的古代文明,同样也发展了
自己的早期洗涤剂。 最晚在周代(公元前800年左右)已经知道利用草木灰洗衣服,
并且有文字记载。 《礼记》中就写有“冠带垢和灰请漱,衣裳垢和灰请澣(huàn,
为解决这个问题,发展出第一个磺化油-土耳其红油。这是 蓖麻油与硫酸反应的产物。后来又发展了深度硫酸化技术, 改进产品质量。
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1. 表面活性剂与洗涤剂 土耳其红油(Sulfonated castor oil )是由蓖麻油和浓硫酸在较
低的温度下反应,再经过氢氧化钠中和而成。 该物质具有一定程度的抗硬水能力,但用量较大,一般占乳
将一含有一个活动边
框的金属线框架放在
肥皂液中,然后取出
悬挂,活动边在下面。
由于金属框上的肥
皂膜的表面张力作用,
可滑动的边会被向上
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拉,直至顶部。
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表面张力和表面自由能 2.表面张力 (3)液膜实验
如果在活动边框上挂一重物,使重物
质量W2与边框质量W1所产生的重力 F=W1+W2(g)与总的表面张力大小相 等方向相反,则金属丝不再滑动。
同“浣”。 ),记录了前人用草木灰洗涤衣帽的实践。 到魏晋时期有了两种独特的洗涤剂:皂角和猪胰。 这两种洗涤剂在中华大地长期使用上千年,直到清朝末年、
乃至民国时期,西方制皂术传入我国,国人改用肥皂(当时 称为“洋胰子”)以前都一直在使用。 约在1890年上海才有了第一家生产肥皂的工厂。
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仿生研究是国际上十分活跃的研究前沿。美国科学家通过对壁虎脚细微 刚毛与物体的吸附研究,已成功研制了适用于任何地形行走的微型机器 人(Nature,2000,405,681)。水黾(Water Strider)属于异翅目,是生活在水面 上的一种昆虫。其中脚和后脚特别细长,长着许多直径为纳米量级的细 毛,具有疏水性,利用水的表面张力,使它们能在水面上自由行走、快 速滑移和跳跃。目前,国外对水黾的研究主要集中在生物进化方面。而 关于水黾脚部的纳米刚毛与水的相互作用及相关性研究尚未见报道。
力学测量表明:仅仅一条腿在水面的最大支持力就达到了其身体总重量 的15倍。正是这种超强的负载能力使得水黾在水面上行动自如,即使在 狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。
通过对水黾纳米刚毛的疏水性能研究,不仅可以探索到纳米刚毛对水
表面张力、流体阻力的影响规律及水黾之所以能在水面上自由行走的内
在原因,还可望在不远的将来设计出新型微型水上交通工具(如无舷船舶
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1. 表面活性剂与洗涤剂
虽然现在洗涤剂仍然是表面活性剂的应用大户,但是洗涤剂 早已经不能作为表面活性剂的同义词。
从应用的角度来看,表面活性剂巳作为乳化剂、润湿剂、起 泡剂、加溶剂、分散剂、减水剂、织物柔软剂、催化剂、防 水剂、防污剂、润滑剂、防酸雾剂、防尘剂、防腐剂、铺展 剂、增稠剂、透膜剂、浮选剂、流平剂、防结块剂、抗静电 剂、表而改性剂等数十种功能试剂而应用于许许多多传统工 业和高新技术领域。
甚至人类的水上行走)。
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表面张力和表面自由能 2. 表面张力 (1)定义:引起液体表面自动收缩的力。 原因:
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表面张力和表面自由能 2.表面张力 (2)线圈实验
(a)
(b)
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表面张力表面自由能 2.表面张力 (3)液膜实验
被称为两亲分子(amphiphile, ['æ mfi,fail] )。
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表面活性剂: 3. 注意: 并不是所有具有两亲结构的分子都是表面活性剂。例如,甲
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表面张力和表面自由能
1. 界面:
水黾能在水面上支撑15倍于身体的重量 化学所科研人员的研究表明,水黾的这种优异的水上特性,并不是像
以前的学者认为的依靠的是分泌的油脂所产生的表面张力效应。而是利
用其腿部特殊的微纳米结构效应来实现的。空气被有效地吸附在这些取 向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内,在其表面形成一层稳定的气 膜,阻碍了水滴的浸润,宏观上表现出水黾腿的超疏水特性。对其腿的
1. 表面活性剂与洗涤剂 20世纪30年代,长链烷基芳基(苯基)磺酸盐出现于美国。两
者皆有良好的洗涤性能。 第二次世界大战结束后,烷基苯磺酸盐几乎独占洗涤剂领域,
而烷基硫酸盐则主要用于香波和化妆品等个人卫生用品。 同时,从石油得到了廉价的乙烯,并发展了乙烯氧化生成环
氧乙烷和聚氧乙烯化技术,非离子表面活性剂的生产和应用 迅速发展,成为表而活性剂市场的重要角色,大大促进了液 体洗涤剂的发展。
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4. 近年来应用 应用胶束、微乳液、溶致液晶等分子有序组合体制
备尺寸可控的纳米材料已成为新材料发展的一个重 要的研究方向; 此外,表面活性剂在学化学太阳能的转换和存储, 物质的增溶和化学反应的催化,分子识别和运输、 新材料的表面改性等方面也引起了人们极大的关注。
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1. 表面活性剂与洗涤剂 从世界范围来说,直到1850年,肥皂一直是用手工方法大量
生产并使用的唯一表面活性剂。 正是在19世纪中叶,一方面肥皂开始实现工业化大生产,另
一方面也出现了化学合成的表面活性剂。实际上,这是由于 纺织工业的发展,在原料处理和染色过程中要求良好的洗涤 剂和润湿剂的结果。 应用中发现肥皂存在致命的弱点:不耐硬水、不耐酸。在天然 水中会产生皂垢、形成沉淀,影响使用效果。这使它不仅失 去洗绦和润湿功能,而且会粘在衣物上反而成了污物。
注意:
B类物质具有表面活性,但不是表面活性剂;只有C类物质才
是表面活性剂,它们在浓底极低时就能明显地降低溶液的表
面张力。
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表面活性剂: 2. 表面活性剂分子的结构特点:
反离子
表面活性 离子
某些文献中把反离子也归为亲水基部分,某些文献只包括表
面活性离子
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表面张力和表面自由能 1. 界面: 物质相与相之间的分界面 包括气液、气固、液液、液固和固固 表面: 包含气相的界面(气液,气固)
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表面张力和表面自由能 1. 界面:
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1.2 表面张力和表面自由能 1. 界面:
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冰淇淋是我们最喜爱的食物;有了洗涤剂我们的生 活才能如此美好。若没有表面活性剂,这两样东西 都不会有。这真是太可悲了。
但是,如果真的没有了表面活性剂,也不会有人为 没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣。因为没有表面活性剂, 人也没有了。
——英国著名界面化学家Clint
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另一部分是亲水的无机盐或极性有机物,结构上差别较大, 种类繁多
由于水是最重要的溶剂,因此常把表面活性剂的这两部分分 别称为亲水基(hydrophilic group,极性部分)和亲油基(疏 水基、憎水基、hydrophobic group,非极性部分。
表面活性剂是一种双亲分子,具有既亲油、又亲水的性质,
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表面活性剂与洗涤剂 20世纪80年代和90年代,国际表面活性剂和洗涤剂
行业有两个新潮。 ―为使用新型表面活性剂烷基多苷,它具有良好的
应用性能、生物相容性、环境相容性和原料可再生 性。而中国人用了上千年的皂角就属于这一类。 另一个新潮是使用多种酶制剂-脂肪酶、蛋白酶、 淀粉酶、纤维素酶等,以分解各种污物,达到前所 未有的洗涤效果。 我们的祖先在1000年以前就应用了这个原理,创造 出猪胰洗涤剂。
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1. 表面活性剂与洗涤剂 近半个世纪中,随着生产和生活水平提高,对洗涤剂的要求
也越来越高。 例如,要求洗涤剂洗涤效率高,对皮肤和粘膜的剌激性小,
同时对织物和头发具有柔软功能,对环境不造成污染,易于 生物降解等等。 由此发展出多种类型的数百种表面活性剂商品。不仅如此, 表面活性剂科学与技术的发展加深了对表面活性剂性质和功 能的认识,表面活性剂的应用范围不断扩大。
这时
F 2 l
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l是滑动边的长度,因膜有两个面,所以边界总长度为2l
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表面活性剂:
1.定义
一种物质(甲)能降低另一种物质(乙)的表面张力,说甲 对乙有表面活性。
表面活性剂:
表面活性剂是这样一种物质,它能吸附在表(界)面上,在加 入量很少时即可显著改变表(界)面的物理化学性质,从而产 生一系列的应用功能。
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