表面物理化学

表面物理化学
教学目的与要求:
使学生了解和掌握表面化学热力学，表面化学的有关概念，气-液界面，气-固界面，液-液界面和固-液界面（如固气吸附以及吸附规律）的特点和性质以及这些性质的特殊应用，表面活性剂的性质及作用等内容。

重点与难点:
表面化学热力学，表面化学的有关概念，气液界面，气固界面（如固气吸附以及吸附规律），液—液界面和固—液界面的特点和性质以及这些性质的特殊应用，表面活性剂的性质及作用等内容。

界面：密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度）称为界面，有五类界面，其中一相是气体时也可称为表面。

处于表面的分子和处于体相的分子的差异使界面表现出一些独特的性质，在前边的体系的讨论中，由于界面的物质的量和体相比较，微乎其微，所以表面性质的差异对整个体系性质的影响也微不足道，可以不予考虑。

但在下面将要研究的体系中, 当分散程度增大时，表面性质对体系将起一定的作用，有必要进行专门的讨论。

界面科学是化学物理生物材料和信息等学科之间相互交叉和渗透的一门重要的边缘科学，是当前三大科学技术（生命科学，材料科学和信息科学）前沿领域的桥梁。

界面化学是在原子或分子尺度上探讨两相界面上发生的化学过程以及化学前驱的一些物理过程。

分散程度和表面积的关系。

由于在界面上分子的处境特殊，有许多特殊的物理化学和化学性质，随着表面张力，毛细现象和润湿现象等逐渐被发现，并赋予了科学的解释。

随着工业生产的发展，与界面现象有关的应用也越来越多，从而建立了界面化学（或表面化学）这一学科分支。

表面化学是一门既有广泛实际应用又与多门学科密切联系的交叉学科，它既有传统，唯象的，比较成熟的规律和理论，又有现代分子水平的研究方法和不断出现的新发现。

§13．1 表面张力和表面Gibbs自由能
表面张力
液体表面张力存在的两个实验：
（1）金属园环内肥皂膜的破裂过
程。

（2） U 型框架皂膜的扩大过程。

在皂膜的边缘，存在着一种力，趋向使表面收缩的力，称为表面张力γ（单
位：1-⋅m N 。

表面张力：作用于表面的边缘，并且和边缘相切，使表面收缩的力。

表面张力是体系的性质，和体相的种类，温度，压力，组成以及与其共存的另一相的性质有关。

当共存的加一相是非气相时，称为界面张力。

表面热力学的基本公式
当扩展表面时，就需要对体系做功（反抗表面张力），在p T ,及组成不变的条件下，对系统做的功（W δ）等于在这个过程中体系自由能的增加p T dG ,即
dA W dG p T γδ==,
这个功称为表面功。

在以前的热力学函数变化的表示式中, 没有考虑表面功。

在此时，各热力学的变化可以表示如下：
B
B
B s dn dA pdV TdS dU ∑++-=μγ
B B
B s dn dA Vdp TdS dH ∑+++=μγ
B B B s dn dA pdV SdT dA ∑++--=μγ B
B B s dn dA Vdp SdT dG ∑+++-=μγ
b B B B n V S n P S n V T n P T A U A H A F A G ,,,,,,,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∴γ 由第一关系式，
B n P T A G ,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∴γ可知它是在p T ,及体系的组成不变时，扩展单位表面积而引起体系的吉布斯自由能的增加值，所以，也称为比表面自由能（单位：
2-⋅m J ））。

界面张力与温度的关系
应用全微分的性质：
B B n P A n P T T A S ,,,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂γ
B B
n V A n V T T A S ,,,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂γ 给上边两式都乘以T ，可得
B B
n P A n P T T T A TS ,,,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂γ B B n V A n V T T T A TS ,,,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂γ 在T 变化的情况下扩展单位面积时所吸收的热，dA TdS 是正值,0)(,.＜T B n P T ∂∂∴γ。

在
指定的条件下扩大单位面积而引起体系的内能和焓的变化为
B B B n V A n V T n V T T T A S T A U ,,,,,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂γγγ
B B B n P A n P T n P T T T A S T A H ,,,,,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂γγγ
当温度上升时，体积膨胀，分子之间的距离增大，引力减小，表面张力下降，有人提出表面张力与温度的关系如下，
)(32T T k V c m -=γ
式中的V 是液体的摩尔体积，是常数，对非极性液体，由于接近T 时，气液界面已经模糊不清，有人把公式修正为
)0.6(32--=T T k V c m γ
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
水的表面张力会随着溶质的加入而变化，
可以分为三种情况：
(1)无机盐，不挥了性的有机酸碱的加入会
使表面张力升高（原因说明），并且溶质在表面
的浓度小于在溶液中的浓度
0＞dc d γ
(2)可溶性有机物的加入会使表面张力下
降，并且在表面的浓度小于在溶液本体的浓度
（原因）
0＜dc d γ
(3)碳原子数大于8的含碳氢链的具有憎水及亲水基团的不对称的有机物的加入会极大地降低溶液的表面张力，而且这些物质可以在溶液的表面极大的浓集。

这种物质称为表面活性剂。

0＜dc d γ
Traube(特劳贝)在研究脂肪酸同系物的表面活性时发现，同一种物质在低浓度时的
表面张力降低效应与浓度成正比，不同的酸在相同
的浓度时，对于水的表面张力降低效应（表面活性）
随碳原子的增长而增加，每增加一个2CH ，其表面
张力降低效应可增加3.2倍，这个规则称为Traube
规则，其它脂肪醇胺酯等也有类似的表面活性随碳
原子的增长而增加的情况。

各种有机物溶液的表面
张力与溶液浓度的关系如下图所示。

对于可溶性的短链的醇，醛酸类化合物的浓度和溶液的表面张力之间的关系，可以用希斯科夫斯基公式来表示：
)1l g ('00K c
c b Θ+=-γγγ 式中γ0 ,γ分别纯溶剂及溶液的表面张力，b 为常数，同系物数值相同，对脂肪酸来说，b 的数值约为0.411，'K 是一个常数，随物质而异，对有机物质来说，碳原子数增加，'K 降低。

1.3)1()("'=+n K n K 当浓度很低时，展开上式，并略去c 的高次项，可以得到：
()ac K c c b ==-'303.2/00Θγγγ 即在低浓度时，溶液的表面张力下降的数值与浓度成正比，这和Traube 规则相同。

§13．2 弯曲液面上的附加压力和蒸气压
弯曲液面上的附加压力
静止的液面一般是一个平面，但是某些特殊情况下如毛细管中，则是一具弯曲的
液面。

由于表面张力的作用，在弯曲液面的内外，
所受到的压力不同。

在凸面上，研究以AB 为弦长的一个球面上
的环作为边界。

由于环上每点两边的表面张力都
与液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所
以会产生一个向下的合力。

凸面上受的总压力
为： P o+ P s 所以凸面上所受的压力比平面上大
（P o 为大气压力， P s 为附加压力）。

在凹面上，
研究以AB 为弦长的一个球形凹面上的环作为
边界。

由于环上每点两边的表面张力都与凹形的
液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向上的合力。

凹面上向下的总压力为：P o-P s ，所以凹面上所受的压力比平面上小。

弯曲液面内外的表面张力
对内部液体的作用可以用左图表示：
总之，由于表面张力的作用，在弯曲的表面下面的
液体与平面不同，它受到一种附加的压力，附加压力的
方向指向曲面的圆心。

设毛细管充满液体，管端有半径为R ´的球形液滴与
之平衡，若外压为0p ，附加压力为s p ，则液体所受到的
总压为s p p p +=0，如对活塞施加压力p
，使液滴体积
增加，则相应地表面积增加dA 。

如在这个过程是在可逆的条件下进行的，环境所消耗的功应和系统增加的表面Gibbs 自由能相等
s s dA dV p γ=
因为
''4'434''8'423
2dR R dV R V dR R dA R A s s ππππ==== 代入上式，得
'2R p s γ= 在了解了附加压力及其影响因素后，可以解释如下一些现象：1、在不受外力的作用时，液体或液泡总是呈球形；2、毛细管现象ˊ
毛细管现象：当将一根毛细管插入液体中时，
常会出现毛细管上升，而毛细管上升和毛细管下降
和高度是和毛细管的径，液体的表面张力，以及接
触角有关的。

设：毛细管可以被液体润湿，其半径为R ，液
体和毛细管的接触为θ，液体的表面张力为γ，在
毛细管内液面的曲率半径为R ´, 液面下的附加压
力'/2R p s γ=由液体内部同一液面处压力相等的
条件
gh R ργ='2
'2gR h ργ=
∴ ϑcos 'r R = 因
为 ϑργc o s 2gR h =∴ 所
以 当液体可以润湿毛细管壁时，θ＜90°, 为凹形液面，h ＞0
当液体不可以润湿毛细管壁时θ
＞90°，为凸形液面，h ＜0
用毛细管现象可以说明农民锄地保墒的道理。

Youn g —Laplace 公式
Youn g —Laplace 公式是描述
弯曲液面的附加压力的基本公式。

设：有一块液面，面积为A ，在曲面O 点上相互正交的两个曲线的曲率半径为R 1，R 2曲面下面的附加压力为s p ，如对液体做功，使液体的面积扩大到边长分别为dy y dx x ++,。

如使外压和温度不变，在可逆的情况下，对体系所做的功等于表面自由能的增加。

)()])([(ydx xdy xy dy y dx x A w +=-++=∆=-γγγδ
根据功的定义 x y d z p p d V
w s ==-δ 由三角形相似的原理 dz R x dx R dz R x dx x 222=∴+=+
dz R y dy R dz R y dy y 111=∴+=+ 代入公式 dz R x y R y x xydz p s )(21+=γ
)11(21R R p s +=∴γ
这个公式称为Youn g —Laplace 公式，是计算液面下附加压力的基本公式，过曲面上一点相互正交的两个曲率半径称为主曲率半径。

虽然两个主曲率半径的在大小和方向有关，但
)11(21R R +和所取的方向没有关系。

当液面为球形时，R 1 =R 2 = R 此时R p s γ2=∴（注意和气体常数的区别）。

弯曲液面上的蒸气压—Kelvinw 公式
由于变曲液面下附加压力的存在，使得在处于同
一温度时平面液面下和变曲液面下的液体的化学势不
同，引起两个液面上的蒸气压也不相同。

设：处于同一温度T 的同一液体具有平面和凸形
的两个不同的液面，同时设想施加在两个液面上的压
力为p ，平面液面上的蒸气压为0g p , 弯曲液面上的蒸气压力为g p ，由达到平衡时化
学势相等的条件，
平面液面上蒸气的化学势
g g g l p p RT T Θ︒Θ+=ln
)(μμ平 弯曲液面上蒸气的化学势
g g g l p p RT T Θ
︒Θ+=ln
)(μμ弯
两式相减
g l p p RT )ln(=∆μ 液体的化学势之差
'2)(R V p V P p P V dp V m
s m s m m P P P l s γμ==-+==∆⎰+
'2)l n (R V p p RT m g γ= 即 )(2)ln('ρργM V RTR M p p m g ==
当液面为凸面时，Ｒ＇＞０，0g g p p >,当液面为凹面时，R ‘＜0, 0g g p p <。

这个公式称为开尔文公式，它可以推广到两个同半径的液面的蒸气压的比较
)11(2)l n ('12'R R RT M p p g -=ργ 用开尔文化式可以说明如下的事实：
1． 人工降雨；
2． 加入沸石防止暴沸；
3． 重量分析中的陈化过程；
4． 结晶时加入晶种。

§13．3溶液的表面性质
溶液的表面吸附—Gibbs 吸附公式
溶质的表面吸附: 液体会用表面积和表面张力降低的方法来降低体系的吉布斯自由能，当有有机物质溶于水中之后，有机分子的憎水部分有一种向表面逃逸的趋势，其结果有机物在表面的浓度要大于在体相的浓度，并且由于有机物在表面的浓集，改变了液体的表面状态，把水表面变成了近似的有机的表面，由于分子之间的作用力的减小，使得液体的表面张力降低。

无机物进入溶液后会发生相反的情况。

表面化学中把溶液的表面溶质的浓度和体相不同的现象叫做表面吸附，前者称为发生了正吸附，后者为发生了负吸附。

吉布斯用热力学方法推导得出了定温下溶液的浓度，表面张力和吸附量之间的定量关系
)
/(2222m m o l d d RT αγαΓ-=
式中2α为溶质的活度，γ为溶液的表面张力，Γ２为单位面积上的过剩吸附量（或
表面超量）。

关于表面过剩吸附量的说明：单位面积的溶液表面所含的溶质的物质的量比在体相中相同量的溶剂所含的溶质的物质的量的超出值。

上边公式可用于不发生解离的溶质的表面吸附的计算。

吉布斯吸附公式的实验验证：在吉布斯公式导出来以后，为了证明该公式的正确性，McBain 设计了一个非常巧妙的实验，用一个快速移动的刀片，把液体的表面层（约0.005５mm ）刮下来，收集在样品管中进行分析，所用的计算公式为
A n n n n )(1020122,1-=Γ 式中民2,n n 2分别为表面层中溶剂，溶质的物质的量，02n 为本体溶液中与溶剂的
物质的量为01n 共存的溶质的物质的量，Ａ为溶液的表面积。

对上式理解如下：0102/n n 是本体溶液中单位物质量的溶剂中所具有的溶质的物质
的量，)/(01021n n n 是样品（刮下来的表面层）中的溶剂放在体相中所具有的物质的量，
所以Γ１，２的含义为：单位面积的溶液表面所含的溶质的物质的量比在体相中相同量
的溶剂所含的溶质的物质的量的超出值。

实验证明，吉布斯公式是正确的。

分子在两相界面的定向排列 由希斯科夫斯基公式，
)1lg('00K c
c
b Θ+=-γγγ＝)1ln(303.2'00K c
c b Θ+=-γγγ 对上式求导 )(303.2"0ΘΘ+=-c c K b c c
d d γγ )(303.2)1(1303.2)('9''0ΘΘΘ+=+=-c c K b K K c c b c c d d γγγ 对于稀溶液
Θ≈c c 2α 代入吉布斯吸附公式
2'202,1303.2ααγΓ+=K RT b 令
RT b K 303.20γ=
则有
2'22,1ααΓ+=K K 以2,1Γ对α２作图，可以得到如右图的曲线。

可知当浓度
小时，2,1Γ和α２成直线关系，当浓度大时，2,1Γ不会随α２的增大而增大
由公式 2'22,1ααΓ+=
K K
当α２很大时
α２＞＞Ｋ‘ RT b K 303.202,1γΓ=≈
这就是说，对一个同系物，不管碳链的长短，其饱和吸附量都是相同的。

由此以及由有机分子的两亲性质，可以得出结论，在达到饱和吸附时，有机物分子在水面上是以极性基团朝下，碳链的尾巴朝上的整齐的排列。

只有这样，才和所属的同系物在关，而和它是那同系物中的那一种物质没有关系。

由∞Γ的数据，可以计算有机物的截面积
L m ∞=ΓA 1 表面活性物质也会在液－液，固－液和固－气的界面上排列，它的这种特性，可以显著地改变两相界面的性质，这一点在实际应用方面用处很大。

§13．4液—液界面的性质
液－液界面的铺展
当把一种较轻的液体滴在比重较大的另一
种液体表面上时，会形成一个透镜，或铺展成一
个薄膜。

一种液体在另一种液体上形成的形状和
各自和它们的界面张力有关，在达成力学平衡的
时候，三种界面张力共同作用，其中γ
１，３和γ１，２力图使液滴成球形，而γ
２，３力图将液体（2）完全铺展成一个薄膜，很明显，当 γ２，３＞（γ１，３＋γ１，２）
时，则液体可以在液面上铺展开来，如液体2中水，由于水的表面张力大，一般的矿物油的表面张力很小，可以在水面上铺展
单分子表面膜—不溶性的表面膜
两亲分子具有表面活性，溶解在水中的两亲分子可以在界面上自动地相以对集中而形成定向的吸附层（亲水的一端在水层）并降低水的表面张力。

但是，如果两亲分子的疏水能力变大，它在水中的溶解度降低而更容易富集于表面上。

当两亲分子的疏水能力大到一定程度时，它在水中的溶解可以忽略，这时可以认为它全部集中于液体的表面上形成单分子膜，虽然这种单分子膜不是通过吸附产生的。

早在1765年，富兰克林发现，当油滴铺展到水面时，成为很薄的膜，其厚度约为。

其后有从又发现某些难溶物质铺展在液体的表面上所形成的膜，确实是只有一个分子的厚度，所以这种膜又称为单分子表面膜。

现在一般的制膜方法是先将成膜材料溶于某种溶剂，制成铺展液，再将铺展液均匀地加在液面上使之铺展，等到溶剂挥发后，就在底液上留下单分子表面膜。

成膜的材料一般是：（1）两亲物质，带有较大的疏水集团，包括碳氢链和芳香链，
如碳原子大于16的脂肪酸，脂肪醇等。

（2）天然的或合成的高分子化合物，如聚乙烯醇，聚丙烯酸酯，蛋白质等，其中既带有极性集团的水不溶物，也有水溶性高分子。

表面压
将不溶于水的有机物滴在水面上时，有时有机物会在水面上铺展成一个单分子表面膜，在油滴的铺展过程中，如果在水面上有一长度为l 的非常薄的浮片，将水面和单分子表面膜分开，由于膜内分子在水面的自由运动，会对浮片产生一种推动力，称
为表面压π，由于这种推动力使浮片移动了dx 的
距离，不溶单分子膜增加的面积为l dx ，所以系
统的吉布斯自由能降低了（γ0－γ）ldx ，在这个
过程中系统做功πldx 。

系统所做的功等于系统自由能的降低，
πldx = （γ0－γ）ldx
π =γ0－γ
表面压的测量—朗格缪尔膜天平
π－a 曲线与表面不溶膜的结构类型
表面膜的π－a 等温线的测定。

在制备表面膜时，设所用的铺展液的质量为m （g ），溶液中成膜材料的浓度为c （用每克铺展溶液中所含成膜材料的质量表示，其单位为g /g ），则成膜材料的物质的量为M mc /（M 是成膜材料的摩尔质量），于是成膜材料的分子数为ML mc /。

若膜的面积为A ，则每个成膜分子的平均占有面积为
m c L M A M m c L A a s
s ==/
显然，a /1就是表面浓度（即单位面积中的粒子数）。

用朗格缪尔膜天平，可以测得不同分子所占据的面积时的表面压，从而得到π－a 等温线。

在π－a 等温线上，根据的二维物质的聚集状态的不同，可将其曲线分为：气态膜，气液平衡区，液态扩张膜，转变膜，凝聚膜等。

不溶性表面膜的一些应用
表面膜的应用研究：
（1） 蛋白质的分子量及结构的测定。

（2） 表面化学反应的研究。

（3） 生命过程的现象的研究。

（4） 新材料的研究。

§13．5膜
L —B 膜的形成
生物膜简介 自发单层分散
§13．6液-界面—润湿作用
当液体与固体的表面接触时，由于液体与固体表面性质及固液界面性质的不同，液体对固体的润湿程度也不同，液体在固体的表面会呈现不同的状态。

如有的液体在表面形成小圆球，有的在固体的表面铺展成一个薄层。

本节讨论液体对固体的润湿的情况以及接触角问题。

粘湿过程
粘湿是指液体与固体从不接触到接触，使部分液气界面和固气界
面转变成新的固
－液界面的过程。

粘附功：当液体与固体的表面接触时，会将气液表面和气固表面转变为液固表面。

如果各个界面都
为单位表面，这个过程的吉布斯自由能的变化为
g
s g l s l G -----=γγγ∆
这个过程所做的功等于系统Gibbs 自由能的增加值
g s g l s l a G W -----==γγγ∆
a W 称为粘附功，是液体粘附固体时，环境对系统所做的最大功。

它的数值越小，液体对固体粘附得也就越牢固。

浸湿过程
在恒温恒压及可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，使气固界面转变为液固界面，在这个过程中体系自由能的改变为
i g s s l W G =-=--γγ∆
i W 为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面
收缩而产生的浸湿能力，故i W 又称为粘附张力。

0≤i W 是液体浸湿固体的条件。

铺展过程
液体在固体的表面上铺展时，将
气固表面转变成了气液表面，同时气液表面扩展了相同的面积。

在T ，p 不变的条件下，液体铺展单位表面积，系统吉布斯自由能的变化值为
g s g l s l G ----+=γγγ∆
系统吉布斯自由能变化的负值称为铺展系数，
g l s l g s G S -----=-=γγγ∆
当S ＞0时，液体可以在固体的表面自动铺展，
目前，仅有l g -γ可以用实验的办法进行测定，而g l s l --γγ和难以测定，所以还不能用上述公式计算来判断过程的方向。

但接触角是可以测定的。

因此根据上述理论的分析，结合实验所测定的和接触角的数据，可以作为解释各种润湿过程的依据。

接触角与润湿方程
液体在固体的表面上形成的液
滴的形状，取决于各种界面张力的相对大小。

当系统达到平衡时，各种界面张力的合力为零。

而接触角则是气液界面和固液界面的夹角
很明显，在平衡时，三个力的合
力为零
θ
γγγc o s g l s l g s ---+=
l g l
s g s ----=
γγγθc o s 上式称为杨氏润湿方程。

由上式可以得出如下的结论：
（1）当o
g l s l g s 0,1cos ,===----θθγγγ则，此时接触角为零，属于完全润湿的情况。

在毛细管上升时, 弯月面呈半球状就属于此类，当o g l s l g s 0,=>----θγγγ表示时时，还没有达成平衡，此时上式不能应用，液体会在固体的表面铺展成一个薄层。

（2）如o g l s l g s 90,1,cos 1,==><----θθγγγ则
，液体就可以润湿固体。

（3）如o
s l g s 90,1,0cos ,>=<<--θθγγ则固体不能被液体润湿。

由可以测定的接触角θ及γg-l ，可以表示S W W i a 及,。

()()1cos cos 1cos -==+=---θγθ
γθγl g l g i l g a S W W
由上述的讨论，可知液体对固体是否润湿，取决于三者的界面张力。

能被液体所润湿的固体，为亲液性固体，不被液体润湿的固体为憎液性固体。

固体的表面润湿性能与其结构有关。

常见的液体是水，所以极性固体皆为亲水性，而非极性固体大多为憎水性。

§13．7 表面活性剂及其应用
某些物质当它以低浓度存在于某一系统（通常是指水为溶剂的系统）是被吸附在该系统的表面（界面）上，使这些表面的表面张力（或表面自由能）发生明显的降低的现象，这些物质称为表面活性剂，现在被广泛应用于是石油，纺织，农药，医药，采矿，食品，民用洗涤等各个领域。

由于在工农业生产中主要是应用于改变水溶液的表面活性，所以一般不加说明，就是指降低水的表面张力和表面活性剂。

表面活性剂的特点就是具有结构的不对称性，都是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的基团所组成的有机化合物，它的非极性基团（又称亲油基团）一般是8～18个碳原子的真链烃（也可能是环烃），因而表面活性剂都是两亲分子，吸附在水表面时采取极性基团向着水而非极性基团远离水的表面定向。

这种定向排列，使表面上不饱和的力场得到某种程度的平衡，从而降低了表面张力。

表面活性剂的分类
1. 阴离子表面活性剂:
羧酸盐，硫酸盐，磺酸盐，磷酸盐（磷酸酯盐可以有单脂盐，双酯盐；）
2．阳离子表面活性剂: A. 季铵盐型阳离子表面
活性剂:
B. 胺盐型阳离子表面活性剂:
C. 杂环类阳离子表面活性剂(咪唑啉型, 吡啶盐等)
R
NH4CH 3CH 3CH 3
Cl or Br
C 13H 25COOCH 2N(CH 2CH 2OH)2HCOOH
OR
RO ON a
ON a O RO ON a
P O
3.非离子表面活性剂
A. 脂肪醇聚氧乙烯醚, 烷基酚聚氧乙烯醚.
B. 脂肪酸聚氧乙烯酯
C. 聚氧乙烯烷基酰醇胺(如6501 C 11H 23CONH(CHOH)2) C 11H 23CON(CHOH)2NH(C 2H 4OH)2
D. 多元醇酯 (如蔗糖酯, 季戊四醇酯, 甘油酯,失水山梨醇酯等) 山梨醇与失水山梨醇
司盘(失水山梨醇脂肪酸酯)和
吐温(失水山梨醇聚氧乙烯醚脂肪酸酯)类表面活性剂
这类表面活性剂的特点是无毒,可以用于医疗和食品.
4.
两性表面活性剂 A. 甜菜碱型
B. 两性咪唑啉以及它们的开环衍生物
C. 氨基酸型两性表面活性剂
D.卵磷脂
RNHCH 2CH 2COOH 5.
一些特殊的表面活性剂 A. 氟表面活性剂 B. 硅表面活性剂 C.
磷表面活性剂
D. 大分子表活性剂
表面活性剂的结构对其效率和有效值的影响
效率：使水和表面张力降低到一定数值所需要的表面活性剂的浓度（憎水作用强的效率高）。

R CH 2
CH 2C
N
NH
(咪唑啉R C
N HN
CH 3
CH 2
Cl
HOCH CH CH O CH 2O
H 2COH HOCH
H 2COH
HCOH
HCOH HCOH 浓硫酸R
NH4CH 3CH 3CH 2COONa
CH 2CH 2OH
CH 2CHOO
R C
N
N CH 2
CH 2CH 2O O O
COR COR 'P O
OCH 2CH 2NH(CH 3)3
有效值：指表面活性剂可以降低的水的表面张力的程度（憎水基团之间的结合力的强弱的衡量）。

效率的影响因素: 链长增加可以提高效率, 憎水基团有支链或带有不饱和链的表面活性剂的效率较低, 带有电荷的效率不高。

有效值的影响因素：带有支链或不饱和基团时，有效值增大，亲水基团向中间移动时，有效值增大，带有电荷的比不带电荷的有效值低。

总之，如果表面活性剂的脂肪链相互作用力大时（带有不饱和基团，支链等），表面活性剂在水的表面上可以形成致密的膜，降低表面张力的能力强，表面活性剂的有效值大。

表面活性剂在溶液中形成的胶束。

表面活性剂的HLB 值
由于表面活性剂的种类繁多，用途很广，使用的系统的差异也很大，所以有必要提出有指导意义的规律表示表面活性剂特性。

但由于使用的体系中表面活性剂分子之间的相互作用以及与使用的体系之间的相互作用，相互影响的关系极为复杂，至今还没有一个成熟的理论公式来表述表面活性剂的各种性质，但为了应用的需要，人们还是提出了一些经验的规律，为使用者提供借鉴。

表面活性剂的亲水性 这里所说的表面活性剂的亲水性，实际上是由表面活剂的亲水基的亲油基的相互作用的关系而导出的性质。

由于表面活性剂总是由亲水基团和亲油基团构成的，所以表面活性剂的性质实际上是两种基团的相互作用，相互制约的结果。

我们知道，表面活性剂的憎水基团一般为碳氢键链，而且有直链，支链。

饱和与不饱和之分，亲水基团有离子型的（正离子，负离子）和非离子型的，对于不同的表面活性剂的性质，人们使用了一种方法—亲水亲油平衡值，来确定表面活性剂的相互比较的关系。

方法如下：
A ．对非离子型的表面活性剂，可以用下式公式表示：
5100
⨯
=表面活性剂的摩尔质量亲水部分的摩尔质量的非离子表面活性剂HLB
这个公式是以石腊的HLB 值为0，聚乙二醇的LHB 值为20作为参考而提出来的。

例： P 350
B ．对其它类型的表面活性剂，可以有两种方法确定其HLB ，一种是把要确定HLB 值的表面活性剂溶入水中，根据分散程度的高低来确定其HLB ，另一种是由下列公式计算。

HLB = 7 + ∑（各基团的HLB 值） 例
表13．5列出了一些表面活性剂的HLB 值与性质的对应关系，在使用时可。