表面活性劑(又稱界面活性劑)是能使目標溶液表面張力顯著下降的物質,可降低兩種液體或液體-固體間的表面張力。最典型的例子是肥皂,具分解、滲入的效果,應用廣泛。 表面活性劑分子是兩親分子,即分子的一端是極性的親水基團,而另一端是非極性的親油疏水基團。[1] 表面活性劑按照種類,可以分為:
它在溶液中的濃度超過某一臨界值後,會自發締合形成膠束(micelle)。膠束開始明顯形成時的「濃度」,稱為臨界膠束濃度(CMC),是表面活性劑的重要參數。 表面活性劑有兩端。親油端會吸在髒污上,而另一端就是親水端,然後親水端會隨著水流帶走親油端的髒污,可達到清潔的效果。 目次
語源[編輯]「表面活性劑」一詞的英文surfactant/surfactants由surface active agents(表面+活性+劑)組成的合成詞[2],於1950年由安德拉的產品首先使用。 性質[編輯]
膠束——表面活性劑分子的親脂尾端聚於膠束內部,避免與極性的水分子接觸;分子的極性親水頭端則露於外部,與極性的水分子發生作用,並對膠束內部的憎水基團產生保護作用。形成膠束的化合物一般為兩親分子,因此一般膠束除可溶於水等極性溶劑以外,還能以反膠束的形式溶於非極性溶劑中。 表面活性劑通過在氣液兩相界面吸附降低水的表面張力,或通過吸附在液體界面間來降低油水界面張力。許多表面活性劑也能在本體溶液中,聚集成為聚集體。 囊泡和膠束都是此類聚集體。表面活性劑開始形成膠束的濃度叫做臨界膠束濃度或CMC。當膠束在水中形成,膠束的尾形成能夠包裹油滴的核,而它們的(離子/極性)頭能夠形成一個外殼,保持與水接觸。表面活性劑在油中聚集,聚集體指的是反膠束。在反膠束中,頭在核,尾保持與油的充分接觸。表面活性劑通常分為四大類:陰離子,陽離子,非離子和兩性離子(雙電子)。 表面活性劑系統的熱動力學很重要,不論是理論上還是實踐上。因為表面活性劑系統代表的是介於有序和無序物質狀態之間的系統。表面活性劑溶液可能含有有序相(膠束)和無序相(自由表面活性劑分子和/或離子)。 如常用的洗滌劑能夠提高水在土壤中的滲透能力,但是效果僅僅持續數日(許多標準洗衣粉含有一定量的化學品,比如鈉和溴,由於它們會破壞植物,不適於土壤)。商業土壤潤濕劑會持續起效果一段時間,最終還是會被微生物降解。然而,有一些會對水生物的生物循環產生影響,因此必須小心防止這些產品流入地表徑流,過量產品不應該洗消。 其他例子: 1. 肥皂 日常生活中常見的肥皂就是典型的表面活性劑。肥皂可以用來洗淨衣服、皮膚表面的油漬,而單用水卻不容易洗掉,因為油是不溶於水的。那麼,肥皂為什麼能夠洗淨油漬呢?這得歸功於表面活性劑的「兩面派」特性。肥皂的成分是脂肪酸金屬鹽,它一頭易溶於水,我們稱之為「親水基團」;另一頭則難溶於水而易溶於油,我們稱之為「憎水基團」或「親油基團」。正因為這樣特殊的結構,肥皂能夠一頭扎進水中,另一頭扎進油中。這樣,水拉著肥皂分子,肥皂分子再拉著油,就把油漬從衣服上拉下來了。 表面活性劑分子中同時具有親水基團和親油基團,這種特性也叫做「雙親」(amphiphilic)。由於表面活性劑的這種特性,在適當濃度時,它們在水中能形成膠束(micelle):親水的頭部被水吸引朝外,親油的尾部被水排斥從而朝里。在洗衣服的過程中,油漬就是被親油基團拉到膠束的內部,而整個膠束又被水帶走。如果是在油性環境中,它們又可以形成反膠束(inverse micelle),即頭在內尾在外。這些膠束在化妝品中有著舉足輕重的作用。 2.化妝品 常見的化妝品一般都是膏狀或乳霜狀的,其中既含有油也含有水,而且分散得非常均勻。水油不相容,那如何能使它們在護膚品中和平共處呢?表面活性劑在這時就發揮了重要的作用——乳化作用(Emulsification)。在水性環境中,表面活性劑形成膠束,把油的小顆粒包裹在膠束的中心,相當於在油顆粒外面套上了一件親水的外衣,使它們能夠自在又均勻地分散在水中,形成穩定的乳液(emulsion)。而當乳液被塗到皮膚上時,這些膠束就會破裂,從而釋放出油顆粒(通常即是化妝品的有效成分)被皮膚吸收。 應用[編輯]表面活性劑可以有許多用途:
也是許多日常用品的原料:
參考文獻[編輯]
外部連結[編輯]
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