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表面活性剂一、表面活性剂的性质1.表面活性剂的定义表面活性剂(surfactant)，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。
具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。
表面活性剂分为离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂）、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。
2.表面活性剂的结构特点表面活性剂分子具有独特的两亲性：一端为亲水的极性基团，简称亲水基，也称为疏油基或憎油基，有时形象地称为亲水头，如-OH、-COOH、-SO3H、-NH2；另一端为亲油的非极性基团，简称亲油基，也称为疏水基或憎水基，如R-（烷基）、Ar-（芳基）。
两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，但又不是整体亲水或亲油的特性。
表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。
3.表面活性剂的性质表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，也可以通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。
许多表面活性剂也能在本体溶液中聚集成为聚集体。
囊泡和胶束都是此类聚集体。
表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。
当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子/极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。
表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是反胶束。
在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。
表面活性剂系统的热动力学很重要，不论是理论上还是实践上。
因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。
表面活性剂溶液可能含有有序相（胶束）和无序相（自由表面活性剂分子和/或离子）。
胶束——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部，避免与极性的水分子接触；分子的极性亲水头端则露于外部，与极性的水分子发生作用，并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。
第二章表面活性剂性质与应用1．表面活性剂的化学结构及特点是什么？（P21）表面活性剂的化学结构:由性质不同的两部分组成，一部分是疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分为亲水疏油的极性基，这两部分分别处于表面活性剂的两端，为不对称的分子结构。
特点：是一种既亲油又亲水的两亲分子，不仅能防止油水相排斥，而且具有把两相结合起来的功能。
2．表面活性剂有哪些类型举例说明。
按溶解性分类：有水溶性和油溶性两大类;按照其是否离解分类：离子型和非离子型两大类;根据其活性部分的离子类型又分为：阴离子、阳离子和两性离子三大类。
3．表面活性剂的水溶液的特点是什么？(1)浓度↑,表面张力↑。
如：NaCl,Na2SO4,KOH,NaOH,KNO3等无机酸、碱、盐溶液。
(2)浓度↑,表面张力↓。
如：有机酸、醇、醛、酮、醚、酯等极性物质溶液。
(3)随浓度增大，开始表面张力急剧下降，但到一定程度便不再下降。
如：肥皂、长链烷基苯磺酸钠等溶液。
这些物质称为表面活性剂。
4．何谓表面活性？表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率；在一定浓度以上的溶液中能形成分子有序组合体，从而具有一系列应用功能（表面活性是一种动力学现象，表面或界面的最终状态表示了两种趋势之间的动态平衡，即朝向表面吸附的趋势和由于分子热运动而朝向完全混合的趋势之间的平衡）5．简述Traube规则的内容。
特劳贝规则：即每增加一个-CH2-基团时，其π/C 约为原来的三倍。
6．试述阳离子SAA的主要用途。
广泛应用于非纺织物的防水剂、优柔剂、抗静电剂、染料的固色剂、医用消毒剂、金属防腐剂，矿石浮选剂、头发调理剂、沥青乳化剂等。
7．两性离子SAA有什么特点。
最大特征在于它既能给出质子又能接受质子。
(1)对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性。
(2)有一定的杀菌性和抑霉性。
(3)有良好的乳化性和分散性。
(4)与其他类型表面活性剂有良好的配伍性。
cmc点的特征
CMC点（临界胶束浓度）是一种表面活性剂溶液的特性，当表面活性剂浓度增加到一定程度时，溶液的性质会发生显著变化。
以下是CMC点的特征：
1.表面活性剂在CMC点以下时，分子之间彼此独立，不形成聚集体。
当浓度
增加到CMC点时，表面活性剂分子开始聚集形成胶束，这些胶束可以在溶液中稳定存在。
2.在CMC点以上，溶液的性质会发生显著变化。
例如，表面张力开始急剧下
降，达到最低点后再逐渐上升；溶液的电导率突然增加；溶液的折光指数也随之增加。
3.CMC点具有明显的特征峰，可以通过实验手段进行测定。
例如，通过表面
张力仪、电导率仪、折光仪等仪器可以测定溶液的表面张力、电导率和折光指数，从而确定CMC点的位置。
4.CMC点与表面活性剂的种类、浓度、温度和电解质等条件有关。
不同种类
的表面活性剂具有不同的CMC点，同一表面活性剂在不同浓度、温度和电解质条件下也可能具有不同的CMC点。
5.CMC点在工业生产和科学实验中有重要的应用价值。
例如，在制备纳米材
料、化学反应、制药等领域中，常常需要控制表面活性剂的浓度以达到所需的实验条件。
因此，了解CMC点的特征和应用对于相关领域的研究和生产具有重要意义。
总之，CMC点是表面活性剂溶液的一个重要特性，了解其特征有助于更好地应用表面活性剂，并在相关领域中进行有效的实验设计和生产操作。
表面活性剂物理化学教案中的表面活性剂的溶解度与溶液性质一、引言表面活性剂是一类在溶液中具有特殊表面活性的化合物，广泛应用于日常生活和工业领域。
在教学中，深入了解表面活性剂的溶解度与溶液性质的关系对于学生掌握相关知识至关重要。
本教案旨在介绍表面活性剂的溶解度与溶液性质，并提供一些实验案例和示意图，以帮助学生更好地理解和掌握这一知识。
二、表面活性剂的溶解度1. 溶解度的定义表面活性剂的溶解度指的是单位溶剂中能溶解的表面活性剂的量。
溶解度的大小受多种因素的影响，如温度、溶剂性质以及分子结构等。
2. 影响溶解度的因素（1）温度：一般情况下，温度对表面活性剂的溶解度具有正相关的影响。
温度升高可以提高溶剂的分子活动性，促使更多的表面活性剂分子溶解于溶液中。
（2）溶剂性质：不同的溶剂对表面活性剂的溶解度影响较大。
极性溶剂一般具有较高的溶解度，而非极性溶剂的溶解度较低。
（3）分子结构：表面活性剂的分子结构对其溶解度有一定影响。
通常情况下，分子结构中含有较多亲水基团的表面活性剂溶解度较高。
3. 溶解度与关键参数的关系为了更好地理解表面活性剂的溶解度与溶液性质之间的关系，我们可以考虑一些关键参数的变化对溶解度的影响。
例如，随着表面活性剂的疏水基团链长的增加，溶解度会减小；而随着亲水基团的增加，溶解度则会增加。
三、表面活性剂溶液的性质1. 表面活性剂的胶团形成当表面活性剂溶解于溶液中时，其分子会通过有序排列形成胶团结构。
这种胶团结构可以维持表面活性剂溶液的稳定性并发挥其特殊功能。
2. 表面张力的改变表面活性剂的添加会改变溶液中的表面张力。
表面活性剂会吸附在液体表面，降低表面张力，使液体表面更容易形成薄膜状，增加液体与其他物质的接触面积。
3. 乳化作用表面活性剂在溶液中还可以发生乳化作用。
乳化作用是指表面活性剂能够将两种不相溶的液体混合形成乳状溶液。
这种乳状溶液能够稳定存在并具有较好的流动性。
四、实验案例与示意图为了更好地巩固学生对表面活性剂溶解度与溶液性质的理解，我们可以设计一些实验案例。
第五章表面活性剂的功能与应用—增溶作用胶团催化微乳化4—1增溶作用（一）增溶作用的定义和特点所谓增溶作用是指由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶液中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的作用。
例子：25℃苯在水中的溶解度为0.07g/100g水；100℃的油酸钠水溶液，苯溶解度为7 g/100g水。
增溶作用的基础是胶束的形成，表面活性剂浓度越大，形成的胶束越多，难溶物或不溶物溶解得越多，增溶量越大。
缺图表面活性剂浓度达到cmc以后，溶质的溶解度显著提高，并随表面活性剂浓度的增大而增大。
特点：1.增溶作用可使被增溶物的化学势降低，使体系更加稳定，是自发进行的过程2.与普通的溶解过程不同的是，增溶后溶液的沸点、凝固点和渗透压等没有明显的改变3.溶质并非以分子或离子的形式存在，而是以分子团簇分散在表面活性剂的溶液中。
4.由于表面活性剂用量很少，没有改变溶剂的性质，增溶作用与使用混合溶剂提高溶解度不同。
5.与乳化作用不同，增溶后没有新增的两相界面的存在，是热力学稳定体系。
（二）增溶作用的方式①非极性分子在胶束内核的增溶如饱和脂肪烃、环烷烃，苯等不易极化的非极性有机化合物。
紫外光谱或核磁共振谱分析表明：被增溶的物质完全处于一个非极性环境中。
χ射线衍射分析发现：增溶后胶束体积变大。
②在表面活性剂分子间的增溶对于分子结构与表面活性剂相似的极性化合物，如长链的醇、胺、脂肪酸和极性染料等两亲分子，则是增溶于胶束的“栅栏”之间。
被增溶物的非极性碳氢插入胶束内部，极性头插入表面活性剂极性基之间。
③在胶束表面吸附增溶对于既不溶于水，也不溶于油的小分子极性化合物在胶束表面的增溶。
这些化合物被吸附胶束表面区域，光谱研究表明：它们处于完全或接近完全极性的环境中。
一些高分子物质、甘油、蔗糖以及染料也采用此种增溶方式。
④聚氧乙烯醚间的增溶以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表面活性剂，通常将被增溶物包藏在胶束外层的聚氧乙烯链中，以这种方式被增溶的物质主要是较易极化的碳氢化合物，如苯、乙苯、苯酚等短链芳香烃类化合物。
上述四种形式的胶束增溶作用对被增溶物的增溶量是不同的，按下列顺序递减：④＞②＞①＞③表面活性剂增溶量的测定方法：与溶解度的测定方法相同，向100ml已标定浓度的表面活性剂溶液中由滴定管滴加被增溶物，当达到饱和时被增溶物析出，溶液变浑浊，此时，已滴入溶液中的被增溶物的物质的量（mol）即为增溶量。
增溶量除以表面活性剂的物质的量（mol）即得到增溶力，表面活性剂的增溶力表示其对难溶或不溶物增溶的能力，也是衡量表面活性剂性能的重要指标之一。
(三)增溶作用的主要影响因素（1）表面活性剂的化学结构化学结构不同，增溶能力不同a.具有相同亲油基的表面活性剂，对烃及极性有机物的增溶作用大小作用顺序一般为：非离子＞阳离子＞阴离子原因：非离子表面活性剂临界胶束浓度较小，胶束易形成，因此胶束聚集数大，增溶作用较强；阳离子表面活性剂的胶束比阴离子表面活性剂的胶束有较疏松的结构，因此增溶作用比后者强。
b.胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越大，表面活性剂同系物中，胶束的大小随碳原子数的增加而增加（包括非离子表面活性剂）。
例：碳原子的增加，临界胶束浓度cmc下降，聚集数（胶束）增加，增溶作用增强。
苯在羧酸钾溶液（0.5mol/L）中的增溶作用（25℃）表面活性剂C9H19COOK C11H23COOK C13H27COOK增溶力 0.174 0.424 0.855c.亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直链的小。
原因：直链型的表面活性剂临界胶束浓度较支链的低，胶束易形成，胶束聚集数越大。
d.带有不饱和结构的表面活性剂或在活性剂分子上引入第二活性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链极性物增溶作用增加。
原因：a. 该类表面活性剂的亲水性增加，临界胶束浓度变大，胶束不易形成且聚集数减小。
因此对增溶于胶束内部的烃类的增溶能力降低。
b.由于极性基团之间的电斥力作用，使胶束“栅栏”的表面活性剂分子排斥力增加，分子间距离增大，有更大的空间使极性物分子插入，因此对其增溶能力增加。
（2）被增溶物的化学结构a.脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长的增加而减少，随不饱和度和环化程度的增加而增大。
b.带支链的饱和化合物与相应的直链异构体的增溶量大致相同。
c.烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取代后，其被表面活性剂增溶的程度明显增加。
（3）温度的影响温度对增溶作用的影响，随表面活性剂类型和被增溶物结构的不同而不同。
多数情况，温度升高，增溶作用加大。
离子型表面活性剂，温度升高，表面活性剂分子热运动加剧，使胶束中能发生增溶作用的空间加大，对极性和非极性化合物的增溶程度增加。
含有聚氧乙烯基的非离子表面活性剂，温度升高，聚氧乙烯基与水分子之间的氢键遭破坏，水化作用减小，胶束易形成，聚集数增加，温度升至浊点附近，增溶明显。
（4）添加无机电解质的影响离子型表面活性剂溶液中添加少量无机电解质可增加烃类化合物的增溶程度，但却使极性有机物的增溶程度减少。
无机盐加入，离子型表面活性剂的cmc降低，胶束聚集数增加，胶束变大，使得增溶于胶束内部的烃类化合物的增溶程度增加；另一方面，电解质使胶束“栅栏”分子间斥力下降，形成胶束的表面活性剂分子排列得更加紧密，从而减少了有机化合物在“栅栏”中增溶空间，使其溶量减少。
(5)有机物添加剂的影响添加烃类等非极性化合物，会使其增溶于表面活性剂胶束内部，使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束的“栅栏”中，即提高了极性有机物的增溶程度。
反之，添加极性有机物后，增溶于胶束的“栅栏”中，使非极性碳氢化合物增溶的空间变大，增溶量增加，但有时，增溶了一种极性有机物，会使表面活性剂对另一种极性有机物增溶程度降低。
十二烷基硫酸钠水溶液中加入长链醇以后，对油酸的增溶程度降低了，这可能是两种极性有机物争夺胶束“栅栏”位置的结果。
（四）增溶作用的应用乳液聚合：原料分散于水形成乳状液石油工业：（驱油）胶片生产。
4—2胶团催化一、胶团催化简介：反应速度对环境极为敏感。
表面活性剂在溶液中形成胶团，使介质的性能发生变化，导致在其中发生的化学反应速度有明显的影响，这种现象称胶团催化。
大多数胶团催化（Micellar Catalysis ）反应为有机反应。
胶团催化可以使反应加速，也可以使反应速度降低。
例： 酯的碱性水解RCO R'OH -R C OR'OH -RCOO -HOR溴化十六烷基三甲烷胶团有催化作用，胶团溶液中的速度常数与水中的速度常数的比K p /K 0 = 95,而K12胶团起抑制作用K p /K 0 = 0.4 二、胶团催化机理最重要的：介质效应和浓集作用a.介质效应：涉及离子性或极性过渡状态的反应对环境极性十分敏感。
由于胶团拥有从高度极性的水环境和电性到几乎完全非极性似烃的环境的全程过渡，可以为反应提供最适宜的极性环境，而利于反应的进行，这使得同样的反应在胶团上进行的速度常数大于在溶剂中的速度常数，胶团对反应速度的这种作用常称为介质效应。
b.浓集作用：胶团能加溶原来不易溶于反应介质中的反应物，离子型胶团还会吸引具有相反电性的反应物，这使得离子与极性有机物构成的反应体系的反应物在胶团附近的局部浓度上升而加速反应，这种作用称为接近作用或浓集作用。
（三）胶团催化反应的基本动力学设物质A 转化为B 的反应在溶液中进行时速度常数R 0，在胶团中进行时的速度常数为R m ，胶团催化反应的总速度常数为R p 。
R p 是一部分反应物在溶液中反应，一部分反应物在胶团中，反应的总结果： R p = R 0（1-F m ）+R m F m式中：F m 为通过胶团转化的反应物分数，F m 取决于胶团的多少及其对反应物的加溶能力。
胶团催化作用的强弱可以用R p / R 0 = 1+ F m （R m /R 0-1）式表示。
式中说明胶团催化作用的强弱决定于胶团的数量、加溶能力及在胶团中与在溶剂中进行的反应速度差。
（四）影响胶团催化的一些因素a.表面活性剂亲水端基的大小性质和位置以及疏水基长短都是影响胶团催化的重要因素。
胶团催化活性随表面活性剂亲水端基体积的增加而增加。
原因：端基体积增大，活性反离子的极性作用增强，并能破坏反离子的水合作用，从而导致这些离子的亲核性增加和底物端基间的静电作用增强。
表面活性剂与底物结合越强，反应活性越差；表面活性剂碳链越长对反应的抑制越强烈； 对有些反应，离子型和非离子型表面活性剂混合胶团比单纯的离子型表面活性剂胶团有更好的催化作用；非离子型表面活性剂胶团一般对活性剂离子参与的双分子反应速率影响很小，原因是形成的胶团不能吸引反离子，有时对反应甚至有抑制作用；两性型表面活性剂胶团通常也没有离子型表面活性剂胶团对反应速率影响大。
b.底物的分子结构底物的极性和疏水性对胶团催化起重要作用，有时起决定性作用。
通常底物的反应性很大程度上取决于其进入胶团的深度和位置。
N—十二烷基氰基吡啶和N—十六烷基氰基吡啶的碱水解被十六烷基三甲基溴化铵胶团催化；而N—甲基氰基吡啶却不会被乳化。
因为N—甲基氰基吡啶在水中溶解度大，不能进入胶团，而前二者的水解反应在胶团表面进行，当胶团催化在胶团内核进行时，底物若只能增溶于胶团表面，则对反应不利，反之，亦然。
c.盐的影响外加盐时胶团催化的影响大于纯水中的盐的效应，一般加入浓度不是很大时，大多减少胶团的催化活性。
原因：①盐加入，表面活性剂cmc下降，而胶团聚集数增加，胶团增大，使底物更易深入胶团内部；同时胶团聚集数增加，胶团数目将相对减少，导致抑制作用。
②由盐解离生成的与胶团带电荷符号相反的离子（惰性反离子）与胶团表面竞争结合，排斥活性反离子，同时，惰性反离子降低胶团表面电荷密度，减弱胶团对活性反离子的吸引，从而降低胶团催化速率。
③有机盐的大多有机反离子与胶团间不仅有静电作用，而且可能有疏水相互作用，阻碍活性反离子在带电胶团表面浓集，也阻碍反应物在胶团中的增溶。
④有机添加剂的影响小分子有机物添加物对胶团催化的影响主要表现在：1、小分子有机物添加物大多在水中有一定的溶解度，改变水相性质，提高底物在水中的溶解度，从而对反应不利。
2、若小分子有机物进入胶团，可使胶团溶胀，表面电荷密度降低，减少胶团与活性反离子的亲和力，这些反离子在胶团表面浓度下降。
3、有特殊结构的小分子添加物，当其浓度适宜并参加胶团形成时，有可能提高胶团催化。
如少量叔丁醇的加入，使十六烷基三甲基溴化铵胶团溶液中2，4—二硝基氯苯发生碱性水解反应，活性略有下降。
4—3微乳状液微乳（一）微乳状液的形成及性能微乳：指在较大量的一种或一种以上两亲化合物存在下，不相容的两种液体自发形成的各向同性的透明是胶体的分散体系。
