表面活性剂
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表面活性剂
能显著降低水（溶液）的表面张力的试剂（物质）成为表面活性剂。表面活性剂应用极其广泛，已渗透到人们生活的方方面面及国民经济的各个部门。肥皂是最早使用的表面活性剂。
表面活性剂分子结构特征是分子中具有两亲性基团，既具有亲油基团，又具有亲水集团，所以通称为两亲分子。
其亲油基包括直链烷烃基、支链烷烃基、烷基苯基、烷基奈基、松香衍生物、环烷基、芳香族烃基、高分子量聚氧乙烯基、长链全氟烷基、全氟聚氧丙烯基、聚硅氧烷基等。其亲油性能大小顺序为：
脂肪族烷烃基≥环烷烃基>脂肪族烯烃基>脂肪基芳烃基>芳香烃基>带若亲水性的烃基
表面活性剂分子所含亲水基包括羧酸基、硫酸酯基、醚基、氢氧基、磺酸基、磷酸酯基、氨基、巯基等。
表面活性剂有不同的分类方法：
①按表面活性剂来源，可分为天然表面活性剂和合成表面活性剂。
②按表面活性剂分子量大小，可分为高分子表面活性剂(M>10000)、中分子表面活性剂（M在1000~10000之间）和低分子表面活性剂（M<1000）。
③按表面活性剂性质，可分为离子型表面活性剂（阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性离子型表面活性剂)、非离子型表面活性剂、高分子表面活性剂和特殊表面活性剂。
④按表面活性剂用途，可分为乳化剂、渗透剂、增溶剂、分散剂、起泡剂等。
离子型表面活性剂
⑴阴离子型表面活性剂 阴离子型表面活性剂按亲水基的不同可分为羧酸盐（RCOOM）、磷酸酯盐（RSO3M）、磷酸酯基(ROPO3M2)、和脂肪酰-肽缩合物（RCONHR’COOH）、5种类型。
⑵阳离子型表面活性剂 阳离子型表面活性剂主要有脂肪铵盐（伯胺盐、仲铵盐、叔胺盐、和季铵盐），烷基咪唑盐、烷基吡啶盐，β-羟基胺和鏻化合物等。
⑶两性离子型表面活性剂 这类活性剂在酸性介质中显示阳离子型表面活性剂的性质；在碱性介质中呈现阴离子型表面活性剂性质；在中性介质中显示非离子型表面活性剂性质。两性表面活性剂突出的特点是在相当宽的PH值范围内都有良好的表面活性，而且它与阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子型表面活性剂均能兼容，还具有良好的乳化性、分散性、生物降解性、润湿性、发泡性和较强的杀菌作用。
表面活性剂性质
通常用CMC值量度表面活性剂表面活性的大小 CMC 值为临界胶束浓度，表面活性剂CMC值越小表示其表面活性越高。
⑴表面活性剂的溶解性
一般离子型表面活性剂易溶于水中，非离子型表面活性剂易溶于油中。与普通物质溶解性不同，离子型表面活性剂在水中的溶解度，低温时随温度的升高，溶解度缓慢地增加，但温度升到某一值后，溶解度迅速增大，溶解曲线出现明显转折点，此温度对应的表面活性剂溶解度值就是该温度下的CMC。对非离子型表面活性剂溶度与温度的关系与离子型表面活性剂相反，当温度升高时其溶解度反而下降，加热至某一温度时溶液呈现浑浊状态，此温度为浊点。
⑵表面活性剂的化学稳定性
以全氟表面活性剂最稳定，其次是磺酸盐离子型表面活性剂和醚类非离子型表面活性剂。季铵盐表面活性剂在酸、碱中都较稳定，阴离子表面活性剂在强酸中不稳定，而在碱性溶液中稳定；铵盐类表面活性剂在碱中不稳定，但耐酸。磺酸盐表面活性剂在酸和碱中都比较稳定。磷酸酯盐表面活性剂对酸和碱也有较好的稳定性。硫酸酯盐易于水解。除羧酸的聚乙二醇酯（或环氧乙烷加成物）外，一般的非离子表面活性剂对酸和碱都很稳定，也不受外加电解质的影响。无机盐特别是多价金属离子盐易使离子型表面活性剂盐析而沉淀。两性表面活性剂受PH影响，在等电点时易发生沉淀。含有酯链的表面活性剂在强酸或强碱中易发生水解。
⑶表面活性剂的毒性、刺激性和杀菌性
毒性、刺激性和杀菌性三者有平行关系，即刺激性大者，毒性和杀菌性也大，其顺序为：
阳离子型>阴离子型>非离子型 阳离子型表面活性剂有很强的杀菌性，已应用于医院杀菌消毒，还用于灭杀赤潮。
脂肪羧酸型表面活性剂，随碳链增加，毒性刺激性减小，C12以上毒性、刺激性显著降低。两性表面活性剂刺激性、毒性都很低，但仍有较高的杀菌性，如甜菜碱类、咪唑啉类表面活性剂。
表面活性剂的主要作用
（1）表面活性剂的润湿和渗透作用
润湿作用在日常生活中和工农业生产中有广泛的应用，例如洗涤、印染、矿物浮选、注水采油、机械润滑和农药喷洒等都利用了润湿作用。
一般用阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂作润湿渗透剂，如二丁基萘磺酸钠（俗称拉开粉）、肥皂、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、琥珀酸二异新基酯磺酸钠等。
（2）表面活性剂的分散作用
一般用HLB值在10~20阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂作分散剂。分散剂的作用是降低固-液、液-液、固-气之间的界面自由能，尽量减少分散过程中的表面能的增大值，使分散容易进行，同时使分散后的粒子（固体或者液体）带同样电荷产生静电排斥作用或液膜保护作用，分散后粒子不再凝聚，起到稳定保护胶体的作用。
（3）表面活性剂的洗涤作用
洗涤通常用阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂。其中阴离子型表面活性剂有肥皂、烷基苯磺酸盐、α-烯基磺酸盐、脂肪醇硫酸盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（酯）等；洗涤用非离子表面活性剂有烷基聚氧乙烯醚、聚醚型非离子表面活性剂、蔗糖酯和烷基糖苷等；洗涤用两性离子型表面活性剂有氨基酸、甜菜碱等。
（4）表面活性剂的增溶作用
增溶作用指表面活性剂有增加难溶或不溶性（非极性有机物）物质在水中溶解度的作用。增溶现象是表面活性剂形成胶束后对亲油物质溶解的过程，是表面活性剂胶束的一种特殊作用。
（5）表面活性剂对光度分析的增敏作用
表面活性剂胶束还有褪色作用，实验发现如果溶液中加入过多的表面活性剂，溶液中的表面活性剂胶束量大大增加，则胶束界面上的显色剂浓度减小，有一些有色配合物被分解，即产生了褪色现象。在光度分析中，此作用被用来改善显色反应的选择性。
（6）表面活性剂的催化作用
由于表面活性剂形成的胶束有增溶作用，离子型表面活性剂带有不同的电荷可参与静电吸附作用和配位反应，因而胶束可以改变一些化学反应历程，加速或减缓化学反应速率。在表面活性剂的参与下，化学反应得以进行，表面活性剂加速或减缓化学反应速率的现象成为活性剂催化作用。
一般认为催化反应是发生在胶束的表面而不是在胶核内，胶束的催化效率主要取决于拟胶束内反应物相内反应物的浓度和反应物由水相迁移到胶束相时其反应活性的改变，而前者最为重要，因此胶束表面反应物的浓集直接导致反应速率的提高。
（7）表面活性剂的乳化作用
在表面活性剂的作用下一种液体分散于另一种不相溶的液体中形成多相分散体系，这种作用成为表面活性剂的乳化作用。纯净的水和油，将两者混合分散得再充分也得不到稳定的乳状液，它们很快又分为不相溶的两层。有表面活性剂存在时，油-水界面的自由能降低了，油和水经搅拌分散后就能形成比较稳定的乳状液。
（8）表面活性剂的起泡作用
纯液体（如纯水）很难形成气泡，液体在形成气泡的过程中，由单相体系变成多分散相体系，体系表面积急剧增大，表面能急剧增加，由热力学稳定体系变成了热力学不稳定体系。在水中加入表面活性剂，易于在气泡表面吸附，降低界面自由能，使形成气泡的过程能量增加值尽量减少，使气泡具有相对的动力学稳定性。泡沫和乳状液同属粗分散体系，乳状液以液体为分散相，而泡沫则以气体为分散相。
结束语：表面活性剂有“工业味精”的美誉，它在改进相关生产工艺、提高产品质量、增加产品产量、降低能耗、节约能源、提高生产率和经济效益方面起到关键作用。表面活性剂工业已成为国民经济的基础工业之一。
