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表面活性剂具有特殊的分子结构,即由一个与溶剂分子基本没有吸引作用的基团和个与溶剂之间具有很强吸引作用的基团所组成。前者为疏水基团,后者称为亲水基团,这是所谓的双亲结构。当个具有双亲结构的分子溶于溶剂中时,疏水基团可能改变溶剂的构,使体系的自由能增加。当这种情况发生时,体系会以某种方式作出响应,以减少疏水团与溶剂之间的接触,当表面活性剂溶于水介质中时,疏液(水)基团改变了水的结构(通破坏水分子之间的氢键以及使水分子在疏水基附重新排列),由于水分子的这种结构打些表面活性剂分子被驱赶到体系的界面,以疏水基朝向与水分子减少接触的方向排列水的表面被一层表面活性剂的单分子膜覆盖,它们的疏水基主要朝向空气。由于空气分子本质上是非极性的,与疏水基的性质类似,因此这种排列方式减少了表面上相互接触的两相之间的差异,从而导致了水的表面张力降低。另一方面,亲液(水)基团的存在又防止了表面活性剂作为一个单独的相被完全从溶剂中排出,因为这需要亲水基脱水。表面活性剂的这种双亲结构不仅引起了表面活性剂在表面的聚集以及水的表面张力降低,而且导致表面活性剂分子以亲水基团位于水相、疏水基团远离水相在表面定向排列。 适合作为表面活性剂疏水基和亲水基的化学结构随所用的溶剂和使用条件而有所不同在高极性溶剂如水中,疏水基团可以是适当长度的碳氢化合物、碳氟化合物或硅氧烷链。而在低极性溶剂中,可能只有部分化合物合适(例如碳氟化合物或硅氧烷链在聚丙二醇中)。在性溶剂如水中,离子或强极性基团可以作为亲水基团:而在一种非极性溶剂如庚烷中,它可能充当疏液(油)基团。随着温度和使用条件(如存在电解质或有机添加剂)的变化必要对亲水基团和疏水基团进行结构上的修饰,以保持适当水平的表面活性。因此,为了在特定的体系中产生表面活性,表面活性剂的化学结构必须使其在使用条件下的那个溶剂中具有“两亲”性质。 疏水基团通常是一个长链的碳氢化合物残基,有时是卤代烃或硅氧烷链;亲水基团是一个离子或强极性基团。根据亲水基的性质,可将表面活性剂分为如下几类。 ①阴离子型分子中具有表面活性的部分带负电荷,例如肥皂、烷基苯磺酸盐； ②阳离子型分子中具有表面活性的部分带正电荷,如长链铵盐、季铵氯化物； ③两性离子型具有表面活性的部分同时带有正电荷和负电荷,如长链氨基酸、磺基甜菜碱； ④非离于型具有表面活性的部分不带明显的电荷,如长链脂酸单甘油酯、烷基酚聚氧乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚。招生过后文章更加精彩！！！ 
报名加微信长按下面识别加好友： 电荷类型的一般用途 大多数天然物质的表面是带负电荷的,因此如果想用表面活性剂使表面变得疏水(防水),则最好使用阳离子型表面活性剂这类表面活性剂将吸附到界面,以其带正电荷的头基朝向带负电荷的表面(由于静电吸引作用),而以水基脱离此表面定向排列,使表面变得水。另一方面,如果要使表面成为亲水性的(水润湿的),那么应该避免使用阳离子型表面性剂。然而,如果表面碰巧是带正电荷的,那么使用阴离子型表面活性剂将使其变得疏水要使表面保持亲水,则应避免使用。 非离子型表面活性剂在表面吸附时,亲水基或疏水基都有可能朝向表面定向排列,取决表面的性质。如果表面存在能够与表面活性剂的亲水基形成氢键的极性基团,那么表面活剂的亲水基可能朝表面定向排列,形成更加疏水的表面:如果表面缺少这种极性基团,那表面活性剂将可能以疏水基朝向表面定向排列,形成更为亲水的表面。 两性离子表面活性剂由于同时携带了正电荷和负电荷,能够吸附到带正电荷和带负电荷的表面,而不引起表面电荷发生明显改变另一方面,阳离子表面活性剂在带负电荷的表面的吸附使表面上的负电荷减少,甚至可能使表面带正电荷(若有足够的阳离子被吸附):类似地,阴离子型表面活性剂在带正电荷的表面的吸附将使表面的正电荷减少,甚至使表面带负电荷。非离子型表面活性剂的吸附一般对表面电荷没有明显的影响,尽管在吸附层很厚的情况下有效电荷密度可能会降低。 疏水基之间的性质差异一般不如亲水基之间的性质差异那么显著。一般而言,疏水基是长链的碳氢化合物,但包括下列不同的结构：①表面活性剂在水中的溶解性降低,而在有机溶剂中的溶解性增加；②表面活性剂分子在界面上排列得更加紧密(只要亲水基团在界面上占据的面积允许；③增加表面活性剂在界面吸附和形成聚集体(称为胶束)的趋势；④增加表面活性剂及其吸附膜的熔点和表面活性剂在溶液中形成液晶相的趋势；⑤对于离子型表面活性剂,增加了其被反离子从水中沉淀出来的敏感性。①增加表面活性剂在水或有机溶剂中的溶解度(与直链、饱和的异构体相比)；③使表面活性剂分子在界面上的排列变得疏松(顺式异构体最为松散:反式异构体饱和异构体几乎一样紧密),并能抑制溶液中液晶相的形成；③使表面活性剂分子在界面上的排列变得疏松。脂环核(如存在于松香衍生物中的)在界面上的排列更加疏松。(4)聚氧丙烯和聚氧乙烯(POE)单元聚氧丙烯单元 增加表面活性剂的疏水性、在极性表面的吸附性和在有机溶剂中的溶解性。POE单元减弱表面活性剂的疏水性,或者增加其亲水性。 这两类基团中的任一类作为表面活性剂的疏水基时,与烷烃类疏水基相比,都可以将水的表面张力降到更低值。全氟烷基表面既疏水又疏油。 在如此多的结构中,人们该如何选择合适的面活性剂以达到特定的目的呢?或者,对于特定的目的,为什么只有某些表面活性剂适用而其他则不适用呢?经济因素通常是最重要的,除非使用表面活性剂的成本相对于其他费用而言是微不足道的,因此人们通常会选择能胜任这一工作的最便宜的表面活性剂。此外,环境影响(生物降解性,对水生生物的毒性和在水生生物体内的生物富集)以及用于个人护理用品时对皮肤的刺激性也是值得考虑的重要因素。对于特定的目的,为了用合理的方法来挑选最好的表面活性剂或表面活性剂组合,避免采取费时又昂贵的试错实验,就需要了解:①目前常用的表面活性剂的特点(一般物理化学性质及用途);②要完成的工作中所涉及的界面现象以及表面活性剂在这些现象中的作用;③各种结构类型的表面活性剂的表面化学性质以及表面活性剂的结构与其在各种界面现象中行为的关系,以后的章节将尽量包含这些领域。 摘自《表面活性剂和界面现象》 Milton J.Rosen
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