1.tensión superficial
La fuerza de contracción de la unidad de longitud arbitraria de la superficie del líquido se llama tensión superficial, y la unidad es N • m-1.
2, tensioactivo y tensioactivo
La propiedad que puede reducir la tensión superficial de un solvente se llama actividad superficial, y la sustancia con actividad superficial se llama sustancia activa superficial.
Las sustancias tensioactivas que pueden asociar moléculas en solución acuosa y formar asociaciones como las micelas, tienen una alta actividad superficial y también tienen funciones de humectación, emulsión, espuma y lavado que se denominan tensioactivos.
3. Características de la estructura molecular de los tensioactivos.
Los tensioactivos son compuestos orgánicos con estructuras y propiedades especiales. Pueden cambiar significativamente la tensión interfacial entre dos fases o la tensión superficial de un líquido (generalmente agua). Tienen propiedades humectantes, espumantes, emulsionantes y de lavado.
En cuanto a la estructura, los tensioactivos tienen una característica común, es decir, la molécula contiene dos grupos de propiedades diferentes, un extremo es un grupo no polar de cadena larga, que es soluble en aceite pero no en agua, llamado hidrofóbico grupos o grupos hidrófobos, tales grupos hidrófobos son generalmente hidrocarburos de cadena larga y, a veces, flúor orgánico, silicona, fósforo orgánico, cadenas de estaño orgánico, etc. El otro extremo es un grupo soluble en agua, es decir, un grupo hidrofílico o un grupo hidrofílico. El grupo hidrofílico debe ser suficientemente hidrofílico para asegurar que todo el surfactante sea soluble en agua y tenga la solubilidad necesaria. Debido a que los tensioactivos contienen grupos hidrófilos e hidrófobos, son solubles en al menos una fase de la fase líquida. Esta naturaleza hidrofílica y lipofílica de un tensioactivo se llama anfifílica.
4.Tipos de tensioactivos
El tensioactivo es una molécula anfifílica con grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Los grupos hidrofóbicos de los tensioactivos generalmente están compuestos de hidrocarburos de cadena larga, como los grupos alquilo de cadena lineal C8 a C20, los grupos alquilo de cadena ramificada C8 a C20, los grupos alquilfenilo (el número de átomos de carbono de alquilo es de 8 a 16), etc. . La diferencia entre los grupos hidrofóbicos está principalmente en el cambio estructural de la cadena de hidrocarburos, la diferencia es pequeña y hay más tipos de grupos hidrofílicos, por lo que las propiedades de los tensioactivos están relacionadas principalmente con el tamaño y la forma de los grupos hidrofóbicos. También está relacionado con grupos hidrófilos. La estructura del grupo hidrofílico cambia más que el grupo hidrofóbico, por lo que la clasificación de los tensioactivos generalmente se basa en la estructura del grupo hidrofílico. Esta clasificación se basa en si el grupo hidrofílico es iónico y se divide en aniónicos, catiónicos, no iónicos, zwitteriónicos y otros tipos especiales de tensioactivos.
5. Características de la solución acuosa de tensioactivo.
① Adsorción de surfactante en la interfaz
Las moléculas tensioactivas tienen grupos lipofílicos e hidrofílicos y son moléculas anfifílicas. El agua es un líquido fuertemente polar. Cuando un tensioactivo se disuelve en agua, sus grupos hidrofílicos son solubles en agua debido a su hidrofilia y fase acuosa, según los principios de polaridad y repulsión similares. La fase repele y deja el agua. Como resultado, las moléculas tensioactivas (o iones) se adsorben en la interfaz de las dos fases, lo que reduce la tensión interfacial entre las dos fases. Cuanto más moléculas tensioactivas (o iones) se adsorban en la interfaz, mayor es la disminución de la tensión interfacial.
②Algunas propiedades de la membrana de adsorción
Presión superficial de la membrana de adsorción: el tensioactivo se adsorbe en la interfaz gas-líquido para formar una membrana de adsorción. Por ejemplo, si se coloca un flotador móvil sin fricción en la interfaz, el flotador empuja la membrana de adsorción a lo largo de la superficie de la solución, y la membrana genera una presión sobre el flotador. Esta presión se llama presión superficial.
Viscosidad superficial: al igual que la presión superficial, la viscosidad superficial es una propiedad exhibida por las películas moleculares insolubles. Suspenda un anillo de platino con un alambre de metal delgado, haga que su plano entre en contacto con la superficie del agua del fregadero, gire el anillo de platino, el anillo de platino se ve obstaculizado por la viscosidad del agua y la amplitud disminuye gradualmente. En base a esto, la viscosidad de la superficie se puede medir primero en la superficie del agua pura. Se realizó un experimento para medir la atenuación de la amplitud, y luego medir la atenuación después de que se formó la película superficial. La viscosidad de la película superficial se obtuvo de la diferencia entre los dos.
La viscosidad de la superficie está estrechamente relacionada con la firmeza de la película superficial. Debido a que la película de adsorción tiene presión superficial y viscosidad, debe ser elástica. Cuanto mayor es la presión superficial y mayor es la viscosidad de la película de adsorción, mayor es su módulo elástico. El módulo elástico de la película de adsorción superficial es de gran importancia en el proceso de estabilización.
③ Formación de micelas
La solución diluida de surfactante de renio obedece las reglas seguidas por la solución ideal. La cantidad de adsorción de tensioactivo en la superficie de la solución aumenta con el aumento de la concentración de la solución. Cuando la concentración alcanza o supera un cierto valor, la cantidad de adsorción ya no aumenta. Estas moléculas tensioactivas excesivas están desordenadas en la solución, o de alguna manera hay una forma regular. La práctica y la teoría han demostrado que forman asociaciones en solución, que se denominan micelas.
Concentración micelar crítica: la concentración mínima de un tensioactivo para formar micelas en una solución se denomina concentración micelar crítica.
Valor ④ cmc de tensioactivos comunes.
6. Balance hidrofílico-lipofílico
HLB es una abreviatura de equilibrio hidrófilo lipófilo, y representa el valor de equilibrio hidrófilo-lipófilo del grupo hidrófilo y el grupo lipófilo del tensioactivo, es decir, el valor HLB del tensioactivo. Un valor de HLB grande indica que la molécula es fuertemente hidrofílica y débilmente lipofílica; de lo contrario, la lipofilia es fuerte y la hidrofilia es débil.
①Requisito del valor HLB
El valor HLB es un valor relativo, por lo que cuando se establece el valor HLB, como estándar, el valor HLB de la cera de parafina sin propiedad hidrofílica se especifica como 0, y el valor HLB del laurilsulfato de sodio con una fuerte solubilidad en agua es 40. Por lo tanto, el valor de HLB del tensioactivo generalmente está dentro del rango de 1 a 40. En términos generales, los emulsionantes con un valor de HLB inferior a 10 son lipófilos, mientras que los emulsionantes mayores de 10 son hidrófilos. Por lo tanto, el punto de inflexión de la lipofilia a la hidrofilia es de aproximadamente 10.
7. Emulsión y solubilización.
Dos tipos de líquidos mutuamente insolubles, uno formado por micropartículas (gotas o cristales líquidos) dispersos en el otro, se llama emulsión. Debido a que el producto interfacial de los dos líquidos aumenta cuando se forma la emulsión, este sistema es termodinámicamente inestable. Para estabilizar la emulsión, se necesita agregar un tercer componente, un emulsionante, para reducir la energía interfacial del sistema. Los emulsionantes son tensioactivos cuya función principal es actuar como leche. La fase en la que existen las gotas en la emulsión se llama fase dispersa (o fase interna, fase discontinua), y la otra fase conectada en una pieza se llama medio de dispersión (o fase externa, fase continua).
① Emulsionantes y emulsiones
Emulsión común, una fase es agua o solución acuosa, y la otra fase es materia orgánica inmiscible en agua, como aceite y cera. Las emulsiones formadas por agua y aceite se pueden dividir en dos tipos según su dispersión: los aceites se dispersan en agua para formar emulsiones de aceite en agua, que se expresan en O / W (aceite / agua): formas de agua en aceite La emulsión de agua en aceite se expresa en W / O (agua / aceite). Además, también es posible formar complejas emulsiones de componentes múltiples de agua en aceite en agua W / O / W y aceite en agua en aceite O / W / O.
Los emulsionantes estabilizan las emulsiones reduciendo la tensión interfacial y formando una película de interfaz monomolecular.
Requisitos para emulsionantes en emulsificación: a: el emulsionante debe ser capaz de adsorberse o enriquecerse en la interfaz de las dos fases para reducir la tensión interfacial; b: el emulsionante debe cargar las partículas y provocar una repulsión electrostática entre las partículas, o se forma una película protectora estable y altamente viscosa alrededor de las partículas. Por lo tanto, las sustancias utilizadas como emulsionantes deben tener grupos anfifílicos para efectuar la emulsificación. Los tensioactivos pueden cumplir este requisito.
Method Método de preparación de la emulsión y factores que afectan la estabilidad de la emulsión.
Hay dos métodos para preparar emulsiones: uno es usar métodos mecánicos para dispersar líquidos como partículas finas en otro líquido, que se usa principalmente en la industria para preparar emulsiones; el otro es disolver líquidos en un estado molecular En otro líquido, luego se agrega adecuadamente para formar una emulsión.
La estabilidad de la emulsión se refiere a la capacidad de resistir la agregación de partículas que conduce a la separación de fases. Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables con gran energía libre. Por lo tanto, la denominada estabilidad de la emulsión en realidad se refiere al tiempo requerido para que el sistema alcance el equilibrio, es decir, el tiempo requerido para que un líquido se separe en el sistema.
