当前课程知识点:精细化学品生产工艺学 > 第三章 表面活性剂 > 3.2-4 表面活性剂基础知识-胶束化性质 > 考核-视频 3.2-4
表面活性剂的第二个性质
是胶束化性质
也就是表面活性剂在不同的溶液中
发生自组装的现象
我们根据溶液亲水和亲油能力
将溶液分为水体系 油体系
和油水混合体系
我们先来看表面活性剂
在水体系中的情况
当我们把极少量的表面活性剂
加入水体系时
表面活性剂分子
杂乱无章的存在于水体系当中
增加表面活性剂的浓度
表面活性剂分子间就有机会接触
亲油端便会吸附在一起
表面活性剂分子间就有机会接触
亲油端便会吸附在一起
形成2到3个小分子的聚集体
继续增加表面活性剂的浓度
表面活性剂的亲油端会继续吸附
形成亲油端朝内
亲水端朝外的球形聚集体
这个过程也就是随着表面活性剂
在水溶液当中的浓度增加
亲油端非极性部分会相互吸引
分子便自发组装
形成有序的聚集体
我们把这种多分子有序聚集体
称为胶束
以上是表面活性剂分子
在水溶液内部的一个自组装情况
那么在溶液表面呢
在溶液表面
表面活性剂分子的亲水端朝向于水相
亲油端朝向于空气
随着表面活性剂分子的增多
在水溶液表面形成单分子层
表面活性剂在水溶液中自组装聚集时
一个非常重要的状态
便是刚形成胶束时的状态
我们把表面活性剂在溶液中
开始形成胶束时的最低浓度
称为临界胶束浓度
也就是CMC值
CMC值是评价表面活性剂
形成胶束能力的重要指标
我们来归纳一下表面活性剂
在水溶液当中的聚集状态
当表面活性剂的浓度较小时
表面活性剂小分子
通过亲油端聚集在一起
形成小分子的聚集体
随着表面活性剂浓度的增加
形成小分子的聚集体
随着表面活性剂浓度的增加
在浓度小于10个CMC值时
可以形成球形的胶束
当表面活性剂浓度
大于10个CMC值以上时
表面活性剂分子
在球形胶束横向继续聚集
而形成棒状的胶束
在球形胶束横向继续聚集
而形成棒状的胶束
继而可以形成六角相的胶束
和层状的胶束等不同的聚集状态
表面活性剂分子
在第二大体系油中的聚集过程
同在水体系当中的类似
在第二大体系油中的聚集过程
同在水体系当中的类似
当浓度大于CMC值时
也会形成球形的聚集体
它的亲水端和亲油端
是怎么样排布的呢
我们来看图中a和b两种排布方式
a是
亲油端朝向内
a是
亲油端朝向内
亲水端朝向于外面
而b是亲油端朝向于外面的油
而亲水端朝向于内部
由于体系是油体系
很明显
表面活性剂分子的亲油端
与油的相容性要好
应该是朝向于外侧
也就是形成b中所示的状态
表面活性剂在油体系当中的亲油端
亲水端的排布
跟水中的刚好相反
我们把表面活性剂
在水中形成的聚集体称为胶束
那么在油中达到一定浓度
自发形成的这种有序聚集体
就称为反胶束
同样 形成反胶束的最低浓度
也就是临界反胶束浓度
第三种体系是油水混合体系
在油水混合体系中加入表面活性剂时
表面活性剂首先分散在油水界面上
亲油端朝向于油相
亲水端朝向于水相
如果此时我们进行搅拌
同学们想一下
表面活性剂应该会怎样组装呢
这时我们要具体分析
混合体系当中的油和水的比例
如果油的比例比较少
在外力的搅拌作用下
表面活性剂分子会发生
像在水中一样的组装过程
有形成胶束的趋势
但体系中还有油
油会吸附在表面活性剂分子的亲油端
而被包在胶束的内部
最终形成外侧是水
表面活性剂分子球形胶束内部
包着油的状态
即在水中含有胶束包着油的液滴
外表看起来为乳状液体
我们把这种状态称为水包油的乳液
第二种情况是油水体系当中
水的比例比较少时
在外力的作用下
可以形成水被包覆在
表面活性剂分子内部
而表面活性剂外部是油的状态
形成油包水的乳液
通过以上的分析我们发现
表面活性剂在水 油
和油水混合三种体系中
都可以自发形成有序的聚集体
我们把这种性质称为胶束化性质
我们再来总结一下表面活性剂
在三种体系当中的自组装聚集行为
表面活性剂在水体系当中
可以形成球形的胶束
随着表面活性剂浓度的增加
还可以形成棒状 六角相
和层状的胶束
表面活性剂在油体系当中
可以形成反胶束
在油水混合体当中
可以形成水包油或者油包水的乳液
所以
表面活性剂在溶液中形成的聚集状态
跟所处的体系和表面活性剂的浓度
有直接的关系
那是否所有的表面活性分子
都有一样的自组装行为呢
在同样的体系当中
是否会形成同样的胶束呢
2005年
chemical reviews发表了一篇论文
对表面活性剂分子的结构
与自组装状态的关系
进行了一个详细的研究
研究发现
聚集形态
是由分子的堆积常数p决定的
我们先来看p是什么
把表面活性剂分子
看成上面是亲水性的基团
下面是亲油基团的一个圆台
圆台中亲水端圆形平面积
我们计为a0
圆台的高度计为lc
圆台的体积记为v
分子的堆积常数p
等于分子的体积v
除以a0与lc的积
由p的定义我们可以看出来
表面活性剂的聚集行为
跟分子本身的亲水亲油端比例
和体积等
也就是分子的结构有很大的关系
我们来详细分析一下
当分子亲水端体积比较大时
亲油端体积比较小
这类分子可以看成圆锥形
亲油端体积比较小
这类分子可以看成圆锥形
由于p等于分子体积v
除以亲水面积a0和高度lc的积
其中圆台亲水面积a0
和高度lc的积
相当于圆柱形的体积
而圆锥是同等高度
圆柱形体积的三分之一
也就是表面活性剂亲水亲油端比例
刚好可以形成圆锥形时
p值为三分之一0.33
而当亲油端比亲水体积
小于圆锥形比例时
p值会小于0.33
此时由于亲油端的体积比较小
分子聚集时亲油端位阻比较小
所以容易形成球形的胶束
即当p小于等于0.33时
分子容易自组装成球形的胶束
随着亲油端分子体积的增大
当p值等于0.33到0.5之间时
分子组装时亲油端的阻力变大
组装形态将由球形的胶束
转变为圆柱形的胶束
如果圆柱形的胶束可以弯曲
我们又把它称为蠕虫状的胶束
当p值等于0.5到1.0时
表面活性剂分子可以形成囊泡
也就是我们图中所示的状态
球形胶束的内部由双层的分子组成
内部分子是亲水端朝内
亲油端超外
而外层的分子刚好相反
当分子的亲油端和亲水端体积类似时
p值等于1.0
容易形成双分子层胶束
也就是囊泡平铺开的结构
聚集体中分子亲水端都朝向外
亲油端吸附在一起
当分子的堆积常数p大于1.0时
表面活性剂在溶液中容易形成反胶束
堆积理论完美的诠释了
表面活性剂分子结构
对它在溶液中自组装状态的一个影响
根据堆积理论
我们可以设计或改变
表面活性剂分子的亲水
和亲油端的体积
控制堆积常数p
来调控分子的聚集形态
例如
我们可以改变疏水基团的种类
或者链长
可以改变分子的体积v和高度lc
我们还可以通过改变溶液当中的pH值
电解质和添加剂等
来改变表面活性剂
亲水端基团的面积a0
近而来调控堆积常数p
以得到我们所需要的胶束形态
也就是说表面活性剂
在溶液当中的聚集状态
会受到外界条件的影响而发生变化
例如受pH值 光等因素的影响
这就是表面活性剂分子
对pH值或光
产生了非常敏感的一个响应
我们把这种响应称为智能响应
表面活性剂在溶液中自组装行为
也就是胶束化性质
非常的重要
是表面活性剂应用的一个基础
任何表面活性剂的作用
基本我们都可以通过
分子的自组装来解释
好
我们今天的课就讲到这里
请大家继续关注我们的课程
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-2.4 单元反应-氧化与还原、歧化及其它反应
--讲义 2.4
--考核-习题 2.4
-第二章 单元反应汇总
-作业:【北林混合式教学线上学习】第二章 笔记
-作业:梁希混合式教学笔记(松香树脂酸反应汇总)
-3.1 表面活性剂概述
--讲义 3.1
--习题 3.1
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--讲义 3.2-3
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-3.2-4 表面活性剂基础知识-胶束化性质
--讲义 3.2-4
--考核-习题 3.2-4
-3.2-5 表面活性剂基础知识-CMC值测定方法
--讲义 3.2-5
--考核-习题 3.2-5
--期刊论文-滴体积法测定表面活性剂溶液临界胶束浓度的新方法
-3.2-6 表面活性剂基础知识-HLB值及其它性质
--讲义 3.2-6
--考核-习题 3.2-6
-3.2-7 表面活性剂基础知识-作用
--讲义 3.2-7
--考核-习题 3.2-7
-3.2-8 表面活性剂基础知识-影响表面活性剂性能的因素
--讲义 3.2-8
--习题 3.2-8
-3.3-1 松香合成表面活性剂-歧化松香
--讲义 3.3-1
--考核-习题 3.3-1
-3.3-2 松香合成表面活性剂-歧化松香胺
--讲义 3.3-2
--习题 3.3-2
-3.3-3 松香合成表面活性剂-松香基表面活性剂
--讲义 3.3-3
--习题:3.3-3
--参考文献:8分
-3.4 常用表面活性剂产品
--讲义 3.4
--习题:3.4
-3.5 拓展-实验:一滴洗洁精的魅力
--讲义 3.5
--习题 3.5
-第三章 表面活性剂汇总
-作业:【北林混合式教学线上学习】第三章 笔记-1
-作业:【北林混合式教学线上学习】第三章 笔记-2
-前三章知识点翻转课堂(含实验)
-作业:前三章讨论课总结(需上传)
-作业:梁希混合式第三章笔记
-4.1 胶粘剂概述
--讲义 4.1
--考核-习题 4.1
-4.2 植物单宁胶粘剂
--讲义 4.2
--考核-习题 4.2
-4.3 松香胶粘剂
--讲义 4.3
--习题 4.3
-4.4 拓展-访谈:软包装胶粘剂
--讲义 4.4
--习题 4.4
-第四章 胶粘剂笔记(北林林化17)
-5.1 食品添加剂概述
--讲义 5.1
--考核-习题 5.1
-5.2 食品抗氧化剂
--讲义 5.2
--考核-习题 5.2
-5.3-1 食用香料概述
--讲义 5.3-1
--习题 5.3-1
-5.3-2 食用香料-天然食用香料生产
--讲义 5.3-2
--考核-习题 5.3-2
-5.3-3 食用香料-香料单离技术
--讲义 5.3-3
--考核-习题 5.3-3
-5.3-4 食用香料-合成食用香料
--讲义 5.3-4
--习题 5.3-4
-5.3-5 实验:天然苯甲醛合成
-5.4 拓展-实验:糖尿病患者应该如何吃糖
--讲义 5.4
--习题 5.4
--讨论:甜味剂
-5.5 拓展-访谈:食品添加剂的安全问题
--讲义 5.5
--习题 5.5
-第五章 笔记
-6.1 医药制剂概述和银杏叶制剂
--讲义 6.1
--考核-习题 6.1
-6.2 松节油合成冰片
--讲义 6.2
--习题 6.2
-6.3 拓展-访谈:医改形式下的医药发展
--讲义 6.3
--习题 6.3
-6.4 拓展-讲座:松节油基萜类驱避剂与驱避机理的新认识
--讲义 6.4
-第六章 医药制剂笔记(北林林化17课程要求)
-7.1 造纸助剂概述
--讲义 7.1
--考核-习题 7.1
--讨论:对纸的认识
-7.2 造纸施胶剂概述
--讲义 7.2
--考核-习题 7.2
-7.3 强化松香施胶剂
--讲义 7.3
--习题 7.3
-7.4 纸张增强剂
--讲义 7.4
--考核-习题 7.4
-第七章 造纸助剂笔记
-作业:梁希混合式教学笔记(4-7章内容)
-8.1 概述
--讲义 8.1
--考核-习题 8.1
-8.2 松香在涂料中应用
--讲义 8.2
--习题 8.2
-8.3 带锈涂料
--讲义 8.3
--考核-习题 8.3
--第八章 涂料笔记
-9.1-1 油墨概述
--讲义 9.1-1
--考核-习题 9.1-1
-9.1-2 油墨结构与生产过程
--讲义 9.1-2
--考核-习题 9.1-2
-9.1-3 松香在油墨中的应用
--讲义 9.1-3
--习题 9.1-3
-9.2 活性炭纤维
--讲义 9.2
--考核-习题 9.2
--第九章其它精细化学品笔记
-作业:梁希混合式教学笔记(8-9章)
-10.1 碳和氢元素分析
--讲义 10.1
--考核-习题 10.1
-10.2 氮元素分析
--讲义 10.2
--考核-习题 10.2
-10.3 硫和卤素分析
--讲义 10.3
--考核-习题 10.3
-10.4 精细化工产品的仪器分析法
--讲义 10.4
--考核-习题 10.4
-第十章 精细化学品的分析检测 学习要点、结构导图及精华笔记
-第十章 精细化学品的分析笔记
-北林林化讨论课视频