Tensão 1.Surface
A força de contração do comprimento da unidade arbitrária da superfície do líquido é chamada tensão superficial, e a unidade é N • m-1.
2, ativo de superfície e surfactante
A propriedade que pode reduzir a tensão superficial de um solvente é chamada atividade superficial, e a substância com atividade superficial é chamada substância ativa de superfície.
Substâncias ativas de superfície que podem associar moléculas em soluções aquosas e formar associações como micelas, têm alta atividade superficial e também têm funções de umedecimento, emulsificação, formação de espuma e lavagem, chamadas surfactantes.
3. Características da estrutura molecular dos surfactantes
Surfactantes são compostos orgânicos com estruturas e propriedades especiais. Eles podem alterar significativamente a tensão interfacial entre duas fases ou a tensão superficial de um líquido (geralmente água). Eles têm propriedades de umectação, formação de espuma, emulsificação e lavagem.
No que diz respeito à estrutura, os surfactantes têm uma característica comum, ou seja, a molécula contém dois grupos de propriedades diferentes, uma extremidade é um grupo não polar de cadeia longa, que é solúvel em óleo, mas não em água, o chamado Hidrofóbico. grupos ou grupos hidrofóbicos, esses grupos hidrofóbicos são geralmente hidrocarbonetos de cadeia longa e, às vezes, flúor orgânico, silicone, fósforo orgânico, cadeias orgânicas de estanho e assim por diante. A outra extremidade é um grupo solúvel em água, isto é, um grupo hidrofílico ou um grupo hidrofílico. O grupo hidrofílico deve ser suficientemente hidrofílico para garantir que todo o surfactante seja solúvel em água e tenha a solubilidade necessária. Como os surfactantes contêm grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, eles são solúveis em pelo menos uma fase da fase líquida. Essa natureza hidrofílica e lipofílica de um surfactante é denominada anfifílica.
4. Tipos de surfactantes
O surfactante é uma molécula anfifílica com grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Os grupos hidrofóbicos de surfactantes são geralmente compostos por hidrocarbonetos de cadeia longa, como grupos alquil C8 a C20 de cadeia linear, grupos alquil C8 a C20 de cadeia ramificada, grupos alquilfenil (o número de átomos de carbono alquil é de 8 a 16), etc. . A diferença entre os grupos hidrofóbicos está principalmente na mudança estrutural da cadeia de hidrocarbonetos, a diferença é pequena e existem mais tipos de grupos hidrofílicos, portanto as propriedades dos surfactantes estão relacionadas principalmente ao tamanho e forma dos grupos hidrofóbicos. Também está relacionado a grupos hidrofílicos. A estrutura do grupo hidrofílico muda mais do que o grupo hidrofóbico, de modo que a classificação dos surfactantes é geralmente baseada na estrutura do grupo hidrofílico. Essa classificação é baseada no fato de o grupo hidrofílico ser iônico e dividido em tipos aniônicos, catiônicos, não iônicos, zwitteriônicos e outros tipos especiais de surfactantes.
5. Características da solução aquosa de surfactante
① Adsorção de surfactante na interface
As moléculas de surfactante têm grupos lipofílicos e hidrofílicos e são moléculas anfifílicas. A água é um líquido fortemente polar. Quando um surfactante é dissolvido em água, seus grupos hidrofílicos são solúveis em água devido à sua hidrofilicidade e fase aquosa, com base nos princípios de polaridade e repulsão similares. A fase repele e sai da água. Como resultado, as moléculas do surfactante (ou íons) são adsorvidas na interface das duas fases, o que reduz a tensão interfacial entre as duas fases. Quanto mais moléculas surfactantes (ou íons) são adsorvidas na interface, maior a diminuição da tensão interfacial.
②Algumas propriedades da membrana de adsorção
Pressão superficial da membrana de adsorção: O surfactante é adsorvido na interface gás-líquido para formar uma membrana de adsorção. Por exemplo, se um flutuador móvel sem atrito for colocado na interface, a membrana de adsorção é empurrada ao longo da superfície da solução pelo flutuador e a membrana gera uma pressão no flutuador. Essa pressão é chamada pressão superficial.
Viscosidade da superfície: Como a pressão superficial, a viscosidade da superfície é uma propriedade exibida por filmes moleculares insolúveis. Suspenda um anel de platina com um fio de metal fino, faça seu plano entrar em contato com a superfície da água da pia, gire o anel de platina, o anel de platina é prejudicado pela viscosidade da água e a amplitude diminui gradualmente. Com base nisso, a viscosidade da superfície pode ser medida primeiramente na superfície da água pura. Foi realizado um experimento para medir a atenuação da amplitude e, em seguida, medir a atenuação após a formação do filme de superfície. A viscosidade do filme de superfície foi obtida a partir da diferença entre os dois.
A viscosidade da superfície está intimamente relacionada à firmeza do filme de superfície. Como o filme de adsorção possui pressão e viscosidade da superfície, ele deve ser elástico. Quanto maior a pressão superficial e maior a viscosidade do filme de adsorção, maior o seu módulo de elasticidade. O módulo elástico do filme de adsorção de superfície é de grande importância no processo de estabilização.
③ Formação de micelas
A solução diluída de surfactante de rênio obedece às regras seguidas pela solução ideal. A quantidade de adsorção de surfactante na superfície da solução aumenta com o aumento da concentração da solução. Quando a concentração atinge ou excede um determinado valor, a quantidade de adsorção não aumenta mais. Essas moléculas surfactantes excessivas são desordenadas na solução ou, de alguma forma, existe uma maneira regular. A prática e a teoria mostraram que elas formam associações em solução, chamadas micelas.
Concentração micelar crítica: A concentração mínima de um surfactante para formar micelas em uma solução é chamada de concentração micelar crítica.
④ cmc de surfactantes comuns.
6. Balanço hidrofílico-lipofílico
HLB é uma abreviação do balanço hidrófilo lipófilo e representa o valor do balanço hidrofílico-lipofílico do grupo hidrofílico e do grupo lipofílico do surfactante, ou seja, o valor HLB do surfactante. Um grande valor de HLB indica que a molécula é fortemente hidrofílica e fracamente lipofílica; caso contrário, a lipofilicidade é forte e a hidrofilicidade é fraca.
QuirExigência do valor HLB
O valor HLB é um valor relativo; portanto, ao definir o valor HLB, como padrão, o valor HLB da parafina sem propriedade hidrofílica é especificado como 0 e o valor HLB do lauril sulfato de sódio com forte solubilidade em água é 40. Portanto, o valor de HLB do surfactante está geralmente na faixa de 1 a 40. Em geral, emulsificantes com um valor de HLB menor que 10 são lipofílicos, enquanto emulsificantes maiores que 10 são hidrofílicos. Portanto, o ponto de virada da lipofilicidade para a hidrofilicidade é de cerca de 10.
7.Emulsificação e solubilização
Dois tipos de líquidos mutuamente insolúveis, um formado por micropartículas (gotículas ou cristais líquidos) dispersos no outro, são chamados de emulsão. Como o produto interfacial dos dois líquidos aumenta quando a emulsão é formada, esse sistema é termodinamicamente instável. Para estabilizar a emulsão, é necessário adicionar um terceiro componente, um emulsificante, para reduzir a energia interfacial do sistema. Emulsificantes são surfactantes cuja principal função é atuar como leite. A fase na qual as gotículas existem na emulsão é denominada fase dispersa (ou fase interna, fase descontínua), e a outra fase conectada em uma peça é denominada meio de dispersão (ou fase externa, fase contínua).
①Emulsificantes e emulsões
Emulsão comum, uma fase é água ou solução aquosa e a outra fase é matéria orgânica imiscível em água, como óleo e cera. As emulsões formadas por água e óleo podem ser divididas em dois tipos, de acordo com sua dispersão: os óleos são dispersos na água para formar emulsões óleo em água, expressas em O / A (óleo / água): formas água em óleo a emulsão de água em óleo é expressa em A / O (água / óleo). Além disso, também é possível formar emulsões complexas de água em óleo em água W / O / W e óleo em água em óleo O / W / O em óleo.
Os emulsificantes estabilizam as emulsões reduzindo a tensão interfacial e formando um filme de interface monomolecular.
Requisitos para emulsificantes na emulsificação: a: o emulsificante deve ser capaz de adsorver ou enriquecer na interface das duas fases para reduzir a tensão interfacial; b: o emulsificante deve carregar as partículas e causar repulsão eletrostática entre as partículas, ou uma película protetora estável e altamente viscosa é formada ao redor das partículas. Portanto, as substâncias utilizadas como emulsificantes devem ter grupos anfifílicos para efetuar a emulsificação. Os surfactantes podem atender a esse requisito.
② Método de preparação da emulsão e fatores que afetam a estabilidade da emulsão
Existem dois métodos para preparar emulsões: um é usar métodos mecânicos para dispersar líquidos como partículas finas em outro líquido, que é usado principalmente na indústria para preparar emulsões; o outro é dissolver líquidos em um estado molecular. Em outro líquido, é então adequadamente agregado para formar uma emulsão.
A estabilidade da emulsão refere-se à capacidade de resistir à agregação de partículas, levando à separação de fases. Emulsões são sistemas termodinamicamente instáveis com grande energia livre. Portanto, a chamada estabilidade da emulsão na verdade se refere ao tempo necessário para o sistema atingir o equilíbrio, ou seja, o tempo necessário para que um líquido se separe no sistema.
