1. Tensione superficiale
La forza di contrazione della lunghezza arbitraria dell'unità della superficie del liquido è chiamata tensione superficiale e l'unità è N • m-1.
2, tensioattivo e tensioattivo
La proprietà che può ridurre la tensione superficiale di un solvente è chiamata attività di superficie e la sostanza con attività di superficie è chiamata sostanza di superficie attiva.
Le sostanze tensioattive che possono associare molecole in soluzione acquosa e formare associazioni come micelle, hanno un'elevata attività superficiale e hanno anche funzioni bagnanti, emulsionanti, schiumogene e di lavaggio chiamate tensioattivi.
3. Caratteristiche della struttura molecolare dei tensioattivi
I tensioattivi sono composti organici con strutture e proprietà speciali. Possono modificare in modo significativo la tensione interfacciale tra due fasi o la tensione superficiale di un liquido (solitamente acqua). Hanno proprietà bagnanti, schiumogene, emulsionanti e di lavaggio.
Per quanto riguarda la struttura, i tensioattivi hanno una caratteristica comune, cioè la molecola contiene due gruppi di proprietà diverse, un'estremità è un gruppo non polare a catena lunga, che è solubile in olio ma non in acqua, il cosiddetto idrofobo gruppi o gruppi idrofobici, tali gruppi idrofobici sono generalmente idrocarburi a catena lunga e talvolta fluoro organico, silicone, fosforo organico, catene di stagno organico e così via. L'altra estremità è un gruppo solubile in acqua, cioè un gruppo idrofilo o un gruppo idrofilo. Il gruppo idrofilo deve essere sufficientemente idrofilo per garantire che l'intero tensioattivo sia solubile in acqua e abbia la solubilità necessaria. Poiché i tensioattivi contengono gruppi idrofili e idrofobici, sono solubili in almeno una fase della fase liquida. Questa natura idrofila e lipofila di un tensioattivo è chiamata anfifilica.
4.Tipi di tensioattivi
Il tensioattivo è una molecola anfifilica con gruppi idrofobici e idrofili. I gruppi idrofobici di tensioattivi sono generalmente composti da idrocarburi a catena lunga, come gruppi alchilici a catena lineare da C8 a C20, gruppi alchilici a catena ramificata da C8 a C20, gruppi alchilfenilici (il numero di atomi di carbonio alchilico è compreso tra 8 e 16), ecc. . La differenza tra i gruppi idrofobici è principalmente nel cambiamento strutturale della catena idrocarburica, la differenza è piccola e ci sono più tipi di gruppi idrofili, quindi le proprietà dei tensioattivi sono principalmente correlate alla dimensione e alla forma dei gruppi idrofobici. È anche correlato a gruppi idrofili. La struttura del gruppo idrofilo cambia più del gruppo idrofobo, quindi la classificazione dei tensioattivi si basa generalmente sulla struttura del gruppo idrofilo. Questa classificazione si basa sul fatto che il gruppo idrofilo sia ionico, ed è diviso in tensioattivi anionici, cationici, non ionici, zwitterionici e altri.
5. Caratteristiche della soluzione acquosa di tensioattivo
① Adsorbimento del tensioattivo sull'interfaccia
Le molecole di tensioattivo hanno gruppi lipofili e idrofili e sono molecole anfifiliche. L'acqua è un liquido fortemente polare. Quando un tensioattivo viene sciolto in acqua, i suoi gruppi idrofili sono solubili in acqua a causa della loro idrofilia e fase acquosa, in base ai principi di polarità e repulsione simili. La fase respinge e lascia l'acqua. Di conseguenza, le molecole di tensioattivo (o ioni) vengono assorbite sull'interfaccia delle due fasi, il che riduce la tensione interfacciale tra le due fasi. Più molecole (o ioni) di tensioattivi vengono assorbite sull'interfaccia, maggiore è la diminuzione della tensione interfacciale.
② Alcune proprietà della membrana di adsorbimento
Pressione superficiale della membrana di adsorbimento: il tensioattivo viene adsorbito sull'interfaccia gas-liquido per formare una membrana di adsorbimento. Ad esempio, se un galleggiante mobile privo di attrito viene posizionato sull'interfaccia, la membrana di adsorbimento viene spinta lungo la superficie della soluzione dal galleggiante e la membrana genera una pressione sul galleggiante. Questa pressione si chiama pressione superficiale.
Viscosità superficiale: come la pressione superficiale, la viscosità superficiale è una proprietà esibita da film molecolari insolubili. Sospendi un anello di platino con un filo metallico sottile, fai in modo che il suo piano entri in contatto con la superficie dell'acqua del lavandino, ruoti l'anello di platino, l'anello di platino è ostacolato dalla viscosità dell'acqua e l'ampiezza diminuisce gradualmente. Sulla base di ciò, la viscosità superficiale può essere misurata innanzitutto sulla superficie dell'acqua pura. È stato condotto un esperimento per misurare l'attenuazione dell'ampiezza e quindi misurare l'attenuazione dopo la formazione del film superficiale. La viscosità del film superficiale è stata ottenuta dalla differenza tra i due.
La viscosità superficiale è strettamente correlata alla fermezza del film superficiale. Poiché il film di adsorbimento ha pressione superficiale e viscosità, deve essere elastico. Maggiore è la pressione superficiale e maggiore è la viscosità del film di adsorbimento, maggiore è il suo modulo elastico. Il modulo elastico del film di adsorbimento superficiale è di grande importanza nel processo di stabilizzazione.
③ Formazione di micelle
La soluzione diluita del tensioattivo al renio obbedisce alle regole seguite dalla soluzione ideale. La quantità di adsorbimento del tensioattivo sulla superficie della soluzione aumenta con l'aumentare della concentrazione della soluzione. Quando la concentrazione raggiunge o supera un determinato valore, la quantità di adsorbimento non aumenta più. Queste molecole di tensioattivo in eccesso sono disordinate nella soluzione, o in qualche modo c'è un modo regolare. La pratica e la teoria hanno dimostrato che formano associazioni in soluzione, che sono chiamate micelle.
Concentrazione micellare critica: la concentrazione minima di un tensioattivo per formare micelle in una soluzione è chiamata concentrazione micellare critica.
④ valore cmc di tensioattivi comuni.
6. Equilibrio idrofilo-lipofilo
HLB è un'abbreviazione di bilancio lipofilo idrofilo e rappresenta il valore di bilancio idrofilo-lipofilo del gruppo idrofilo e del gruppo lipofilo del tensioattivo, cioè il valore HLB del tensioattivo. Un grande valore di HLB indica che la molecola è fortemente idrofila e debolmente lipofila; altrimenti, la lipofilia è forte e l'idrofilia è debole.
EquRequisito del valore HLB
Il valore HLB è un valore relativo, quindi quando si imposta il valore HLB, come standard, il valore HLB della paraffina senza proprietà idrofila viene specificato come 0 e il valore HLB del sodio lauril solfato con forte solubilità in acqua è 40. Pertanto, il valore HLB del tensioattivo è generalmente compreso tra 1 e 40. In generale, gli emulsionanti con un valore HLB inferiore a 10 sono lipofili, mentre gli emulsionanti maggiori di 10 sono idrofili. Pertanto, il punto di svolta dalla lipofilia all'idrofilia è di circa 10.
7.Emulsificazione e solubilizzazione
Due tipi di liquidi reciprocamente insolubili, uno è formato da microparticelle (goccioline o cristalli liquidi) dispersi nell'altro è chiamato emulsione. Poiché il prodotto interfacciale dei due liquidi aumenta quando si forma l'emulsione, questo sistema è termodinamicamente instabile. Per stabilizzare l'emulsione, è necessario aggiungere un terzo componente, un emulsionante per ridurre l'energia interfacciale del sistema. Gli emulsionanti sono tensioattivi la cui funzione principale è quella di agire come un latte. La fase in cui esistono le goccioline nell'emulsione è chiamata fase dispersa (o fase interna, fase discontinua) e l'altra fase collegata in un pezzo è chiamata mezzo di dispersione (o fase esterna, fase continua).
①Emulsionanti ed emulsioni
Emulsione comune, una fase è acqua o soluzione acquosa e l'altra fase è materia organica immiscibile in acqua, come olio e cera. Le emulsioni formate da acqua e olio possono essere divise in due tipi in base alla loro dispersione: gli oli vengono dispersi in acqua per formare emulsioni olio in acqua, che è espressa in O / W (olio / acqua): forme acqua in olio L'emulsione acqua-in-olio è espressa in W / O (acqua / olio). Inoltre, è anche possibile formare complesse emulsioni acqua / olio-in-acqua W / O / W e olio / acqua-in-olio O / W / O.
Gli emulsionanti stabilizzano le emulsioni riducendo la tensione interfacciale e formando una pellicola di interfaccia monomolecolare.
Requisiti per gli emulsionanti nell'emulsificazione: a: l'emulsionante deve essere in grado di adsorbire o arricchire all'interfaccia delle due fasi per ridurre la tensione interfacciale; b: l'emulsionante deve caricare le particelle e causare repulsione elettrostatica tra le particelle, oppure attorno alle particelle si forma un film protettivo stabile e altamente viscoso. Pertanto, le sostanze utilizzate come emulsionanti devono avere gruppi anfifilici per poter effettuare l'emulsificazione. I tensioattivi possono soddisfare questo requisito.
② Metodo di preparazione dell'emulsione e fattori che influenzano la stabilità dell'emulsione
Esistono due metodi per preparare le emulsioni: una consiste nell'utilizzare metodi meccanici per disperdere i liquidi come particelle fini in un altro liquido, che viene utilizzato principalmente nell'industria per preparare le emulsioni; l'altro è dissolvere i liquidi in uno stato molecolare In un altro liquido, viene quindi opportunamente aggregato per formare un'emulsione.
La stabilità dell'emulsione si riferisce alla capacità di resistere all'aggregazione di particelle che porta alla separazione di fase. Le emulsioni sono sistemi termodinamicamente instabili con grande energia libera. Pertanto, la cosiddetta stabilità dell'emulsione si riferisce in realtà al tempo necessario affinché il sistema raggiunga l'equilibrio, cioè il tempo necessario affinché un liquido si separi nel sistema.
