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正文:
表面活性劑溶于水后,水分子之間的一些氫鍵結(jié)構(gòu)將重新排列,在表面活
性劑疏水鏈周圍形成新的結(jié)構(gòu)。一般認為液態(tài)水是由強的氫鍵生成的正四
面體型的冰狀分子和非結(jié)合的自由水分子所組成,非極性的烴類分子溶解
時,將助長這種水結(jié)構(gòu)。于是當表面活性劑溶解在水中時,水分子會在表
面活性劑的疏水鏈的周圍形成有序的冰樣結(jié)構(gòu)即所謂的“冰山”結(jié)構(gòu)。表
面活性劑在形成膠束的過程中,這種“冰山”結(jié)構(gòu)遂漸被破壞,恢復(fù)成自
由水分子,使體系的無序狀態(tài)增加,體系從比較有序變?yōu)楸容^無序,即為
嫡增加的過程,而此過程的焙變化不大,所以體系的吉布斯自由能變化為
負值。由于這一過程發(fā)生的本質(zhì)主要在于嫡增加,故常稱之為“嫡驅(qū)動過
程”,并將水溶液中表面活性劑非極性基團(如碳氫鍵)相互靠攏締合的作
用稱之為“疏水作用”。
在水溶液中,由于疏水作用,表面活性劑的疏水鏈存在力圖脫離水包
圍的趨勢,盡管在親水頭的作用下他們能夠溶于水相,但疏水基仍然會自
發(fā)從水環(huán)境中逃離并向界面遷移,將疏水基伸入另‘‘相中形成吸附。當
表面吸附達到飽和后,為了滿足表面活性劑分子的疏水基力圖從水環(huán)境中
逃離的熱力學(xué)趨勢,這些表面活性劑的疏水基常常在溶液中自發(fā)締合起來
,以消除圍繞在疏水基周圍水分子對疏水基的影響。這種自發(fā)締合的結(jié)果
將導(dǎo)致表面活性劑分子形成親水基朝向水相,疏水基聚集在中央的束狀或
球狀團簇結(jié)構(gòu),這種團簇結(jié)構(gòu)便被稱為膠束。因此,表面活性劑的這種趨
勢會導(dǎo)致兩種情況:(1)表面活性劑聚集在溶液的表面,非極性基團與水的
接觸最小化,而極性基團仍溶于水中,從而能夠降低溶液的表面張力:f2)
在溶液內(nèi)部形成膠束,即形成以疏水鏈段為內(nèi)核、親水鏈段為極性外殼的
膠束。
隨著濃度的變化,表面活性劑溶液可呈現(xiàn)多種不同的聚集狀態(tài),如圖3
—35所示。表面活性劑分子在‘+定濃度的水溶液中可自組織形成多種超分
子結(jié)構(gòu),-‘般在溶液濃度稀時形成球狀膠團,隨濃度增加而變化,白球形
變?yōu)殚L棒形,直至六角束、層狀液晶,隨著對表面活性劑溶液中的各種有
序組合體進一步研究發(fā)現(xiàn),一些表面活性劑的雙分子層或多分子層狀膠束
可以彎曲封閉起來形成囊泡,而有些表面活性劑以及銨鹽類表面活性劑在
反離子及助表面活性劑作用F形成的柱狀膠束長達幾百納米,被稱為蠕蟲狀
膠束(Worm.1ike Micelles)。球狀膠團可以說是最小的表面括性劑聚集物
,表面活性劑聚集體的各種結(jié)構(gòu),這些分子聚集體的形態(tài)結(jié)構(gòu)既取決于表
面活性劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu),也與溶液的環(huán)境條件(如溶液濃度、離子強度、
溫度、pH值)等有關(guān)。
表面活性劑溶液中存在不同類型的聚集體是溶液呈現(xiàn)不同的流變特性
的本質(zhì)原因。在高濃度且低黏度的表面活性劑溶液體系中,膠束呈球形,
流動特性與顆粒問無聯(lián)結(jié)的正常濃度分散體系一樣;相反,低濃度、高黏
度的表面活性劑溶液中膠束呈長柱狀,這類膠束的形狀可呈蠕蟲狀、線狀
及棒狀,溶液呈現(xiàn)出黏彈性。例如,在溶液攪拌后,裹在溶液中的空氣泡
產(chǎn)生彈性反沖,在幾分鐘時問內(nèi)觀察到氣泡如同靜止一般。
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