表面活性剂

表面活性剂（又称界面活性剂）是能使目标溶液表面张力显著下降的物质，可降低两种液体或液体-固体间的表面张力。最典型的例子是肥皂，具分解、渗入的效果，应用广泛。表面活性剂一般为具有亲水与疏水基团的有机两性分子，通常是两亲的有机化合物，含有疏水基团（“尾”）和亲水基团（“头”）。因此，它们在有机溶剂和水中均可溶。“表面活性剂按照种类，可以分为：它在溶液中的浓度超过某一临界值后，会自发缔合形成胶束（micelle）。胶束开始明显形成时的“浓度”，称为临界胶束浓度（CMC），是表面活性剂的重要参数。“表面活性剂”一词的英文surfactant/surfactants由surface active agents（表面+活性+剂）组成的合成词，于1950年由安德拉的产品首先使用。表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，或通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。许多表面活性剂也能在本体溶液中，聚集成为聚集体。囊泡和胶束都是此类聚集体。表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子／极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是反胶束。在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。表面活性剂通常分为四大类：阴离子，阳离子，非离子和两性离子（双电子）。表面活性剂系统的热动力学很重要，不论是理论上还是实践上。因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。表面活性剂溶液可能含有有序相（胶束）和无序相（自由表面活性剂分子和／或离子）。如常用的洗涤剂能够提高水在土壤中的渗透能力，但是效果仅仅持续数日（许多标准洗衣粉含有一定量的化学品，比如钠和溴，由于它们会破坏植物，不适于土壤）。商业土壤润湿剂会持续起效果一段时间，最终还是会被微生物降解。然而，有一些会对水生物的生物循环产生影响，因此必须小心防止这些产品流入地表径流，过量产品不应该洗消。其他例子：1. 肥皂日常生活中常见的肥皂就是典型的表面活性剂。肥皂可以用来洗净衣服、皮肤表面的油渍，而单用水却不容易洗掉，因为油是不溶于水的。那么，肥皂为什么能够洗净油渍呢？这得归功于表面活性剂的“两面派”特性。肥皂的成分是脂肪酸金属盐，它一头易溶于水，我们称之为“亲水基团”；另一头则难溶于水而易溶于油，我们称之为“憎水基团”或“亲油基团”。正因为这样特殊的结构，肥皂能够一头扎进水中，另一头扎进油中。这样，水拉着肥皂分子，肥皂分子再拉着油，就把油渍从衣服上拉下来啦！表面活性剂分子中同时具有亲水基团和亲油基团，这种特性也叫做“双亲”（amphiphilic）。由于表面活性剂的这种特性，在适当浓度时，它们在水中能形成胶束（micelle）：亲水的头部被水吸引朝外，亲油的尾部被水排斥从而朝里。在洗衣服的过程中，油渍就是被亲油基团拉到胶束的内部，而整个胶束又被水带走。如果是在油性环境中，它们又可以形成反胶束（inverse micelle），即头在内尾在外。这些胶束在化妆品中有着举足轻重的作用。2.化妆品常见的化妆品一般都是膏状或乳霜状的，其中既含有油也含有水，而且分散得非常均匀。水油不相容，那如何能使它们在护肤品中和平共处呢？表面活性剂在这时就发挥了重要的作用——乳化作用（Emulsification）。在水性环境中，表面活性剂形成胶束，把油的小颗粒包裹在胶束的中心，相当于在油颗粒外面套上了一件亲水的外衣，使它们能够自在又均匀地分散在水中，形成稳定的乳液（emulsion）。而当乳液被涂到皮肤上时，这些胶束就会破裂，从而释放出油颗粒（通常即是化妆品的有效成分）被皮肤吸收。表面活性剂可以有许多用途：也是许多日常用品的原料：