表面活性剂怎样影响水的表面张力

已知降低水的表面张力，求原理

表面活性剂是一类在溶液体系中才能表现出具体特性的物质。在溶液浓度未达到临界胶囊浓度(CMC)时，表面活性剂分子存在两种状态，部分表面活性分子在液体界面上吸附定向排列，亲水基团指向水溶液里，亲油基团指向液面外空气，其原因是在分子液面或液体内部受力不同，若分子处于溶液内，所受各方面的作用力是不同的，其中有吸引力和内聚力，而在液面处就不同了，表面活性剂分子受液体内部的引力，即水分子对亲水基的引力和空气的引力大小不同，且前者较后者大的多，同时亲油基与水分子间只有斥力而无引力，所以分子被推向水面排列在液面上，当排列的分子数量足够多时，会在液体表面形成单分子薄膜，这种现象是定向吸附结果，大部分液体－空气界面被表面活性剂分子－空气界面所取代，这样创造单位面积的新界面时，就要形成比水－空气界面所需要能量小，这就是表面活性剂降低表面张力或界面张力的原因。
显然同种表面活性剂分子在液面处聚集愈多，浓度越高，表面张力降低得愈多，直到整个液面完全被表面活性剂分子所覆盖为止，表面张力降到最小值。
由于表面活性剂化学结构不同，降低表面张力效果所能达到的最低限值也不会相同，在两种互不相溶的液体，如油和水的液体界面上，表面活性剂会发生以上的定向吸附现象，而且表面活性剂的亲水基团和亲油基团都分别达到了较好的定向吸附效果，此时定向吸附作用越显著，降低张力或界面张力的效果更容易被观察到，对某些助剂，诸如，湿润剂、渗透剂、展着剂等降低表面张力非常重要。因为其决定着使用时，制剂在作用物上的湿润作用、渗透作用、展着作用。
而对另外一些助剂如分散剂、乳化剂、可溶化剂等降低界面张力则更重要，这是因为界面张力越小，整个体系就越容易被分散和被乳化，从而自动形成悬浮剂或乳化剂的能力更强。不同的表面活性剂在配方筛选中作用非常重要，直接决定着制剂的配方筛选的成功与否。

在日常生活中, 我们对见到的一些现象可能已经习以为常, 认为它们理应如此, 但是为什么会这样, 就没有过多地去想了．比如, 下过雨后, 我们可以见到树叶、草上的小水珠都接近於球形；不小心打碎了体温计后, 里面的水银掉到地上, 小水银滴也呈球形．另外我们也可以表演一个小魔术, 在一杯水里, 小心地把一枚针水平放置在水面上, 针浮在水面上而不沉於杯, 并且在针下面的水面上形成一个凹面．如果做得相当熟练, 你甚至可以用钮扣、小巧的平面形金属或硬币来代替针．所有这些现象都与表面张力有关． 那么, 什么是表面张力呢? 原来液体与气体相接触时, 会形成一个表面层, 在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力, 它能使液面自动收缩．表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的．处於液体表面层中的分子比液体内部稀疏, 所以它们受到指向液体内部的力的作用, 使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜, 有收缩趋势, 从而使液体尽可能地缩小它的表面面积．我们知道, 球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体．因此, 在表面张力的作用下, 液滴总是力图保持球形, 这就是我们常见的树叶上的水滴按近球形的原因．

表面活性剂具有亲油和亲水基团，溶于水后，亲水集团受到水分子吸引，甚至足以把一短截非极性烃链一并拉入水中，而亲油基团受到水分子的排斥。为了克服这种不稳定状态，就只有占据溶液的表面，将亲油伸向气相，亲水伸向水相。形成定向单分子吸附，使气-水和油-水，界面的张力下降，表现出表面活性。在液固界面上，产生了液体表面分子的向心收缩力，称为表面张力的合力，要想降低这个力，就要形成或外加一个方向相反的力与之抗衡，而表面活性剂一端亲水一端疏水，因此除了产生向内部的张力之外，还产生了与之相反的对疏水基团的斥力，这个力的存在自然能够降低表面张力。

分析超声波强度，超声波作用时间对常用表面活性剂水溶液表面张力的影响，结果表明：超声作用强度越大，溶液的表面张力越小；超声波作用时间长短不同，溶液的表面张力大小也不同；当超声波作用时间为2min时，溶液的表面张力达到最小；在相同的超声波强度及超声作用时间下，不同浓度的常用表面活性剂水溶液，其表面张力也不相同，但表面张力的降低率相差不大。

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