表面活性剂在固液界面的吸附机制

　　【来源/作者】北纳创联 

 
　　表面活性剂在固液界面上的吸附机制可罔表面活性剂的类型和固体表面性质的不同而不同。一般来讲，这种吸附过程可分为两个阶段。在表面活性剂浓度小于或远小于其CMC时，表面活性剂以单个离子或分子的形式吸附；当浓度接近或略低于其CMC时，已吸附的表面活性剂可以因其疏水效应而形成二维缔合物，也可因同样的效应使体相溶液中的表面活性剂参与二维缔合物的形成，这将导致吸附量的急剧增加。因表面活性剂浓度不同，吸附可停留在第1阶段，或进而达到第2阶段完成。

　　l.表面活性剂在固液界面吸附的主要作用力

　　表面活性剂分子的两亲结构使其在界面吸附。除此之外，表面活性剂分子或离子在固体表面吸附的主要作用力还有：

　　(1)静电作用

　　固体表面在水中可因多种原因而带有某种电荷。离子型表面活性剂在水溶液中解离后，带正电的固体表面易吸附带负电的表面活性剂阴离子，带负电的固体表面易吸附表面活性剂阳离子。

　　(2)色散力

　　表面活性剂分子离子的非电离部分可与固体表面产生色散力作用，因色散力而引起的吸附量与表面活性剂的分子大小有关，相对分子质量越大，吸附量越大。

　　(3)氢键

　　固体表面的某些基因有时可与表面活性剂中的一些原子形成氢键而使其吸附。如硅胶表面的羟基可与聚氧乙烯醚类的非离子型表面活性剂分子中的氧原子形成氢键。

　　(4)∏电子的极化作用

　　∏电子的极化作用表现在含有芳环的表面活性剂分子，因芳环的富电子性可与固体表面强正电位间产生作用而形成吸附。不过有时也可能与表面某些基团形成氢键。

　　(5)疏水基相互作用

　　在低浓度时，已被吸附了的表面活性剂分子的疏水基与在液相中的表面活性剂分子的疏水基相互作用，在固液界面上形成多种结构形式的吸附胶团，使吸附量急剧增加。

　　2．离子型表面活性剂在带电符号相反的固体表面的吸附

　　离子型表面活性剂在固液界面上的吸附受到两方面的影响：其一，受表面活性剂和固体表面电性质的影响，一般来说，表面活性剂离子易于在带相反电荷的固体表面吸附；其二，受表面活性剂疏水链的链长的影响。相同条件下，表面活性剂同系物疏水链长的吸附量更大。

　　3．非离子型表面活性剂在固液界面的吸附 

　　非离子型表面活性剂分子和固体表面之间没有静电作用。图3一11为一种非离子型表面活性剂在固液界面上的吸附模型。 

　　

　　此模型将吸附分为5个阶段；固体与表面活性剂的作用分为弱、中、强(A～C)3种状况。在吸附阶段I，由于表面活性剂浓度很低，吸附分子间距离很远，吸附剂与表面活性剂间的主要作用力是范德华力，他们之间的相互作用可以忽略。随表面活性剂相对分子质量增加，吸附量增加，被吸附分子无规则地平躺于界面上。

　　随着表面活性剂浓度增加，吸附进入阶段Ⅱ，此时界面已被平躺的表面活性剂分子铺满，吸附等温线出现转折。阶段I和阶段Ⅱ都未涉及表面活性剂和同体表面的性质。

　　在吸附阶段Ⅲ，随着表面活性剂浓度继续增加，吸附量增加，吸附分子不再局限于平躺的方式。在非极性吸附剂上，表面活性剂的亲水基团与固体表面作用较弱，疏水部分作用较强，亲水基翘向水相，疏水基仍平躺于界面上[图3一11(ⅢA)]。在极性吸附剂上则以相反方式吸附[图3一11(Ⅲc)]。图3一11(ⅢB)为处于中间状态的结果，在此阶段界面上的表面活性剂分子排列比阶段Ⅱ紧密。

　　当表面活性剂浓度达到其CMC时，体相溶液中开始大量形成胶团，吸附进入阶段Ⅳ。此时固液界面上吸附的表面活性剂分子采取定向排列的方式[图3一11(ⅣA或ⅣB)]。这种排列方式使吸附量急剧增加。表面活性剂浓度大于CMC后继续增加，在极性固体上可形成双层定向排列或表面胶团，吸附量继续大幅增大(阶段V)。与此吸附模型相应的吸附等温线如图3—12所示。

　　

　　根据上述模型，所有吸附等温线都有l～2个平台区。第一平台出现时的浓度应与吸附分子铺满单层时的浓度接近，平台结束时的浓度应相应于表面活性剂的CMC。随后弱吸附量急剧增加则反映了固液界面上紧密定向单层(或双层)和半胶团(或表面胶团)的形成。
 

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