表面活性劑，也被稱作表面活性物質(zhì)，是一種能夠顯著降低水表面張力的溶質(zhì)。這種物質(zhì)屬于一類特殊的有機(jī)化合物，其分子結(jié)構(gòu)具有親水和疏水兩個不同的部分。親水部分能夠與水分子相互作用，而疏水部分則傾向于避開水分子。這種分子結(jié)構(gòu)使得表面活性劑在水溶液中能夠在水與空氣的界面上形成吸附層，有效降低水的表面張力。具體來說，表面活性劑分子的親水極性基團(tuán)會朝向水分子，而疏水的非極性碳鏈或碳環(huán)則會朝向空氣，從而在界面上形成定向排列。這種排列導(dǎo)致表面活性物質(zhì)在界面上的濃度高于溶液內(nèi)部，因此，增加單位面積所需的能量比純水要小。一般來說，分子中非極性部分越大，其表面活性也越強(qiáng)。

表面活性劑可以根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)被分為兩大類：離子型和非離子型。在離子型表面活性劑中，進(jìn)一步可以細(xì)分為陽離子型、陰離子型和兩性型表面活性劑。

表面活性劑的有效性

這是指表面活性劑能夠?qū)⑺谋砻鎻埩档偷降淖畹拖薅?。簡而言之，如果一種表面活性劑能夠顯著降低水的表面張力，那么它就被認(rèn)為是更有效的。這種降低表面張力的能力也被稱作表面活性劑的有效值。

表面活性劑的效率

這是指在使水的表面張力降低到特定水平時所需的表面活性劑濃度。一般來說，如果一種表面活性劑能在較低的濃度下實(shí)現(xiàn)這一效果，那么它的性能就被認(rèn)為是更好的。

表面活性劑結(jié)構(gòu)對其性能的影響

表面活性劑的性能，包括其效率和能力，與其分子結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，并且這兩個性能指標(biāo)往往呈現(xiàn)出相反的趨勢。

鏈長對性能的影響：

當(dāng)表面活性劑分子中的疏水基團(tuán)（憎水基團(tuán)）的碳鏈長度增加時，其在降低水表面張力方面的效率會提高，這意味著需要更少的表面活性劑就能達(dá)到相同的效果。然而，這種效率的提高可能會以犧牲其降低表面張力的能力為代價，即在碳鏈變長時，表面活性劑可能無法將水的表面張力降低到很低的水平。

支鏈和不飽和程度對性能的影響：

如果疏水基團(tuán)中存在支鏈或者不飽和鍵（如雙鍵）的數(shù)量增加，這通常會降低表面活性劑的效率，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)變化可能會干擾分子在水表面的排列。盡管如此，這種結(jié)構(gòu)的變化可能會增強(qiáng)表面活性劑的能力，即它們能夠?qū)⑺谋砻鎻埩档偷礁偷乃健?

表面活性劑膠束的形成

膠束和臨界膠束濃度（CMC）的形成：當(dāng)表面活性劑在水中的濃度逐漸增加時，它們首先在水的表面形成一層有序排列的單分子層。隨著濃度的進(jìn)一步增加，未被表面吸附的表面活性劑分子在溶液內(nèi)部開始聚集，它們的疏水基團(tuán)相互靠近，從而形成膠束結(jié)構(gòu)。

臨界膠束濃度（CMC）的定義：

表面活性劑開始形成膠束的最低濃度點(diǎn)被稱為臨界膠束濃度。這個濃度標(biāo)志著表面活性劑從單體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z束狀態(tài)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。

膠束的形態(tài)多樣性：根據(jù)表面活性劑的親水基團(tuán)的不同特性以及溶液的濃度，形成的膠束可以有多種形態(tài)，包括棒狀、層狀或球狀等。

膠束形成對溶液性質(zhì)的影響：

當(dāng)表面活性劑的濃度達(dá)到CMC時，溶液的性質(zhì)開始偏離理想溶液的行為。這種變化在表面張力與濃度的關(guān)系曲線上表現(xiàn)為一個明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。超過CMC后，即使繼續(xù)增加表面活性劑的濃度，水的表面張力也不會進(jìn)一步降低，但溶液中的膠束數(shù)量和大小會繼續(xù)增加。

HLB值與表面活性劑的選擇

HLB（依凡，尼洛夫法）值是一種用于測量表面活性劑（也稱為表面活性劑）的極性度的指標(biāo)。依凡尼洛夫（HLB）值是一種常用的表面活性劑組合的量化指標(biāo)，主要是用來確定表面活性劑的最佳組合。

HLB（依凡尼洛夫）值計算過程有以下四步：

第一步：計算組份的HLB值。

HLB值是用來衡量表面活性劑的極性度的指標(biāo)，可以用來確定每種表面活性劑的組合，確定母液的形成與特性。每種表面活性劑都有其自身的HLB值，可以簡單地通過手冊或者互聯(lián)網(wǎng)等方式獲得這個HLB值。

第二步：根據(jù)公式計算表面活性劑總體的HLB值。

通過以下公式可以計算表面活性劑的總體HLB值：

總體HLB值=∑［每種表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)x每種表面活性劑對應(yīng)的HLB值］

第三步：根據(jù)總體HLB值計算混合液體的表面張力

根據(jù)總體HLB值可以計算混合液的表面張力，公式如下：表面張力=20x總體HLB值（dyn/cm）

第四步：計算和結(jié)果報告

最后，將所有步驟的結(jié)果匯總在一起，就可以得出總體表面活性劑組合的HLB值和其對應(yīng)的表面張。

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，我們可以根據(jù)HLB值來選擇最合適的表面活性劑。HLB值的不同范圍對應(yīng)著不同的應(yīng)用：

①當(dāng)HLB值在2到6之間時，表面活性劑適合作為油包水型乳化劑，這種類型的乳化劑能夠?qū)⒂偷畏稚⒃谒小?

②當(dāng)HLB值在8到10之間時，表面活性劑適合作為潤濕劑，幫助液體更好地在固體表面鋪展。

③當(dāng)HLB值在12到18之間時，表面活性劑適合作為水包油型乳化劑，這種類型的乳化劑能夠?qū)⑺畏稚⒃谟椭小?

表面活性劑的關(guān)鍵作用及其應(yīng)用

①潤濕作用：表面活性劑通過降低液體表面張力和改變接觸角，實(shí)現(xiàn)潤濕效果。

②洗滌作用：表面活性劑通過降低污垢與固體表面的粘附力來去污，理想的洗滌劑應(yīng)具備良好的潤濕性、降低界面張力的能力、一定的起泡或增溶作用，以及在清潔后形成保護(hù)膜防止再污染。

③增溶作用：表面活性劑如油酸鈉能顯著增加非極性有機(jī)物（如苯）在水中的溶解度，這些有機(jī)物實(shí)際上是分散在膠束中，而非均勻溶于水。

④起泡作用：表面活性劑能形成強(qiáng)度足夠的液體薄膜包圍空氣，形成泡沫，用于選礦、滅火和清潔等，主要功能包括降低表面張力、增強(qiáng)泡沫膜的穩(wěn)定性和彈性，以及調(diào)節(jié)泡沫的表面黏度。

⑤乳化作用：表面活性劑能形成乳狀液，分為水包油（O/W）和油包水（W/O）兩種類型，分別以水和油為外相。