主题：【资料】表面张力与表面活性剂

(1)定义或解释
　　①促使液体表面收缩的力叫做表面张力[1]。
　　②液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力。
　　
　　(2)单位
　　表面张力的单位在SI制中为牛顿/米（N/m），但仍常用达因/厘米（dyn/cm）, 1dyn/cm = 1mN/m。
　　(3)说明
　　①表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。 如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。
　　②表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此，如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分，如图所示。F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。这种表面层中任何两部分闻的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。
　　③表面张力F的大小跟分界线MN的长度成正比。可写成F=σL或σ=F/L。
　　比值σ叫做表面张力系数，它的单位常用dyn／cm。在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。
　　液膜表面张力系数=液膜的表面能/液膜面积=F表面张力/(2*所取线段长）。
　　表面张力系数与液体性质有关，与液面大小无关。

表面张力在自然界
　　在自然界中，我们可以看到很多表面张力的现象和对张力的运用。比如，露水总是尽可能的呈球型（题图），而某些昆虫则利用表面张力可以漂浮在水面上。
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表面张力的实验
　　实验一：
　　这个实验，也可以说是一个关于表面张力的小游戏。先找一个朋友和你一起来进行这个游戏，然后准备一杯水（把水加到杯子的边缘处,目视水至杯口齐平处），16枚1元的硬币(也可以更多)。然后是这个游戏的规则，和朋友每人一次向杯子里轮流投放硬币，每次投放硬币数没有限制，可以一次放进1枚，可以2或3枚,或者更多，直到谁先把水溢出杯子为止。投放硬币的时候用拇指和食指捏住硬币轻轻的放进盛满水的杯子。本人最多一次投放了16枚1元硬币。
　　实验二
　　有孔纸片托水
　　材料：瓶子一个、大头针一个、纸片一张，有色水一满杯
　　操作：
　　1、在空瓶内盛满有色水。
　　2、用大头针在白纸上扎许多孔。
　　3、把有孔纸片盖住瓶口。
　　4、用手压着纸片，将瓶倒转，使瓶口朝下。
　　5、将手轻轻移开，纸片纹丝不动地盖住瓶口，而且水也未从孔中流出来。
　　讲解：　　薄纸片能托起瓶中的水，是因为大气压强作用于纸片上，产生了向上的托力。小孔不会漏出水来，是因为水有表面张力，水在纸的表面形成水的薄膜，使水不会漏出来。这如同布做的雨伞，布虽然有很多小孔，仍然不会漏雨一样。

表面活性剂
1.概念：
　　表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
　　2.组成：分子结构具有两亲性
　　非极性烃链： 8个碳原子以上烃链
　　极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。
　　3.吸附性：
　　溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性，
　　固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，
　　极性固体表面可发生多层吸附

表面活性剂的分类
　　表面活性剂的分类方法很多，
　　根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等；
　　根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等；
　　有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。
　　按极性基团的解离性质分类
　　1、阴离子表面活性剂 ：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠
　　2、阳离子表面活性剂：季铵化物
　　3、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型
　　4、非离子表面活性剂： 脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温）

阴离子表面活性剂
　　1、肥皂类
　　系高级脂肪酸的盐，通式: (RCOOˉ)n M。脂肪酸烃R一般为11~17个碳的长链，常见有硬脂酸、油酸、月桂酸。根据M代表的物质不同，又可分为碱金属皂、碱土金属皂和有机胺皂。它们均有良好的乳化性能和分散油的能力。但易被破坏，碱金属皂还可被钙、镁盐破坏，电解质亦可使之盐析 。
　　碱金属皂：O/W
　　碱土金属皂：W/O
　　有机胺皂：三乙醇胺皂
　　2、硫酸化物 RO-SO3-M
　　主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类。脂肪烃链R在12~18个碳之间。
　　硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，俗称土耳其红油。
　　高级脂肪醇硫酸酯类有十二烷基硫酸钠（SDS、月桂醇硫酸钠）
　　乳化性很强，且较稳定，较耐酸和钙、镁盐。在药剂学上可与一些高分子阳离子药物产生沉淀，对粘膜有一定刺激性，用作外用软膏的乳化剂，也用于片剂等固体制剂的润湿或增溶。
　　3、磺酸化物 R-SO3 - M
　　属于这类的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物。它们的水溶性和耐酸耐钙、镁盐性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。
　　常用品种有：二辛基琥珀酸磺酸钠（阿洛索-OT），十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠

阳离子表面活性剂
　　该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。
　　常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。

两性离子表面活性剂
　　这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团，在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。
　　1、卵磷脂：是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料
　　2、氨基酸型和甜菜碱型：
　　氨基酸型：R-NH+2-CH2CH2COO－
　　甜菜碱型：R-N+(CH3)2-COO—。
　　在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质，具有很强的杀菌能力。

非离子表面活性剂
　　1.脂肪酸甘油酯： 单硬脂酸甘油酯；
　　HLB为3~4，主要用作W/O型乳剂辅助乳化剂。
　　2.多元醇
　　蔗糖酯：HLB（5~13）O/W乳化剂、分散剂
　　脂肪酸山梨坦（Span） ：W/O乳化剂
　　聚山梨酯（Tween） ： O/W乳化剂
　　3.聚氧乙烯型：Myrij(卖泽类，长链脂肪酸酯）;Brij （脂肪醇酯）
　　4.聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物： Poloxamer
　　能耐受热压灭菌和低温冰冻,静脉乳剂的乳化剂

表面活性剂的基本性质
　　1.临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。
　　2.亲水亲油平衡值（HLB）：表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。　　混合加和性：HLB=（HLBa Wa+HLBb /Wb） / （Wa+Wb）
　　理论计算：HLB=∑（亲水基团HLB值）+∑（亲油基团HLB）-7
　　表面活性剂的基本性质
　　3、增溶作用　　1）胶束增溶：水不溶性、微溶性药物在胶束溶液中溶解度显著增加
　　非洛地平-----0.025%吐温-----10倍
　　（表）亲水基团---亲油基团，
　　（药）极性基团---非极性基团
　　cmc，“表”的量，胶束，增溶量，最大增溶浓度（MAC）

表面活性剂的应用
　　1.增溶：C>CMC （ HLB13~18）
　　增溶体系为热力学平衡体系
　　CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高
　　温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度
　　Krafft点：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点， Krafft点越高，其临界胶束浓度越小
　　昙点：对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为起昙，此温度称为昙点。在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；在碳氢链相同时，聚氧乙烯链越长则浊点越高。
　　2.乳化剂：
　　HLB：3-8 W /O型乳化剂：Tween；一价皂
　　HLB：8-16 O/W型乳化剂：Span；二价皂
　　3.润湿：（HLB：7-9）
　　4.助悬
　　5.起泡和消泡
　　6.消毒、杀菌
　　7.去垢剂