生物膜简介 自发单层分散
§13．6液-界面—润湿作用
当液体与固体的表面接触时，由于液体与固体表面性质及固液界面性质的不同，液体对固体的润湿程度也不同，液体在固体的表面会呈现不同的状态。如有的液体在表面形成小圆球，有的在固体的表面铺展成一个薄层。本节讨论液体对固体的润湿的情况以及接触角问题。
粘湿过程
粘湿是指液体与固体从不接触到接触，使部分液气界面和固气界
面转变成新的固－液界面的过程。
粘附功：当液体与固体的表面接触时，会将气液表面和气固表面转变为液固表面。如果各个界面都
为单位表面，这个过程的吉布斯自由能的变化为
?G??l?s??l?g??s?g
这个过程所做的功等于系统Gibbs自由能的增加值
Wa??G??l?s??l?g??s?g
Wa称为粘附功，是液体粘附固体时，环境对系统所做的最大功。它的数值越小，液体对固体粘附得也就越牢固。
浸湿过程
在恒温恒压及可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，使气固界面转变为液固界面，在这个过程中体系自由能的改变为
?G??l?s??s?g?Wi
Wi为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面
收缩而产生的浸湿能力，故Wi又称为粘附张力。Wi?0是液体浸湿固体的条件。
铺展过程
液体在固体的表面上铺展时，将气固表面转变成了气液表面，同时气液表面扩展了相同的面积。
在T，p不变的条件下，液体铺展单位表面积，系统吉布斯自由能的变化值为
?G??l?s??l?g??s?g
系统吉布斯自由能变化的负值称为铺展系数，
S???G??s?g??l?s??l?g
当S ＞0时，液体可以在固体的表面自动铺展，
目前，仅有?g?l可以用实验的办法进行测定，而?l?s和?l?g难以测定，所以还不能用上述公式计算来判断过程的方向。但接触角是可以测定的。因此根据上述理论的分析，结合实验所测定的和接触角的数据，可以作为解释各种润湿过程的依据。
接触角与润湿方程
液体在固体的表面上形成的液滴的形状，取决于各种界面张力的相对大小。当系统达到平衡时，各种界面张力的合力为零。而接触角则是气液界面和固液界面的夹角
很明显，在平衡时，三个力的合
力为零
s ?s?g??l?s??l?gco??s?g??s?lco?s??g?l
上式称为杨氏润湿方程。由上式可以得出如下的结论：
o（1）当?s?g??l?s??l?g,则cos??1,??0，此时接触角为零，属于完全润湿的情况。在毛细管上升时, 弯月面呈半球状就属于此类，当?s?g??l?s??l?g时,表示??0o时，还没有达成平衡，此时上式不能应用，液体会在固体的表面铺展成一个薄层。
1?cos?,?1,??90o，液体就可以润湿固体。 （2）如?s?g??l?s??l?g,则o???,则cos??0,?1,??90s?gl?s（3）如固体不能被液体润湿。
由可以测定的接触角θ及γg-l，可以表示Wa,Wi及S。
Wa??g?l?cos??1?Wi??g?lcos?S??g?l?cos??1?
由上述的讨论，可知液体对固体是否润湿，取决于三者的界面张力。能被液体所润湿的固体，为亲液性固体，不被液体润湿的固体为憎液性固体。固体的表面润湿性能与其结构有关。常见的液体是水，所以极性固体皆为亲水性，而非极性固体大多为憎水性。
§13．7 表面活性剂及其应用
某些物质当它以低浓度存在于某一系统（通常是指水为溶剂的系统）是被吸附在该系统的表面（界面）上，使这些表面的表面张力（或表面自由能）发生明显的降低的现象，这些物质称为表面活性剂，现在被广泛应用于是石油，纺织，农药，医药，采矿，食品，民用洗涤等各个领域。由于在工农业生产中主要是应用于改变水溶液的表面活性，所以一般不加说明，就是指降低水的表面张力和表面活性剂。
表面活性剂的特点就是具有结构的不对称性，都是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的基团所组成的有机化合物，它的非极性基团（又称亲油基团）一般是8～18个碳原子的真链烃（也可能是环烃），因而表面活性剂都是两亲分子，吸附在水表面时采取极性基团向着水而非极性基团远离水的表面定向。这种定向排列，使表面上不饱和的力场得到某种程度的平衡，从而降低了表面张力。
表面活性剂的分类
1. 阴离子表面活性剂:
羧酸盐，硫酸盐，磺酸盐，磷酸盐（磷酸酯盐可以有单脂盐，双酯盐；）
ONaONa
OROPOROP
ONaORRCH3NH4CH3Cl or Br2．阳离子表面活性剂: 活性剂:
A. 季铵盐型阳离子表面
CH3
C13H25COOCH2N(CH2CH2OH)2HCOOHB. 胺盐型阳离子表面活性剂:
C. 杂环类阳离子表面活性剂(咪唑啉型, 吡啶盐等)
RCNNHNCH2(咪唑啉)ClCH2CH2RCNHCH3
3.非离子表面活性剂
A. 脂肪醇聚氧乙烯醚, 烷基酚聚氧乙烯醚. B. 脂肪酸聚氧乙烯酯
C. 聚氧乙烯烷基酰醇胺(如6501 C11H23CONH(CHOH)2) C11H23CON(CHOH)2NH(C2H4OH)2
D. 多元醇酯 (如蔗糖酯, 季戊四醇酯, 甘油酯,失水山梨醇酯等) 山梨醇与失水山梨醇
H2COHOHCOHCH2CHCHOH140 o CHOCHHOCHCH浓硫酸CH2,1小时HCOHOHCOHH2COH
司盘(失水山梨醇脂肪酸酯)和
吐温(失水山梨醇聚氧乙烯醚脂肪酸酯)类表面活性剂
NRCH3C这类表面活性剂的特点是无毒,可以用于医疗和食品.
4.
两性表面活性剂 A. 甜菜碱型
B. 两性咪唑啉以及它们的开环衍生物 C. 氨基酸型两性表面活性剂
D.卵磷脂
RNHCH2CH2COOH 5.
OCH2CH2NH(CH3)3RNH4NCH2COONaCH2CHOOCORCOR'OPOCH3CH2CH2OHCH2CH2CH2OOO一些特殊的表面活性剂 氟表面活性剂 硅表面活性剂 磷表面活性剂
A. B. C.
D. 大分子表活性剂
表面活性剂的结构对其效率和有效值的影响
效率：使水和表面张力降低到一定数值所需要的表面活性剂的浓度（憎水作用强的效率高）。
有效值：指表面活性剂可以降低的水的表面张力的程度（憎水基团之间的结合力的强弱的衡量）。
效率的影响因素: 链长增加可以提高效率, 憎水基团有支链或带有不饱和链的表面活性剂的效率较低, 带有电荷的效率不高。
有效值的影响因素：带有支链或不饱和基团时，有效值增大，亲水基团向中间移动时，有效值增大，带有电荷的比不带电荷的有效值低。
总之，如果表面活性剂的脂肪链相互作用力大时（带有不饱和基团，支链等），表面活性剂在水的表面上可以形成致密的膜，降低表面张力的能力强，表面活性剂的有效值大。
表面活性剂在溶液中形成的胶束。
表面活性剂的HLB值
由于表面活性剂的种类繁多，用途很广，使用的系统的差异也很大，所以有必要提出有指导意义的规律表示表面活性剂特性。但由于使用的体系中表面活性剂分子之间的相互作用以及与使用的体系之间的相互作用，相互影响的关系极为复杂，至今还没有一个成熟的理论公式来表述表面活性剂的各种性质，但为了应用的需要，人们还是提出了一些经验的规律，为使用者提供借鉴。
表面活性剂的亲水性 这里所说的表面活性剂的亲水性，实际上是由表面活剂的亲水基的亲油基的相互作用的关系而导出的性质。由于表面活性剂总是由亲水基团和亲油基团构成的，所以表面活性剂的性质实际上是两种基团的相互作用，相互制约的结果。我们知道，表面活性剂的憎水基团一般为碳氢键链，而且有直链，支链。饱和与不饱和之分，亲水基团有离子型的（正离子，负离子）和非离子型的，对于不同的表面活性剂的性质，人们使用了一种方法—亲水亲油平衡值，来确定表面活性剂的相互比较的关系。方法如下：
A．对非离子型的表面活性剂，可以用下式公式表示：
亲水部分的摩尔质量100非离子表面活性剂的HLB??表面活性剂的摩尔质量5
这个公式是以石腊的HLB值为0，聚乙二醇的LHB值为20作为参考而提出来的。
例： P 350
B．对其它类型的表面活性剂，可以有两种方法确定其HLB，一种是把要确定HLB值的表面活性剂溶入水中，根据分散程度的高低来确定其HLB，另一种是由下列公式计算。
HLB = 7 + ∑（各基团的HLB值） 例
表13．5列出了一些表面活性剂的HLB值与性质的对应关系，在使用时可