表面活性劑，也被稱(chēng)作表面活性物質(zhì)，是一種能夠顯著(zhù)降低水表面張力的溶質(zhì)。這種物質(zhì)屬于一類(lèi)特殊的有機化合物，其分子結構具有親水和疏水兩個(gè)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(kāi)水分子。這種分子結構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(lái)說(shuō)，表面活性劑分子的親水極性基團會(huì )朝向水分子，而疏水的非極性碳鏈或碳環(huán)則會(huì )朝向空氣，從而在界面上形成定向排列。這種排列導致表面活性物質(zhì)在界面上的濃度高于溶液內部，因此，增加單位面積所需的能量比純水要小。一般來(lái)說(shuō)，分子中非極性部分越大，其表面活性也越強。

表面活性劑可以根據其化學(xué)結構被分為兩大類(lèi)：離子型和非離子型。在離子型表面活性劑中，進(jìn)一步可以細分為陽(yáng)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將水的表面張力降低到的最低限度。簡(jiǎn)而言之，如果一種表面活性劑能夠顯著(zhù)降低水的表面張力，那么它就被認為是更有效的。這種降低表面張力的能力也被稱(chēng)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(shí)所需的表面活性劑濃度。一般來(lái)說(shuō)，如果一種表面活性劑能在較低的濃度下實(shí)現這一效果，那么它的性能就被認為是更好的。

表面活性劑結構對其性能的影響

表面活性劑的性能，包括其效率和能力，與其分子結構有著(zhù)密切的關(guān)系，并且這兩個(gè)性能指標往往呈現出相反的趨勢。

鏈長(cháng)對性能的影響：

當表面活性劑分子中的疏水基團（憎水基團）的碳鏈長(cháng)度增加時(shí)，其在降低水表面張力方面的效率會(huì )提高，這意味著(zhù)需要更少的表面活性劑就能達到相同的效果。然而，這種效率的提高可能會(huì )以犧牲其降低表面張力的能力為代價(jià)，即在碳鏈變長(cháng)時(shí)，表面活性劑可能無(wú)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：

如果疏水基團中存在支鏈或者不飽和鍵（如雙鍵）的數量增加，這通常會(huì )降低表面活性劑的效率，因為這些結構變化可能會(huì )干擾分子在水表面的排列。盡管如此，這種結構的變化可能會(huì )增強表面活性劑的能力，即它們能夠將水的表面張力降低到更低的水平。

表面活性劑膠束的形成

膠束和臨界膠束濃度（CMC）的形成：當表面活性劑在水中的濃度逐漸增加時(shí)，它們首先在水的表面形成一層有序排列的單分子層。隨著(zhù)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部開(kāi)始聚集，它們的疏水基團相互靠近，從而形成膠束結構。

臨界膠束濃度（CMC）的定義：

表面活性劑開(kāi)始形成膠束的最低濃度點(diǎn)被稱(chēng)為臨界膠束濃度。這個(gè)濃度標志著(zhù)表面活性劑從單體狀態(tài)轉變?yōu)槟z束狀態(tài)的轉變點(diǎn)。

膠束的形態(tài)多樣性：根據表面活性劑的親水基團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：

當表面活性劑的濃度達到CMC時(shí)，溶液的性質(zhì)開(kāi)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(xiàn)上表現為一個(gè)明顯的轉折點(diǎn)。超過(guò)CMC后，即使繼續增加表面活性劑的濃度，水的表面張力也不會(huì )進(jìn)一步降低，但溶液中的膠束數量和大小會(huì )繼續增加。

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(chēng)為表面活性劑）的極性度的指標。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，主要是用來(lái)確定表面活性劑的最佳組合。

HLB（依凡尼洛夫）值計算過(guò)程有以下四步：

第一步：計算組份的HLB值。

HLB值是用來(lái)衡量表面活性劑的極性度的指標，可以用來(lái)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(jiǎn)單地通過(guò)手冊或者互聯(lián)網(wǎng)等方式獲得這個(gè)HLB值。

第二步：根據公式計算表面活性劑總體的HLB值。

通過(guò)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)量分數x每種表面活性劑對應的HLB值］

第三步：根據總體HLB值計算混合液體的表面張力

根據總體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：計算和結果報告

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

根據不同的應用需求，我們可以根據HLB值來(lái)選擇最合適的表面活性劑。HLB值的不同范圍對應著(zhù)不同的應用：

①當HLB值在2到6之間時(shí)，表面活性劑適合作為油包水型乳化劑，這種類(lèi)型的乳化劑能夠將油滴分散在水中。

②當HLB值在8到10之間時(shí)，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HLB值在12到18之間時(shí)，表面活性劑適合作為水包油型乳化劑，這種類(lèi)型的乳化劑能夠將水滴分散在油中。

表面活性劑的關(guān)鍵作用及其應用

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

②洗滌作用：表面活性劑通過(guò)降低污垢與固體表面的粘附力來(lái)去污，理想的洗滌劑應具備良好的潤濕性、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膜防止再污染。

③增溶作用：表面活性劑如油酸鈉能顯著(zhù)增加非極性有機物（如苯）在水中的溶解度，這些有機物實(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、增強泡沫膜的穩定性和彈性，以及調節泡沫的表面黏度。

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(lèi)型，分別以水和油為外相。