理论教育 疏水效应与似冰理论:界面现象探究

疏水效应与似冰理论:界面现象探究

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:表面活性剂中的极性基或离子性基团与水分子间有强烈的相互吸引作用,而非极性基团却呈现出逃离水的趋势,通常将表面活性剂的这种端基效应称为疏水效应。人们对疏水效应的认识有一个发展过程。不过,疏水基间的相互作用能,并不见得大于它和水分子间的,同时,这也不能解释疏水效应引起的物理化学作用所具有的熵增加的特点。

疏水效应与似冰理论:界面现象探究

表面活性剂中的极性基或离子性基团与水分子间有强烈的相互吸引作用,而非极性基团却呈现出逃离水的趋势,通常将表面活性剂的这种端基效应称为疏水效应。人们对疏水效应的认识有一个发展过程。起初.基于油水不相溶的现象,引入非极性基团的憎水性概念,并归结为非极性基团与水分子互相排斥的结果。但是,没有一种合理的机制能说明这种排斥作用。随后,又有人提出“相似相亲”原则。不过,疏水基间的相互作用能,并不见得大于它和水分子间的,同时,这也不能解释疏水效应引起的物理化学作用所具有的熵增加的特点。Hartleym于1930年代提出了似冰理论。他认为,水分子间的强烈相互作用使得非极性基团被水分子“挤”出去。后经多人改进,最终由Kauzmanntn进行了完善总结,似冰理论的要点可简述如下:在纯水中,水分子可以自由取向,并在各个方向与其他水分子形成氢键,使得体系能量降至最低的数值。当溶质分子进入水中形成溶液时,溶质分子在一些方向上阻碍水分子间的强烈相互作用。为使体系能量尽可能低,水分子必选取能最多地形成氢键的方向定位。这类似于冰中水分子排列的情况,故叫作似冰结构。结构的有序化使水的构型熵减少,构成使自由能升高的因素。一切溶质分子都会有这种作用,但是由于极性基团与水分子间有氢键或其他强烈的相互作用,可降低体系自由能而补偿了阻断水分子间氢键的影响,使溶液体系得以稳定;而非极性基团,因为与水分子缺少强烈的相互作用,无法补偿此种熵减少所引起的自由能升高,而出现逃离水的趋势,这便是疏水效应。上述机理说明疏水效应是熵驱动过程,过程的热效应可以是负的(△H>0,吸热),因为只要T△S>△H,△G便是负的,过程便可自动进行。这正是溶液表面吸附和胶束化作用常有的现象。上述机理也预示疏水效应将随分子中碳氢基团大小而变化,碳氢基团越大,周围受影响的水分子就越多,引起的熵效应也相应增加。这可以说明表面活性随碳氢链长度变化的规律。(www.daowen.com)

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