理论教育 胶束溶液增溶效应-界面现象

胶束溶液增溶效应-界面现象

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:一方面,温度变化使胶束的形状、大小、临界胶束浓度发生改变,这必然影响其增溶能力;另一方面,温度变化使溶剂和溶质分子间的相互作用改变,致使溶质的溶解性质发生显著变化。一般来说,若温度改变促使临界胶束浓度降低或使聚集数增加则会助长其增溶效应。

胶束溶液增溶效应-界面现象

1.增溶效应的基本原理

不溶或微溶于水的有机物表面活性剂水溶液中的溶解度会明显增大,由于这种增溶效应只发生在临界胶束浓度以上的溶液中,所以又称为胶束的增溶效应。胶束的这种独特的性质极有应用价值。例如,可有效地解决一些两相体系均化的问题,还可为一些在常规两相体系中难以完成的化学反应提供适宜的介质。

增溶效应的基本原理:由于胶束的特殊结构,从它的内核到水相提供了从非极性到极性环境的全过渡。各类极性和非极性的有机溶质,在胶束溶液中都可以找到合适的溶解环境而存在于其中。具有疏水性的难溶或微溶有机物,能够很轻松地进入胶束内部,被胶束包裹而融为一体。物质的溶解性要求溶剂具有适宜的极性。因此,表面活性剂胶束的增溶现象,应与有机物溶于混合溶剂的现象区别开来。例如,苯在水中的溶解度,可因加入乙醇而大大增加。不过,为此加入的乙醇量比较大。它是由于乙醇改变了溶剂水的性质的结果,叫作水溶助长作用或助溶作用。图2-31示出难溶物在这两种体系中的溶解度与体系组成的关系,由此可看出两者的区别。

图2-31 溶解度随浓度的变化曲线

2.表面活性剂胶束溶液对溶质的增溶方式

表面活性剂胶束溶液对溶质的增溶方式,大致可以分为以下四种。

(1)溶质进入胶束内部,主要适用于非极性有机物的增溶;

(2)溶质分子与形成胶束的表面活性剂分子穿插排列,主要适用于具有两亲性的难溶有机物;

(3)溶质分子被吸附于胶束表面,主要适用于某些既不溶于水又不溶于烃的有机物,如苯二甲酸二甲酯以及一些染料

(4)溶质被包含于胶束的极性基层,这是聚氧乙烯型表面活性剂胶束的一种特殊增溶方式,主要适用于酚类化合物。

上述四种增溶方式示意图如图2-32所示。虽然增溶方式主要取决于溶质和表面活性剂的化学结构,但胶束溶液处于动态平衡之中,某一特定溶质分子的位置会随时间迅速改变,因此,上述增溶方式与所适用的溶质之间,只是一种优选方式,该方式发生的概率较大,并不能说溶质就不会以其他方式增溶。事实上,已经发现一些复合型增溶方式,例如苯可以首先加溶于非离子表面活性剂胶束的极性基层,然后又进入胶束的栅栏层及内核。(www.daowen.com)

图2-32 增溶方式示意图

3.影响增溶效应的因素

增溶效应的强弱首先与体系的化学组成有关,可以从表面活性剂和溶质两方面来分析。表面活性剂的增溶能力受其类型的影响,具有同样疏水基的不同类型表面活性剂的增溶能力常有如下由强到弱的顺序:

非离子型>阳离子型>阴离子型

这是由于表面活性剂分子在各类胶束中排列的紧密程度不同,在不破坏原有结构的条件下,能容纳外来分子的量也各不相同。一般规律如下。

(1)表面活性剂的碳链越长,临界胶束浓度越低,聚集数越大,使得胶束对非极性分子的增溶量也越大。

(2)疏水链分支化程度越高.体系的增溶能力越低。

(3)非离子型表面活性剂中,聚氧乙烯链长的增加使脂肪烃的增溶量减少。

从溶质方面来看,它的大小、形状、极性及分支状况都对增溶效果有明显影响。通常在同一种表面活性剂胶束溶液中的最大增溶量与溶质的摩尔体积成反比。溶质具有不饱和结构或带有苯环时,增溶量会增加,但萘环却起相反的作用。溶质结构分支化的影响很小。

温度对增溶效应也有一定影响。一方面,温度变化使胶束的形状、大小、临界胶束浓度发生改变,这必然影响其增溶能力;另一方面,温度变化使溶剂和溶质分子间的相互作用改变,致使溶质的溶解性质发生显著变化。一般来说,若温度改变促使临界胶束浓度降低或使聚集数增加则会助长其增溶效应。增溶效应在微乳制备、乳液聚合、三次采油、洗涤、胶束催化等实用过程中都发挥着十分重要的作用。

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