No1 储运用剂前言

1、油气储运用剂2009.12.20油气储运专业限选课程课程开设人：杨飞课程主讲人：杨飞课程要求尊重知识，学习态度端正，不能仅仅为了混学分；选修本门课程同学必须参加考试，否则期末成绩以零分计；不能无故旷课，因特殊原因不能上课者必须出示正式的请假条；课堂点名五次不到者期末成绩以零分计；课堂纪律要求：不能迟到、早退，遵守课堂纪律；课程考核方式： 平时成绩 40（作业情况点名情况）； 考试成绩 60（闭卷考试闭卷考试）。为什么学习这门课程课程目的 在油气储运工程领域存在许多工程问题，而化学方法是解决这些工程问题的重要途径。 目前，大量化学药剂应用与油气储运工程领域，并且在应用中产生了巨大的经济效益和社会

2、效益。因此，学习油气储运用剂这门课程十分必要。 了解化学药剂在油气储运领域的应用现状，掌握其作用规律与作用机理，为将来从事石油开发或相关科研工作打好基础。 化学剂在油田、储运领域应用现状化学剂在油田、储运领域应用现状二 含蜡原油降凝剂的发展与应用现状含蜡原油降凝剂的发展与应用现状三 本门课程的主要章节：本门课程的主要章节： 前言：胶体与界面化学基本知识前言：胶体与界面化学基本知识一 高含蜡原油、稠油的乳化输送技术高含蜡原油、稠油的乳化输送技术四 原油乳状液的破乳技术与化学破乳剂原油乳状液的破乳技术与化学破乳剂五 油田污水处理剂发展、应用现状油田污水处理剂发展、应用现状七 管输原油紊流减阻剂的发

3、展与应用管输原油紊流减阻剂的发展与应用六本门课程的主要章节：本门课程的主要章节： 原油物性与化学剂评价方法介绍原油物性与化学剂评价方法介绍八 第一章第一章 前言部分前言部分 胶体与界面化学基础知识胶体与界面化学基础知识重点术语介绍：重点术语介绍：1、配价健 （Coordination bondCoordination bond）也称共价键，是指由一个原子提供共用电子对而成的键。2、络合与络合物 （ Hydrogen bondingHydrogen bonding）化合物分子中，凡是和电负性较大的原子相连的氢原子，都可能再和同一分子或另一分子内的令一电负性较大的原子相连，这样形成的键叫氢键。氢键

4、是分子间作用力，所以键能小于共价键小于离子键。3、氢键 （Complex bondComplex bond）通过配位键的结合叫络合，形成的化合物叫络合物。防垢剂的作用机理：通过多个共价键形成螯合（Chelate）。4、分子的极性 （ PolarityPolarity）即分子的带电性，它的大小以偶极矩衡量。所谓偶极矩是指分子中的正电中心与负电中心间的距离与电量的乘积。偶极矩越大，分子的极性越大。5、极性分子和非极性分子6、极性相近规则 偶极矩0 极性分子；HCl H2O H2S 偶极矩0 非极性分子。 CO2 正构烷烃 环烷烃 H2 O2 这是一条经验规则，即极性相近的物质（或部分）能很好结合（

5、比如溶解、共晶、吸附）。例：水（极性）能溶于乙醇（极性）而不溶于石蜡油（非极性）； 石蜡油能溶于苯而不溶于水； 表面活性剂吸附于油水界面，非极性基团伸向油中，极性基团伸向水中； 降凝剂非极性烷基链能够与石蜡共晶析出或吸附于蜡晶颗粒表面。7、分子间力 （ van der Waals forcevan der Waals force）包括取向力（由极性分子定向产生）、诱导力（由极性分子诱导另一分子产生）、色散力（核外电子瞬间分布不均匀产生瞬时偶极）。氢键也属于分子间力。8、相与相界面9、表面净吸引力 （Phase and Phase interfacePhase and Phase interfa

6、ce）相指体系中物化性质完全相同的均匀部分。相界面指相与相的接触面，如气液、液液、气固、液固和固固界面。其中，一相是气相的界面也被称为表面。 指相内部分子对表/界面分子的吸引力抵消了相外部分子对表面分子的吸引力后所剩下的吸引力。表面净吸引力示意图体相内部：分子体相内部：分子受力对称；表受力对称；表/ /界面上：分子受界面上：分子受到垂直于表到垂直于表/ /界界面、指向液体内面、指向液体内部的吸引力。部的吸引力。10、表（界）面张力 （ Surface/Interface tensionSurface/Interface tension）引起液体表界面自动收缩的力。下面分别从力学、做功和能量角度

7、讨论表界面张力的意义。（1）力学角度 液膜收缩实验 滑竿cd可以自由活动，在矩形abcd内形 成液膜后，对滑竿cd施加一垂直向下的 力f以平衡液膜的收缩力。假设收缩力为 ，cd长为l,则 f=2l =f/2l即为表面张力。 物理意义：表面张力为垂直通过液体表面上任一单位长度，与表面相切的收缩表面的力，单位mN/M。 水表面张力：72mN/M 乙醇表面张力：22mN/M （2）做功、能量角度 在外力作用下，假设滑竿cd下移到cd，移动距离dx,则所做的功为： dw=fdx = 2ldx =dA (表面积改变量) 此可逆功即为体系自由能的增量（dG）T,P ，即 （dG）T,P dA 可见，a.

8、从功的角度来看，表面张力为液体增加单位表面所需做的功； b. 从能量角度来看，表面张力为恒温恒压下增加液体单位表面积体系自由能的增量，即 =（dG）T,P/ dA c. 从自由能过剩角度来看，表面张力为单位表面上液体分子比体相中相同数量液体分子所具有的自由能的过剩量。因此，表面张力也可以被称为表面过剩自由能，简称表面能。 11、表面能趋于减少规律 由于净吸引力作用，液体的表面分子总倾向于到体相中去，从而使液体表面缩小，即表面能趋于减小。12、吸附13、润湿与润湿反转 （AdsorptionAdsorption）一种或多种物质在相界面浓集的现象。在油田污水处理中，用核桃粉、陶瓷滤膜、填料床层等吸

9、附油滴、悬浮颗粒净化污水。 （Wettability）润湿是指液体在固体表面是否容易铺展开来的性质，润湿程度一般用润湿角（或接触角） 来衡量。 通过在液相中加入表面活性剂或具有表面活性的物质，能够改变液体在固体表面的润湿性质，这叫作润湿反转。 当为锐角时，液体在固体表面上扩展，即液体润湿固体； 0时，叫做完全润湿； 为钝角时，液体表面收缩而不扩展,液体不润湿固体，简称不润湿； 当时，称为完全不润湿。 14、胶体 （ColloidColloid）具有特殊性质（多相、大比表面积、不稳定）的分散体系叫做胶体。 a. 溶胶（Sol）：细分散体系，颗粒直径1100nm之间，体系透明； b. 凝胶（Gel

10、）：溶解中粒子由于种种原因聚集形成网络结构，使体系失去流动性； c. 乳状状（Emulsion）:粗分散体系，液滴直径大于100nm，不透明； d. 泡沫（Foam）：粗分散体系，液滴直径大于100nm，不透明； e. 悬浮体（Suspension）：粗分散体系，颗粒直径大于100nm，不透明。 主要研究对象：主要研究对象： 分散系统分散系统（高度分散、多相），粒子直径（高度分散、多相），粒子直径11000 nm。 涉及领域：涉及领域： 化学、物理学、材料化学、生物化学化学、物理学、材料化学、生物化学. 应用意义：应用意义： 石油、冶金、造纸、橡胶、食品、日用品、医药石油、冶金、造纸、橡胶、食

11、品、日用品、医药.，超超 微技术、纳米材料制备微技术、纳米材料制备新热点新热点。分散系统：分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质中构成的系统一种或几种物质分散在另一种物质中构成的系统。分散相：分散相：被分散的物质；又称为分散质被分散的物质；又称为分散质。分散介质：分散介质：起分散作用的物质；或呈连续分布的物质起分散作用的物质；或呈连续分布的物质。小分子分散系统：小分子分散系统：分散相与分散介质以小分子或离子形式彼分散相与分散介质以小分子或离子形式彼 此混溶，没有界面，是此混溶，没有界面，是均匀的单相均匀的单相，r r 1 nm1000 nm1000 nm类类 型型 粒子大小粒子大小/nm 主

12、主 要要 特特 性性 小分子或小离子小分子或小离子 分散分散系统系统(真溶液真溶液) 1 单单相系统相系统, 粒子能透过滤纸和半透膜粒子能透过滤纸和半透膜, 扩散速扩散速度快度快, 普通或超显微镜均看不见普通或超显微镜均看不见, 如如NaCl和蔗和蔗糖水溶液糖水溶液 胶体分散系统胶体分散系统(溶胶溶胶)11000 多多相系统，粒子能透过滤纸，但相系统，粒子能透过滤纸，但不能透过半不能透过半透膜透膜，扩散速度，扩散速度慢慢；在普通显微镜下看不见；在普通显微镜下看不见, 但在超显微镜下可分辨但在超显微镜下可分辨, 如如AgI溶胶溶胶 粗分散系统粗分散系统 (乳乳状液和悬浊液状液和悬浊液) 1000

13、 多多相系统，粒子不能透过滤纸，不扩散，在相系统，粒子不能透过滤纸，不扩散，在普通显微镜下可看到，如牛奶普通显微镜下可看到，如牛奶 三类分散系统的主要特性三类分散系统的主要特性分散介质分散介质分散相分散相名名 称称实实 例例气气液液固固气溶胶气溶胶云，雾云，雾烟，粉尘烟，粉尘液液气气液液固固泡沫泡沫乳状液乳状液液溶胶液溶胶或悬浊液或悬浊液肥皂泡沫肥皂泡沫牛奶，含水原油牛奶，含水原油金溶胶金溶胶, 油墨油墨, 泥浆泥浆固固气气液液固固固溶胶固溶胶泡沫塑料泡沫塑料珍珠珍珠有色玻璃有色玻璃, 某些合金某些合金分散系统按聚集状态分类分散系统按聚集状态分类溶胶、凝胶、溶胶、凝胶、高分子溶液高分子溶液、缔

14、合胶体、缔合胶体溶胶溶胶：高度分散的、多相的、热力学不稳定系统。相界面很大，：高度分散的、多相的、热力学不稳定系统。相界面很大，界面能很高界面能很高。如。如 Fe(OH)3 溶胶，二氧化硅溶胶等。溶胶，二氧化硅溶胶等。凝胶：凝胶：高分子溶液或胶体分散体系中分子或胶粒形成连续的空高分子溶液或胶体分散体系中分子或胶粒形成连续的空间网络，使连续的水相或油相失去流动性。间网络，使连续的水相或油相失去流动性。如鱼骨汤凝胶。如鱼骨汤凝胶。胶体颗粒在水中形成网架，导致体系胶凝高分子溶液：高分子溶液：大分子以分子形式溶于介质中，为均相热力学稳大分子以分子形式溶于介质中，为均相热力学稳定系统。定系统。缔合胶体缔

15、合胶体：分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束。均相热力：分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束。均相热力学稳定系统。学稳定系统。小分子的表面活性剂粒在水中形成缔合体结构光学性质：光学性质：光散射现象光散射现象，光束通过粗分散系统，粒子直径，光束通过粗分散系统，粒子直径入入射光波长射光波长,主要发生反射主要发生反射,系统呈现混浊；光束通过系统呈现混浊；光束通过胶体溶液，胶粒直径胶体溶液，胶粒直径5 m，Brown运动消失运动消失扩散：粒子从高浓度区向低浓度区迁移扩散：粒子从高浓度区向低浓度区迁移沉降与沉降平衡：重力、扩散力平衡沉降与沉降平衡：重力、扩散力平衡一滴墨水滴在水中的扩散行为溶剂分子对胶体颗粒

16、的撞击不均衡，导致在某一方向受力电学性质：电学性质：电动现象电动现象，胶粒带有电荷（选择性吸附、晶格置，胶粒带有电荷（选择性吸附、晶格置换、或电离），在外电场作用下，固换、或电离），在外电场作用下，固-液两相可发液两相可发生相对运动，即电泳、电渗等。生相对运动，即电泳、电渗等。氢氧化铁胶体颗粒在电场中的泳动行为溶胶的胶团结构（水溶胶）：溶胶的胶团结构（水溶胶）：AgI胶团剖面图胶团剖面图胶核胶核胶粒胶粒滑动面滑动面溶胶的稳定性：溶胶的稳定性：溶胶是多相分散系统，在热力学上是不稳定系统。但一些溶胶却能稳定存在很长时间。主要原因为 布朗运动 溶胶的粒子小，布朗运动激烈，在重力场中不易沉降，即具有动

17、力学稳定性。 双电层结构 胶团双电层结构使胶粒都带有相同的电荷，胶粒间相互排斥而不易接近，胶粒不易聚集、沉降 (聚沉)。 粒子溶剂化 在水溶液中，胶粒、反离子都是水合的粒子，外面有一层水化膜，阻止了胶粒和扩散层中反离子的直接碰撞、接触, 也就防止了胶粒间的聚集。 溶胶的絮凝、沉降：溶胶的絮凝、沉降：加入电解质能压缩胶粒表面双电层，胶粒加入电解质能压缩胶粒表面双电层，胶粒间静电斥力下降，胶粒聚集形成一定结构或沉降。高分子也间静电斥力下降，胶粒聚集形成一定结构或沉降。高分子也能够通过桥连、电中和方式使胶粒絮凝甚至沉降。能够通过桥连、电中和方式使胶粒絮凝甚至沉降。凝胶定义：凝胶定义：一定浓度的溶胶或

18、大分子真溶液在外部条件变化一定浓度的溶胶或大分子真溶液在外部条件变化的情况下（浓度变化、温度变化、盐的加入等）的情况下（浓度变化、温度变化、盐的加入等）形成不流动的冻胶，此类物质称为凝胶。凝胶不形成不流动的冻胶，此类物质称为凝胶。凝胶不同于固体和沉淀（固液分离），它由固液两相组同于固体和沉淀（固液分离），它由固液两相组成，属于胶体分散体系，其中分散相是连续的（成，属于胶体分散体系，其中分散相是连续的（搭成网节），分散介质也是连续的。日常中的豆搭成网节），分散介质也是连续的。日常中的豆腐、汤冻、凉粉等均为凝胶体系。腐、汤冻、凉粉等均为凝胶体系。凝胶分类：凝胶分类：弹性凝胶：弹性凝胶：由柔性的线型

19、大分子物质如明胶、多糖由柔性的线型大分子物质如明胶、多糖等形成的凝胶。其干胶在水中加热溶解，降温后便等形成的凝胶。其干胶在水中加热溶解，降温后便胶凝形成凝胶。脱水干燥后又成为干胶。胶凝形成凝胶。脱水干燥后又成为干胶。非弹性凝胶：非弹性凝胶：由刚性质点（二氧化硅、氧化铁、二由刚性质点（二氧化硅、氧化铁、二氧化钛等）溶胶所形成的凝胶。这类凝胶脱水干燥氧化钛等）溶胶所形成的凝胶。这类凝胶脱水干燥后再置入水中加热一般不形成原来的凝胶。后再置入水中加热一般不形成原来的凝胶。凝胶形成的方法：凝胶形成的方法：改变温度、加入电解质、化学反应等改变温度、加入电解质、化学反应等电解质（盐）对溶胶的作用凝胶的结构：

20、凝胶的结构：A：球形质点相互连接，由质点联成的链排成三维网架，如二球形质点相互连接，由质点联成的链排成三维网架，如二氧化硅、二氧化钛等球形颗粒凝胶。氧化硅、二氧化钛等球形颗粒凝胶。B：棒状或片状质点搭成网架，如五氧化二钒、白土凝胶。棒状或片状质点搭成网架，如五氧化二钒、白土凝胶。C：线型大分子构成的凝胶，在骨架中一部分分子有序排列，线型大分子构成的凝胶，在骨架中一部分分子有序排列，构成微晶区，如明胶凝胶。构成微晶区，如明胶凝胶。D：线型大分子因化学交联形成的凝胶。线型大分子因化学交联形成的凝胶。质点形状对凝胶形成的影响：质点形状对凝胶形成的影响：质点越不规则，形成凝胶所需要的质点浓度越低。如球

21、形颗粒质点越不规则，形成凝胶所需要的质点浓度越低。如球形颗粒最规则，形成凝胶所需最小浓度最规则，形成凝胶所需最小浓度5.6%，而对于棒状、片状的，而对于棒状、片状的质点，形成凝胶所需浓度很低。质点，形成凝胶所需浓度很低。凝胶网状结构中质点的连接方式：凝胶网状结构中质点的连接方式：靠质点间的范德华引力形成结构，如刚性固体质点。靠质点间的范德华引力形成结构，如刚性固体质点。靠氢键形成结构，主要为蛋白质类凝胶，如明胶。靠氢键形成结构，主要为蛋白质类凝胶，如明胶。靠化学键形成结构，这类结构最牢固。靠化学键形成结构，这类结构最牢固。对于凝胶体系，尤其要注意以下两点：对于凝胶体系，尤其要注意以下两点：大分

22、子化合物，一般指其摩尔质量MB1104kg.mol-1的分子。包括天然的(如蛋白质、淀粉、核酸、纤维素等)合成的(如高聚物分子)合成的高聚物分子有摩尔质量的分布，故常采用：数均摩尔质量数均摩尔质量BBBdefNNMNM(NB为分子数) 质均摩尔质量质均摩尔质量BBBdefmmMmM(mB为分子质量)大分子溶液的主要特征：高度分散的(分散质即大分子的线尺寸在1nm1000nm之间)、均相的、热力学稳定系统。又叫亲液亲液胶体胶体。盐析作用盐析作用：加入大量的电解质，才能使大分子溶液发聚沉的现 象。胶凝作用：胶凝作用：大分子溶液在一定的外界条件下可以转变为凝胶凝胶。稳定作用稳定作用：将大分子加入到胶

23、体体系中，可以吸附于质点表面形成吸附膜，通过空间阻力和静电斥力稳定体系。如蛋白质分子稳定乳状液体系。絮凝沉降作用：絮凝沉降作用：将大分子加入到胶体体系中，可以通过桥连作用使胶粒絮凝，絮凝程度较高时导致胶粒沉淀分层。 悬浮液悬浮液：不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统。：不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统。如粘土颗粒如粘土颗粒+水、黄河水即为悬浮液水、黄河水即为悬浮液 特点：特点：分散相粒子的粒度分散相粒子的粒度1000 nm, 不存在布朗运动不存在布朗运动, 无扩散无扩散, 易易沉降析出；散射光很弱。沉降析出；散射光很弱。 相界面很大，能选择性地吸附某种离相界面很大，能选择性

24、地吸附某种离子而带电；某些表面活性剂或高分子化合物对悬浮液有保护作子而带电；某些表面活性剂或高分子化合物对悬浮液有保护作用，使悬浮液暂时稳定。用，使悬浮液暂时稳定。 悬浮液组成悬浮液组成：大小不等的粒子，多级分散。：大小不等的粒子，多级分散。 粒度分布粒度分布：大小不等的粒子在试样中的含量。：大小不等的粒子在试样中的含量。 沉降分析：沉降分析：计算粒子半径计算粒子半径 r黄河水水样照片 乳状液乳状液：由两种不互溶或部分互溶的液相所形成的粗分散系统。由两种不互溶或部分互溶的液相所形成的粗分散系统。由于存在较大的油水界面，需要第三类物质即乳化剂来稳定乳由于存在较大的油水界面，需要第三类物质即乳化剂

25、来稳定乳滴。滴。 外观上常呈乳状外观上常呈乳状, 即呈不透明或半透明的乳白色。即呈不透明或半透明的乳白色。 如牛奶如牛奶, 含水石油含水石油, 乳化农药。乳化农药。 相的表示相的表示 W：水相；水相；O：有机物质相。有机物质相。 类型类型 水包油型水包油型油分散在水中，油分散在水中， O/W型型; 如牛奶。如牛奶。 油包水型油包水型水分散在油中，水分散在油中， W/O型；如含水石油。型；如含水石油。 内相内相：状液中的分散相；状液中的分散相； 外相外相：乳状液中的分散介质。乳状液中的分散介质。 若某相体积分数若某相体积分数74%, 该相该相外相。外相。 乳化剂乳化剂使乳状液稳定存在的物质。使乳

26、状液稳定存在的物质。 乳化剂的分类乳化剂的分类 表面活性剂表面活性剂(如肥皂如肥皂), 天然产物天然产物(如明胶、羊毛如明胶、羊毛脂脂) , 大分子类大分子类(如动物胶、聚乙烯醇如动物胶、聚乙烯醇)和固体粉末和固体粉末(如炭黑、粘如炭黑、粘土、土、Al2O3)。 乳状液类型的鉴别方法乳状液类型的鉴别方法： 染色法：染色法：在乳状液中加少量的油溶性染料如在乳状液中加少量的油溶性染料如苏丹红苏丹红等或者水等或者水溶性染料如亚甲基蓝、荧光红等进行试验。溶性染料如亚甲基蓝、荧光红等进行试验。 稀释法稀释法：乳液能被外相液体稀释而不易被内相稀释。乳液能被外相液体稀释而不易被内相稀释。 电导率法：电导率法

27、：油类导电性差，水溶液有较好的导电能力。油类导电性差，水溶液有较好的导电能力。 乳状液稳定的主要原因：乳状液稳定的主要原因： 加入加入乳化剂乳化剂降低降低油水界面张力油水界面张力，界面能下降，界面稳定；，界面能下降，界面稳定；乳化乳化剂剂在分散相液滴的周围形成在分散相液滴的周围形成坚固的保护膜；坚固的保护膜；形成形成双电层双电层，产生，产生电互斥力。电互斥力。 乳状液的破乳（乳状液的破乳（Demulsification）：）：破坏乳状液的过程。分两破坏乳状液的过程。分两步：微小液滴絮凝成团步：微小液滴絮凝成团凝聚过程；小液滴结合成更大的液滴凝聚过程；小液滴结合成更大的液滴分层。方法：加破乳剂、

28、离心、加热、外加电场等。分层。方法：加破乳剂、离心、加热、外加电场等。 泡沫泡沫：不溶性气体分散在液体或固体介质中形成的分散系统。：不溶性气体分散在液体或固体介质中形成的分散系统。 液体泡沫液体泡沫：肥皂、啤酒泡沫；：肥皂、啤酒泡沫； 固体泡沫固体泡沫：泡沫塑料、泡沫橡胶：泡沫塑料、泡沫橡胶. 起泡剂起泡剂：对泡沫起稳定作用的物质对泡沫起稳定作用的物质。常用表面活性剂，还有蛋白质、。常用表面活性剂，还有蛋白质、 明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、皂素等。明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、皂素等。 应用应用：泡沫浮选，泡沫灭火剂，泡沫杀虫泡沫浮选，泡沫灭火剂，泡沫杀虫剂，泡沫除尘剂，泡沫除尘.泡沫的破坏泡沫

29、的破坏 消泡消泡 分分物理方法物理方法 化学方法化学方法 物理方法物理方法 搅动、加热和冷却的交替、搅动、加热和冷却的交替、加压与减压、过滤、离心或超声波处理等方加压与减压、过滤、离心或超声波处理等方法进行消泡。法进行消泡。 化学方法化学方法 两方面：两方面：抑泡抑泡 (防止泡沫形成防止泡沫形成)和和破泡破泡 (消除已生成的泡沫消除已生成的泡沫)。常用加入泡沫。常用加入泡沫抑制剂和消泡剂。抑制剂和消泡剂。 消泡应用消泡应用 发酵，精馏，造纸，印染，污水发酵，精馏，造纸，印染，污水处理过程处理过程. 相指体系中物化性质完全相同的均匀部分。相界面指相与相指体系中物化性质完全相同的均匀部分。相界面指

30、相与相的接触面，如气液、液液、气固、液固和固固界相的接触面，如气液、液液、气固、液固和固固界面。其中，一相是气相的界面也被称为表面。面。其中，一相是气相的界面也被称为表面。 表面净吸引力表面净吸引力：指相内部分子对表指相内部分子对表/界面分子的吸引力抵消了相界面分子的吸引力抵消了相外部分子对表面分子的吸引力后所剩下的吸引力。外部分子对表面分子的吸引力后所剩下的吸引力。体相内部：分子体相内部：分子受力对称；表受力对称；表/ /界面上：分子受界面上：分子受到垂直于表到垂直于表/ /界界面、指向液体内面、指向液体内部的吸引力。部的吸引力。 表面能趋于减小的规律表面能趋于减小的规律：由于净吸引力作用，

31、液体的表面分子总由于净吸引力作用，液体的表面分子总倾向于到体相中去，从而使液体表面缩小，即表面能趋于减小。倾向于到体相中去，从而使液体表面缩小，即表面能趋于减小。 表面张力表面张力：从功的角度来看，表面张力为液体增加单位表面所需从功的角度来看，表面张力为液体增加单位表面所需做的功；从能量角度来看，表面张力为恒温恒压下增加液体单做的功；从能量角度来看，表面张力为恒温恒压下增加液体单位表面积体系自由能的增量；从自由能过剩角度来看，表面张位表面积体系自由能的增量；从自由能过剩角度来看，表面张力为单位表面上液体分子比体相中相同数量液体分子所具有的力为单位表面上液体分子比体相中相同数量液体分子所具有的自

32、由能的过剩量。因此，表面张力也可以被称为表面过剩自由自由能的过剩量。因此，表面张力也可以被称为表面过剩自由能，简称表面能。能，简称表面能。1、表面活性 对于纯液体，温度、压力一定时，表面张力一定，如水、乙醇、对于纯液体，温度、压力一定时，表面张力一定，如水、乙醇、苯等。对于溶液，表面张力会随溶质浓度而改变，具体有三种情苯等。对于溶液，表面张力会随溶质浓度而改变，具体有三种情况：况：曲线曲线1：随溶质浓度的提高，表面张力：随溶质浓度的提高，表面张力逐渐增大，如逐渐增大，如NaCl等无机盐溶液；等无机盐溶液；曲线曲线2：随溶质浓度的提高，表面张力：随溶质浓度的提高，表面张力逐渐减小，如醇类、有机酸

33、类水溶液；逐渐减小，如醇类、有机酸类水溶液；曲线曲线3：随溶质浓度的提高，表面张力：随溶质浓度的提高，表面张力先迅速减小达到最小值，然后保持不变先迅速减小达到最小值，然后保持不变,如如C8以上的有机羧酸盐、有机胺盐等。以上的有机羧酸盐、有机胺盐等。 只有第只有第3类物质属于表面活性剂，其定义为：表面活性剂是这类物质属于表面活性剂，其定义为：表面活性剂是这样一种物质，能吸附在表（界）面上，在加入量很少时即可显著样一种物质，能吸附在表（界）面上，在加入量很少时即可显著改变表界面的物理化学性质，从而产生一系列应用功能。改变表界面的物理化学性质，从而产生一系列应用功能。 为什么表面活性剂能大大降低表界

34、面张力？为什么表面活性剂能大大降低表界面张力？ 亲水极性部分亲水极性部分在表界面与水相接触，使水相内部对表面吸引在表界面与水相接触，使水相内部对表面吸引力降低；力降低；亲油非极性部分亲油非极性部分与空气（油）接触，使气（油）相对表与空气（油）接触，使气（油）相对表面吸引力升高。从而使面吸引力升高。从而使表面净吸引力大幅减小表面净吸引力大幅减小，大幅降低，大幅降低表面收表面收缩力、表面功、表面能和表界面张力。缩力、表面功、表面能和表界面张力。 表面活性剂分类表面活性剂分类：按带电情况可分为阴离子型表面活性剂、阳离按带电情况可分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性表面

35、活性剂。子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性表面活性剂。 按溶解性可分为水溶性表面活性剂和油溶性表面活性剂按溶解性可分为水溶性表面活性剂和油溶性表面活性剂 按分子量大小可分为高分子表面活性剂和小分子表面活性按分子量大小可分为高分子表面活性剂和小分子表面活性剂剂 此外，还有含氟表面活性剂和含硅表面活性剂等。此外，还有含氟表面活性剂和含硅表面活性剂等。1、阴离子表面活性剂 在水中解离，起活性作用的部分是阴离子。如羧酸钠盐。它又可以分为两种类型： （1）盐类性 由有机酸根与金属离子组成，如羧酸盐型：RCOO-Na+ ，磺酸盐型：RSO3- Na+ 。 （2）酯盐类型 它的分子中既有酯的结构又有盐

36、的结构，例如，硫酸酯盐：ROSO3- Na+ ，磷酸酯盐：ROP03Na+ 。 阴离子表面活性剂是目前应用最广泛的一类表面活性剂，既可作洗洗涤剂也用作起泡剂、乳化剂、分散剂和增溶剂等。 该类物质在水中解离后，起活性作用的部分是阳离子，常见的阳离子型活性剂有四种类型。2、阳离子表面活性剂3、非离子表面活性剂 这类表面活性剂溶于水后不发生解离，其极性基部分大多为氧乙烯基、多元醇和酰胺基。聚氧乙烯类非离子活性剂可由其所含氧乙烯基的数目来控制它的亲水性能。常见的有以下几种类型：4、两性表面活性剂 这类表面活性剂具有许多独特的性质。例如，对皮肤的低刺激性，具有较好的抗盐性，且兼备阴离子型和阳离子型两类表

37、面活性剂的特点，既可用作洗涤剂、乳化剂，也可用作杀菌剂、防霉剂和抗静电剂。因而，两性离子表面活性剂是近年来发展较快的一类。 该类表面活性剂的相对分子质量一般在几千以上，甚至可高达几千万。它也有非离于、阴离子、阳离子和两性型之分，其分子结构的共同特点是相对分子质量大且含有极性和非极性两部分，例如，聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚（即破乳剂4411）是一类非离子型高分子表面活性剂，它是著名的原油破乳剂。聚4乙烯溴化十二烷基吡啶是阳离子型的，而聚丙烯酸钠是阴离子型的。有的高分子物质并不具有显著降低表面张力的作用，在溶液中也不能形成通常意义的胶束，但它们可以吸附于固体表面，从而具有分散、稳定和絮凝等作用，在工农

38、业生产中有着重要应用，也被称为高分子表面活性剂。如褐藻酸钠、羧甲基5、高分子型表面活性剂纤维素钠盐、明胶、淀粉衍生物、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等常用的水溶性高分子，属于该类高分子表面活性剂。 （1）氟表面活性剂：以碳氟链为疏水基的表面活性剂。具有极高的表面活性，其化学性质极其稳定，具有抗氧化、抗强酸和强碱及抗高温等特性。 （2）硅表面活性剂：以硅氧烷为疏水基的表面活性剂。 （3）生物表面活性剂：它们包括由酵母、细菌作培养液，生成有特殊结构的表面活性剂。 （4）Gemini型表面活性剂 （5）Bola型表面活性剂：疏水链两端各连接一个亲水基团构成。6、特殊表面活性剂 临界胶束浓度临界胶束浓度：表面活

39、性剂的表面活性源于其分子的两亲结构，亲水：表面活性剂的表面活性源于其分子的两亲结构，亲水基团使分子有进入水的趋向，而憎水基团则竭力阻止其在水中溶解而基团使分子有进入水的趋向，而憎水基团则竭力阻止其在水中溶解而从水的内部向外迁移，有逃逸水相的倾向，而这两倾向平衡的结果使从水的内部向外迁移，有逃逸水相的倾向，而这两倾向平衡的结果使表面活性剂在水表的富集，亲水基伸向水中，憎水基伸向空气，其结表面活性剂在水表的富集，亲水基伸向水中，憎水基伸向空气，其结果是水表面好像被一层非极性的碳氢链所覆盖，从而导致水表面张力果是水表面好像被一层非极性的碳氢链所覆盖，从而导致水表面张力下降。下降。 表面活性剂在界面富

40、集吸附一般为单分子层，当表面吸附达到饱表面活性剂在界面富集吸附一般为单分子层，当表面吸附达到饱和时，表面活性剂分子则在溶液内部自聚，即疏水基在一起形成内核，和时，表面活性剂分子则在溶液内部自聚，即疏水基在一起形成内核，亲水基朝外与水接触，形成最简单的胶团。而开始形成胶团时表面活亲水基朝外与水接触，形成最简单的胶团。而开始形成胶团时表面活性剂的浓度称为临界胶束浓度（性剂的浓度称为临界胶束浓度（cmc）。当溶液达到临界胶束浓度时，）。当溶液达到临界胶束浓度时，溶液的表面张力降至最低值，此时再提高表面活性剂浓度表面张力不溶液的表面张力降至最低值，此时再提高表面活性剂浓度表面张力不再降低而是大量形成胶团。再降低而是大量形成胶团。 （1）当表面活性剂浓度极低时，溶液中无缔合结构。 活性剂单个分子 吸附层中活性剂分子 （2）当表面活性剂浓度较低时，溶液中分子规则缔合。 活性剂缔合分子 活性剂单个分子 吸附层中活性剂