1.2　表面活性和表面活性剂

纯液体表面上的分子比内部分子具有更高的能量，所以就有尽可能减少表面积，使能量降低的趋势。洒在地面上的水银及荷叶上的水滴都呈球形，便是这个缘故。说明一般液体的表面都存在着收缩力，在它的作用下，水滴有使表面积变得最小即成球状的趋势。

若把液体做成液膜，如图1-1所示，可以发现该液膜有自动收缩的趋势，这种收缩表面的力叫表面张力。其物理意义为：沿着与表面相切的方向，垂直通过液体表面上任一单位长度收缩表面的力，通常叫表面张力，其单位用mN/m表示。

图1-1　表面张力示意图

从功的角度，表面张力可理解为液体表面增加单位面积时，外界对体系所做的可逆表面功；如从能的角度，则为增加单位表面积时，液体表面自由能的增加值，单位为J/m²。

液体的表面张力是其基本物理性质之一。任何液体，在一定条件下均有一定的表面张力，如在20℃下，水的表面张力为72.75mN/m，液体石蜡为33.1mN/m，乙醚为17.1mN/m。溶液与纯液体不同，它含有溶剂和溶质两种不同的分子。将各种物质分别溶解于水中，测定不同浓度下水溶液的表面张力，结果如图1-2所示。

图1-2　不同物质水溶液的表面张力

曲线1是表面张力随溶质浓度增大而稍有提高，且近于直线，如氯化钠、硫酸钠、氢氧化钾、硝酸钾、氯化铵等无机盐类及蔗糖、甘露醇等多羟基有机物溶于水时为此情况；曲线2是表面张力随溶质浓度增大而逐渐下降，绝大部分醇、醛、脂肪酸等有机化合物溶于水时为这种情况；曲线3是表面张力在低浓度时随溶质浓度增大而急剧下降，至一定程度后便缓慢下来或不再下降，有时溶质中含有某些杂质时，可能出现表面张力最低值（曲线3虚线所示）现象，如肥皂、高级脂肪醇硫酸盐或磺酸盐、烷基苯磺酸盐等的水溶液均属这种类型。我们把这种能够降低溶剂表面张力的性质称为表面活性。

上述第1类物质无表面活性，称为非表面活性物质；后两类物质能够降低水的表面张力，具有表面活性，称为表面活性物质。但第2类和第3类物质的表面活性又很不相同，通常将第3类物质称为表面活性剂（surface active agents，surfactants），即在水中加入很少量时就能显著降低水的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、发泡、增溶等作用。第2类物质不具备这些性质。