1.2　表面活性和表面活性劑

純液體表面上的分子比內部分子具有更高的能量，所以就有盡可能減少表面積，使能量降低的趨勢。灑在地面上的水銀及荷葉上的水滴都呈球形，便是這個緣故。說明一般液體的表面都存在著收縮力，在它的作用下，水滴有使表面積變得最小即成球狀的趨勢。

若把液體做成液膜，如圖1-1所示，可以發現該液膜有自動收縮的趨勢，這種收縮表面的力叫表面張力。其物理意義為：沿著與表面相切的方向，垂直通過液體表面上任一單位長度收縮表面的力，通常叫表面張力，其單位用mN/m表示。

圖1-1　表面張力示意圖

從功的角度，表面張力可理解為液體表面增加單位面積時，外界對體系所做的可逆表面功；如從能的角度，則為增加單位表面積時，液體表面自由能的增加值，單位為J/m²。

液體的表面張力是其基本物理性質之一。任何液體，在一定條件下均有一定的表面張力，如在20℃下，水的表面張力為72.75mN/m，液體石蠟為33.1mN/m，乙醚為17.1mN/m。溶液與純液體不同，它含有溶劑和溶質兩種不同的分子。將各種物質分別溶解于水中，測定不同濃度下水溶液的表面張力，結果如圖1-2所示。

圖1-2　不同物質水溶液的表面張力

曲線1是表面張力隨溶質濃度增大而稍有提高，且近于直線，如氯化鈉、硫酸鈉、氫氧化鉀、硝酸鉀、氯化銨等無機鹽類及蔗糖、甘露醇等多羥基有機物溶于水時為此情況；曲線2是表面張力隨溶質濃度增大而逐漸下降，絕大部分醇、醛、脂肪酸等有機化合物溶于水時為這種情況；曲線3是表面張力在低濃度時隨溶質濃度增大而急劇下降，至一定程度后便緩慢下來或不再下降，有時溶質中含有某些雜質時，可能出現表面張力最低值（曲線3虛線所示）現象，如肥皂、高級脂肪醇硫酸鹽或磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽等的水溶液均屬這種類型。我們把這種能夠降低溶劑表面張力的性質稱為表面活性。

上述第1類物質無表面活性，稱為非表面活性物質；后兩類物質能夠降低水的表面張力，具有表面活性，稱為表面活性物質。但第2類和第3類物質的表面活性又很不相同，通常將第3類物質稱為表面活性劑（surface active agents，surfactants），即在水中加入很少量時就能顯著降低水的表面張力，改變體系界面狀態，從而產生潤濕、乳化、發泡、增溶等作用。第2類物質不具備這些性質。