HLB值、溶解度、在固体界面上的洗涤作用及吸附现象

HLB scale

HLB 是“亲水-疏水平衡”（Hydrophilic-Lipophilic Balance）的缩写。这一概念基于这样的认识：某些表面活性剂分子含有亲水基团，而另一些分子则含有疏水基团；还有一些分子同时具有亲水基团和疏水基团。这些亲水性和疏水性成分都能溶解在水相和油相中。了解并评估表面活性剂的这些特性对于将其应用于各种领域（如乳液和 lotion 等分散体系）至关重要。为了描述分子的两亲性质（即亲水部分与疏水部分之间的平衡），人们通常使用 HLB 系统来表示这种平衡。

根据表面活性剂分子或其混合物中各组分的质量百分比平衡，我们可以预测该表面活性剂分子的结构特性。HLB（亲水-疏水平衡值）这一概念是由Griffin在1949年提出的，并在1954年进一步完善为半经验模型。HLB是一个介于1到40之间的数值（见图1）。根据HLB值，表面活性剂可以被分类为水溶性或油溶性：当亲水基团的数量少于疏水基团时，该表面活性剂更倾向于油溶性。例如，Span类表面活性剂的HLB值非常低，因此它们也是油溶性的。这类表面活性剂不具备很强的表面活性（如浮力），但仍然属于油溶性物质。

图1

亲水性由分子上存在的亲水基团数量决定，因此较高的 HLB 值表示该乳化剂具有更强的亲水性。除了 HLB 值较高外，Tweens 这类乳化剂还具有水溶性。由于其水溶性，Tweens 会形成油/水（o/w）型乳液，因为水相占主导地位。根据下表 1，标准的 HLB 范围是 1 到 20，但有一个例外：月桂基硫酸钠（Sodium lauryl sulfate）是一种在水中溶解性很好的表面活性剂，几乎被添加到所有非均相体系中以及各种常见的洗涤剂中。表面活性剂的 HLB 值是可以调整的，因此可以通过混合不同 HLB 值的表面活性剂来获得所需的 HLB 值。可以通过多种方法来确定合适的 HLB 值。

溶解度提升；增溶

通过向通常不溶于液体的物质中添加某种成分，或者通过添加其他适合特定应用的成分或方法来使其溶解，从而制备出热力学上稳定的各向同性溶液。

溶解度：溶质在给定量的溶剂中最多能溶解到一定程度。

影响溶解度的因素

溶剂和溶质的性质：根据溶质的种类不同，其溶解量也会有所不同。在室温下，100克水中最多只能溶解1克氯化铅（II）；而200克水中则可以溶解更多的氯化锌。因此，氯化铅（II）能够在相同量的水中溶解更多的氯化锌。

1. 温度：通常观察到，随着温度的升高，溶解度会增加；而随着温度的降低，溶解度会降低，但这并不总是成立的。然而，我们必须遵循两条建议：吸热过程在温度升高时会使溶解度增加，反之亦然。

**翻译：** 温度升高会增加硝酸钾的溶解度。

随着温度的升高或降低，吸热反应的溶解度也会发生变化。

**随着温度的升高，氧化钙的溶解度会降低。**

然而，放热过程会导致温度升高，从而降低物质的溶解度。

**随着温度的升高，氧化钙的溶解度会降低；冷溶剂比热液体更具溶解能力。**

2. 压力：普遍认为压力的变化不会影响液体或固体溶质的溶解度。对于气体溶质而言，压力增加会提高溶解度，而压力降低则会降低溶解度。

3. 颗粒大小：溶解度的增加是由于随着溶质颗粒大小的减小，其表面能也随之增加。粒径非常小的颗粒（通常小于1微米）可能会引起这种效应，但总体来说，这种影响并不严重。

去污力

表面活性剂的去污能力是其最重要的特性之一。“Detergent”这一术语实际上指的是表面活性剂本身。当用于去除或清洁固体表面的油脂、油污或污垢时，通常会使用“Detergency”这一概念。去污效果取决于胶束的形成过程，而这一过程在很大程度上依赖于表面活性剂分子的作用。

这种表面活性剂需要具备良好的润湿性能，才能有效地与固体表面接触。
此外，它还可以清除大量液体中的污垢。

为了使这一效果发生，表面活性剂溶解其中的介质的表面张力必须降低。表面活性剂能够减少介质之间的界面张力（例如空气与水、水与污渍、污渍与织物之间的界面张力），从而有助于去除污垢。由于水的表面张力较低，污垢和油脂更容易从脏盘子、衣物等表面脱落，并且这些污垢会留在水中。当洗衣机的滚筒浸入水中时，它会将污渍吸引到水中，而不是将它们从织物上拉走。

通过包围污渍颗粒并将其分解，表面活性剂分子会将这些颗粒从织物表面剥离。一旦脱离织物，它们就会悬浮在洗涤水中并被清除。表面活性剂对于油性污染物特别有效，因为它们能够将这些污染物乳化并使其溶解。

在固体界面上的吸附

当分子被吸引到表面（表面的一层分子）时，它们会发生吸附反应。被吸附的物质称为“吸附质”（adsorbate），而起到吸附作用的物质称为“吸附剂”（adsorbent）。离子交换树脂和活性炭就是吸附剂的例子。

被称为物理吸附或范德华吸附的吸附过程，其特点是分子之间的相互作用较弱，这种作用力使被吸附物质附着在固体表面。由于这一原因，实际气体的行为与理想气体不同。化学吸附则是指气体分子和原子通过化学键被吸附在固体表面，例如氢原子在镍表面的化学吸附就是一种化学吸附的例子。

气体被固体吸附的过程

气体的性质
可逆字符
吸附与表面积
气体吸附层的厚度
吸附热
压力的影响
温度的影响

气体吸附对固体吸附过程的影响

吸附量与表面积成正比。吸附本质上是一种表面现象：吸附剂的表面积越大，能够吸附的气体量也就越多。
天然气中的固态成分是根据气体种类不同而吸附的特定性质的气体。当气体更容易液化时，吸附效果会更加显著。
**吸附热**：当一个固体表面吸附1克摩尔的气体时，会释放出热量。吸附是指空气分子在固体表面沉积的过程。这一过程类似于气体凝结成液体的过程，因此吸附是放热的，与凝结现象相同。
可逆性特征：物理吸附过程具有可逆性。在温度和压力反向的条件下，可以去除吸附在固体上的气体。
温度的影响：低温会加速物理吸附过程，而高温则会减缓这一过程。由于大多数化学反应会随着温度的升高而加速，因此化学吸附也会随之增强。换句话说，温度的升高往往会导致化学吸附的发生，而非物理吸附。
压力效应：当压力增加时，吸附现象发生；当压力降低时，解吸现象发生。
物理吸附层气体的厚度：当压力低于某一临界值时，会形成一层仅一个分子厚度的吸附层。然而，当压力超过该临界值时，就会形成一层由多个分子组成的厚吸附层。