表面活性剂和胶束

表面活性剂和胶束的科学是表面和胶体化学的基石，是物理化学的一个分支学科。表面活性剂和胶束在从工业配方到生物系统的各种应用中都很重要。理解这些实体提供了对其在复杂环境中行为和功能的见解。

什么是表面活性剂？

表面活性剂或表面活性剂是减少两种液体之间或液体与固体之间表面张力的化合物。它们具有独特的分子结构，至少具有两个不同的区域：亲水（吸水）头部和疏水（拒水）尾部。这种双重性质使表面活性剂能够在界面上积聚并改变表面的物理性质。

一般结构：R - X

其中R代表疏水尾部，X代表亲水头部。

表面活性剂的类型

表面活性剂可以根据其亲水头部基团的性质进行分类：

阴离子表面活性剂：这些含有一个带负电荷的头基。例如：十二烷基硫酸钠（SDS）。
阳离子表面活性剂：这些头基带有正电荷。例如：十六烷三甲基溴化铵（CTAB）。
非离子表面活性剂：这些没有任何电荷。例如：TWEEN 20。
两性表面活性剂：这些具有正负电荷但整体中性。例如：磷脂酰胆碱。

表面活性剂的工作原理

表面活性剂通过在界面吸附来减少表面张力。表面活性剂的疏水尾部嵌入在非极性相中，如油，而亲水头部留在水相中。这种安排稳定了乳液和泡沫，这些是两种通常不混溶的液体的混合物。

胶束：形成和功能

胶束是当表面活性剂分子在溶液中以特定方式排列时形成的球形结构。当溶液中表面活性剂的浓度超过一个特定阈值（称为临界胶束浓度（CMC））时，胶束自发形成。在这些结构中，疏水尾部朝向球体的中心，远离周围的水，而亲水头部则面向水相环境。

胶束执行几个功能：

增溶：它们有助于增溶亲油性化合物于水溶液中，使如药物输送的过程在制药应用中成为可能。
清洁剂：胶束能捕获油脂污渍，从而允许它们随水被冲洗掉。
运输：在生物系统中，胶束可以运输脂溶性维生素和其他分子。

临界胶束浓度 (CMC)

CMC 是研究表面活性剂的重要参数。它表示表面活性剂分子开始形成胶束的浓度。CMC 之下，表面活性剂分子主要以个体单元存在；CMC 之上，胶束形成占主导地位。CMC 值受温度、盐的存在以及表面活性剂性质等因素的影响。

测得的表面张力随表面活性剂浓度增加而降低，直至达到 CMC。达到 CMC 后，表面张力趋于稳定，因为额外的表面活性剂分子对胶束形成而非表面活性活动做出贡献。