表面活性劑和臨界膠束濃度 (CMC)
表面活性劑是界面活性化合物。它們由一個極性頭基和一個非極性烴鏈組成（見圖 1）。分子的極性部分可以與極性溶劑（如水）發生強烈的相互作用，因此也稱為親水部分。另一方面，非極性部分可以與非極性溶劑（如油）形成強烈的相互作用，因此也稱為親油或疏水部分。

表面活性劑可按其極性頭基的電荷分類：
  • 陰離子表面活性劑具有帶負電荷的頭基
  • 陽離子表面活性劑具有帶正電荷的頭基
  • 兩性離子表面活性劑具有兩性離子頭基（正電荷和負電荷）
  • 非離子表面活性劑具有不帶電的極性頭基
  • 表面活性劑的結構示意圖

圖 1：表面活性劑的結構示意圖

由於它們的兩部分結構，表面活性劑優選吸附在它們發現能量最有利條件的界面處。例如，在水面上，表面活性劑以這樣的方式定位自身，即頭部基團位於水中，烴鏈指向氣相（見圖 2）。因此，表面活性劑可以在兩相之間進行調解，因為它們可以與兩相形成強烈的相互作用。界面張力因此降低。因此，表面活性劑的添加促進了非極性相和極性相的混合，例如用於洗滌劑工業。

界面上的表面活性劑

圖 2：界面處的表面活性劑

表面活性劑引起的界面張力降低越多，界面吸附的表面活性劑越多。一旦界面（和相鄰的體積相）飽和，添加更多的表面活性劑將不會進一步降低界面張力（見圖 4）。相反，表面活性劑分子的自組織發生在體積相內。例如，膠束由幾個簇狀的表面活性劑分子組成，這些分子用它們的極性頭基團將它們的非極性鏈與周圍的水相隔離開來（見圖 3）。非極性表面活性劑鍊和極性溶劑之間不利接觸的最小化補償了膠束形成引起的熵損失。

除了圖 3 中所示的膠束外，還存在所謂的反膠束，它們聚集它們的頭部基團並將它們的鏈定向到周圍的非極性相。此外，溫度或系統組成等不同參數的膠束也可以採用球形以外的形式，例如細長和蠕蟲狀結構。在液晶中也發現了分層結構。

球形膠束

圖 3：球形膠束

臨界膠束濃度 CMC 是形成膠束的表面活性劑濃度。它可以通過測量不同濃度的表面張力來確定表面活性劑溶液。在 CMC 以下，隨著界面上表面活性劑數量的增加，表面張力隨著表面活性劑濃度的增加而降低。相反，在 CMC 之上，溶液的表面張力是恆定的，因為界面表面活性劑的濃度不再變化。在表面張力與表面活性劑濃度的對數表示中，在 CMC 下方和上方有兩個線性狀態（見圖 4）。各自回歸線的外推產生交點處的 CMC。


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