表面活性剂，也被称作表面活性物质，是一种能够显著降低水表面张力的溶质。这种物质属于一类特殊的有机化合物，其分子结构具有亲水和疏水两个不同的部分。亲水部分能够与水分子相互作用，而疏水部分则倾向于避开水分子。这种分子结构使得表面活性剂在水溶液中能够在水与空气的界面上形成吸附层，有效降低水的表面张力。具体来说，表面活性剂分子的亲水极性基团会朝向水分子，而疏水的非极性碳链或碳环则会朝向空气，从而在界面上形成定向排列。这种排列导致表面活性物质在界面上的浓度高于溶液内部，因此，增加单位面积所需的能量比纯水要小。一般来说，分子中非极性部分越大，其表面活性也越强。表面活性剂可以根据其化学结构被分为两大类：离子型和非离子型。在离子型表面活性剂中，进一步可以细分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。一、常用的表面活性剂类型包括以下几种：
1、阴离子表面活性剂：这类表面活性剂带负电荷，具有良好的油脂分散和去污性能。常见的阴离子表面活性剂包括硫酸盐、磺酸盐和磷酸盐，例如肥皂、十二烷基磺酸钠(SBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等。2、阳离子表面活性剂：这类表面活性剂带正电荷，通常具有优异的杀菌和除臭性能。常见的阳离子表面活性剂包括季铵盐，如十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTMAC)、十二烷基三甲基溴化铵、新洁尔灭(溴苄烷铵)、洗必泰等。3、非离子表面活性剂：这类表面活性剂不带电荷，具有良好的润湿性与温和的表面活性。常见的非离子表面活性剂包括醇类和酚类，如辛基酚聚氧乙烯(9)醚(Triton X-100)、聚乙二醇辛基苯基醚(乳化剂OP)、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(吐温)等。4、两性离子表面活性剂：分子结构中同时具有正、负电荷基团。在碱性溶液中呈阴离子型表面活性剂的性质，在酸性介质中呈阳离子型表面活性剂的性质。常见的两性离子表面活性剂包括卵磷脂、氨基酸型、甜菜碱型等。二、表面活性剂的有效性
这是指表面活性剂能够将水的表面张力降低到的最低限度。简而言之，如果一种表面活性剂能够显著降低水的表面张力，那么它就被认为是更有效的。这种降低表面张力的能力也被称作表面活性剂的有效值。三、表面活性剂的效率
这是指在使水的表面张力降低到特定水平时所需的表面活性剂浓度。一般来说，如果一种表面活性剂能在较低的浓度下实现这一效果，那么它的性能就被认为是更好的。四、表面活性剂结构对其性能的影响
表面活性剂的性能，包括其效率和能力，与其分子结构有着密切的关系，并且这两个性能指标往往呈现出相反的趋势。1、链长对性能的影响：当表面活性剂分子中的疏水基团（憎水基团）的碳链长度增加时，其在降低水表面张力方面的效率会提高，这意味着需要更少的表面活性剂就能达到相同的效果。然而，这种效率的提高可能会以牺牲其降低表面张力的能力为代价，即在碳链变长时，表面活性剂可能无法将水的表面张力降低到很低的水平。2、支链和不饱和程度对性能的影响：如果疏水基团中存在支链或者不饱和键（如双键）的数量增加，这通常会降低表面活性剂的效率，因为这些结构变化可能会干扰分子在水表面的排列。尽管如此，这种结构的变化可能会增强表面活性剂的能力，即它们能够将水的表面张力降低到更低的水平。五、表面活性剂胶束的形成
胶束和临界胶束浓度（CMC）的形成：当表面活性剂在水中的浓度逐渐增加时，它们首先在水的表面形成一层有序排列的单分子层。随着浓度的进一步增加，未被表面吸附的表面活性剂分子在溶液内部开始聚集，它们的疏水基团相互靠近，从而形成胶束结构。临界胶束浓度（CMC）的定义：表面活性剂开始形成胶束的最低浓度点被称为临界胶束浓度。这个浓度标志着表面活性剂从单体状态转变为胶束状态的转变点。 胶束的形态多样性：根据表面活性剂的亲水基团的不同特性以及溶液的浓度，形成的胶束可以有多种形态，包括棒状、层状或球状等。
胶束形成对溶液性质的影响：当表面活性剂的浓度达到CMC时，溶液的性质开始偏离理想溶液的行为。这种变化在表面张力与浓度的关系曲线上表现为一个明显的转折点。超过CMC后，即使继续增加表面活性剂的浓度，水的表面张力也不会进一步降低，但溶液中的胶束数量和大小会继续增加。
六、HLB值与表面活性剂的选择
HLB(依凡,尼洛夫法)值是一种用于测量表面活性剂(也称为表面活性剂)的极性度的指标。依凡尼洛夫(HLB)值是一种常用的表面活性剂组合的量化指标，主要是用来确定表面活性剂的最佳组合。 HLB(依凡尼洛夫)值计算过程有以下四步:
第一步:计算组份的HLB值。
HLB值是用来衡量表面活性剂的极性度的指标，可以用来确定每种表面活性剂的组合，确定母液的形成与特性。每种表面活性剂都有其自身的HLB值，可以简单地通过手册或者互联网等方式获得这个HLB值。
第二步:根据公式计算表面活性剂总体的HLB值。
通过以下公式可以计算表面活性剂的总体HLB值:
总体HLB值=∑[每种表面活性剂的质量分数x每种表面活性剂对应的HLB值]
第三步:根据总体HLB值计算混合液体的表面张力
根据总体HLB值可以计算混合液的表面张力，公式如下:表面张力=20x总体HLB值(dyn/cm)
第四步:计算和结果报告
最后，将所有步骤的结果汇总在一起，就可以得出总体表面活性剂组合的HLB值和其对应的表面张。
根据不同的应用需求，我们可以根据HLB值来选择最合适的表面活性剂。HLB值的不同范围对应着不同的应用： ①当HLB值在2到6之间时，表面活性剂适合作为油包水型乳化剂，这种类型的乳化剂能够将油滴分散在水中。
②当HLB值在8到10之间时，表面活性剂适合作为润湿剂，帮助液体更好地在固体表面铺展。
③当HLB值在12到18之间时，表面活性剂适合作为水包油型乳化剂，这种类型的乳化剂能够将水滴分散在油中。
七、表面活性剂的水溶性
表面活性剂的水溶性与其亲水性成正比，亲水性越强，其在水中的溶解度越高；而其亲油性则影响其在油中的溶解性，亲油性越强，越容易溶解于油中。因此，可以通过溶解度或与溶解度相关的属性来评估表面活性剂的亲水亲油特性。①离子型表面活性剂的溶解度与Krafft点：离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度升高而增加。当温度达到某一特定点时，其溶解度会急剧上升，这个温度点被称为Krafft点。对于同一家族的表面活性剂，碳氢链越长，其Krafft点越高，因此Krafft点可以用来衡量离子型表面活性剂的亲水性和亲油性。②非离子型表面活性剂的溶解度与浊点：非离子型表面活性剂的亲水基主要是由聚氧乙烯基构成。温度升高会破坏聚氧乙烯基与水的相互作用，导致溶解度下降，甚至可能导致表面活性剂从溶液中析出，形成混浊。这种混浊现象开始发生的最低温度称为浊点。聚氧乙烯基的分子数越少，表面活性剂的亲水性越强，浊点越高；相反，亲油性越强，浊点越低。因此，浊点可以作为衡量非离子型表面活性剂亲水性和亲油性的一个指标。八、表面活性剂的关键作用及其应用
①润湿作用：表面活性剂通过降低液体表面张力和改变接触角，实现润湿效果。
②洗涤作用：表面活性剂通过降低污垢与固体表面的粘附力来去污，理想的洗涤剂应具备良好的润湿性、降低界面张力的能力、一定的起泡或增溶作用，以及在清洁后形成保护膜防止再污染。
③增溶作用：表面活性剂如油酸钠能显著增加非极性有机物（如苯）在水中的溶解度，这些有机物实际上是分散在胶束中，而非均匀溶于水。
④起泡作用：表面活性剂能形成强度足够的液体薄膜包围空气，形成泡沫，用于选矿、灭火和清洁等，主要功能包括降低表面张力、增强泡沫膜的稳定性和弹性，以及调节泡沫的表面黏度。
⑤乳化作用：表面活性剂能形成乳状液，分为水包油（O/W）和油包水（W/O）两种类型，分别以水和油为外相。