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利用“化学键”的物理作用有哪些?(以表活为例)

发布时间:2023-03-06 15:59:38      点击次数:307

    材料学在科学里面的火热程度就像人工智能在计算机里面的地位一样。利用不同的技术得到特殊材料也具有较多样的性质,材料在体现特性时利用了基本的化学原理。化学键为基础的物理作用能较好地描述其基本作用原理。化学键之间存在丰富的作用力,如氢键、范德华力、π共轭、静电诱导、堆积力作用、亲核和亲电作用、F-F作用等,另外,有报道双氢键和金键作新型的分子间作用力。

    在材料制备时引入杂原子如F、N和O等电负性较大但原子半径较小的特殊原子,进行有序排列,能形成氢键,同时也会产生诱导效应;双氢键是氢键的一种,是金属氢化物与OH或NH基团或其它含质子基团的相互作用;金键又称为金属键,在金属晶体中,自由电子作穿梭运动,它不专属于某个金属离子为整个金属晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用,从而形成某种结合,这种作用称为金属键。

   如今研究较多的属于MOF和COF类功能化结构的材料,以及一系列包含石墨烯、石墨炔、沸石、含氟凝胶树脂等多功能材料在本质上也都利用了化学键的相互作用,表现出丰富的物理性质。如何在绿色化学领域有效利用这些作用,实现表面活性剂的物理作用呢?

    世界万物,大多遵循从有序到无序,经过物竞天择,优胜劣汰,又可以从无序到有序。人们认识自然,改造自然的同时会影响无序的社会环境。人们在吃、穿、住、行、用等方面,都会按照自我的意愿去行事,也正如少数部分人总生活在自己认为对的行事风格中,除了极少数特例外,几乎很难实现大的突破。

    在既定的范围内打破规则,我们需要在原有思维、处事方式上引入新事物或采用新方法。譬如,打个简单的比方,衣服脏了我们需要清洗,否则会滋生病毒细菌,影响健康。前面已介绍,表面活性剂由于具有特殊的结构,能通过亲水和疏水的作用活化物质的表面,起到了干预无序环境的作用,在清洁方面,能起到转移污垢的效果。

    如催化剂能在化学反应中降低活化能一样促进化学反应,表面活性剂也能降低两种不互溶相的表面能,两者都在“绿色化学”中降低了反应的势能或节约能耗,因而两者在化学工业中都具有广泛的应用。

    表面活性剂具有界面吸附、定向排列和生成胶束等基本性质,那么他们具有哪些具体的物理作用呢?首先是我们熟悉的润湿和渗透作用,当在水中加入表面活性剂,从而润湿物体所起的作用称为润湿作用,则表面活性剂为润湿剂,同样渗透作用和渗透剂,在使用中两者一般表现一致。其他的物理作用包括乳化、扩散和增溶作用、发泡和消泡作用以及洗涤作用等。

    但是,问题来了,由表面活性剂转移的污垢会随之流入下水道,实际上污垢也作为致病菌的生长介质在起作用。致病菌进入环境后,可能经过食物链的传递,被人类直接或间接接触也势必会对健康造成威胁或伤害。因此,表面活性剂的发展需要以“绿色化学”为前提,以保护环境为依据。

    利用金属氢的活性,设计功能特异的材料,在对污染物吸附、富集和降解时的双氢键产生的氢气可作为新的能源被再次利用,符合“绿色化学”中原子经济性和减少污染的理念,有利于经济社会的可持续发展。


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