Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Поверхностно-активные вещества



0 c  
s s0
 
s0
Вещества, которые при растворении снижают поверхностное натяжение растворителя, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Вещества, не изменяющие поверхностное натяжение растворителя, – поверхностно-неактивные.

Рис. 1. Изотерма поверхностного натяжения
Изотерма поверхностного натяжения – графическая зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ при постоянной температуре (рис. 1). Изотерма поверхностного натяжения описывается уравнением Шишковского

 

, (1)

где s0, s – поверхностное натяжение растворителя и раствора соответственно; В, К – константы (коэффициент В постоянен для гомологов).

Отличительный признак молекул ПАВ – дифильное строение, благодаря которому они обладают сродством как к полярным, так и к неполярным средам.

Молекула ПАВ включает два фрагмента:

1) гидрофильный (полярный), обладающий значительным дипольным моментом, например, группы –СООН, –ОН, –NH2, –CN, –SH, –COH, –NO и др.;

2) гидрофобный (неполярный), обладающий слабым молекулярно-силовым полем – это углеводородный радикал.

ПАВ относительно воды являются многие органические соединения – карбоновые кислоты, альдегиды, спирты, амины.

На рис. 2 представлено условное обозначение молекул ПАВ: «головка» – полярная часть молекулы ПАВ, «хвост» – неполярная.

При адсорбции полярные группы, обладающие большим сродством к воде (полярной фазе), втягиваются в нее, а неполярные распределяются в неполярной фазе (воздух, неполярная жидкость), образуя поверхностный слой.

При малых концентрациях ПАВ в растворе их молекулы произвольно ориентируются в поверхностной фазе (рис. 3, а). С увеличением концентрации поверхностный слой заполняется молекулами ПАВ, образующими мономолекулярный адсорбционный слой с плотнейшей упаковкой, соответствующей строгой пространственной ориентации молекул ПАВ (частокол Ленгмюра, рис. 3, б).

 

 

Рис. 2. Обозначение молекул ПАВ
воздух
раствор
воздух
раствор
Рис. 3. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое: а – ненасыщенном, б – насыщенном  


 

 

а) б)

 

 

Предельная адсорбция достигается при насыщении поверхностного слоя молекулами ПАВ. При дальнейшем повышении концентрации ПАВ в растворе строение адсорбционного слоя, а также поверхностное натяжение раствора больше не изменяются.



Из рис. 1 видно, что для ПАВ . Значение производной непостоянно и зависит от концентрации вещества. Чтобы придать этой величине вид характеристической постоянной, берут ее предельное значение (при c ® 0). Эту величину П.А. Ребиндер назвал поверхностной активностью g

.

Поверхностная активность – количественная характеристика влияния ПАВ на поверхностное натяжение. Поверхностная активность – положительная величина, поэтому перед производной стоит знак "–".

b
a
s   s0
s0
0 c  
 
Рис. 4. Графическое определение поверхностной активности
Графически значение g может быть определено как тангенс угла наклона касательной к изотерме поверхностного натяжения в точке, которая соответствует s чистого растворителя (рис. 4).

.

Поверхностная активность зависит от природы растворенного вещества и растворителя. Для водных растворов поверхностная активность возрастает с уменьшением полярности молекул ПАВ. С увеличением в молекуле числа полярных групп поверхностная активность уменьшается.

Увеличение числа неполярных групп в молекуле ПАВ вызывает рост поверхностной активности. Экспериментально установлено, что в гомологическом ряду поверхностная активность возрастает в 3 – 3,5 раза при удлинении углеводородной цепи на одну группу –СН2 (правило Дюкло – Траубе)

.

Так, в гомологическом ряду спиртов поверхностная активность бутанола С4Н9ОН выше, чем пропанола С3Н7ОН и этанола С2Н5ОН.

Более универсальный способ оценки поверхностной активности – вычисление гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), отражающего сбалансированность гидрофильных и гидрофобных свойств молекул ПАВ

Данный метод разработал косметолог Гриффин. В соответствии с ним молекула ПАВ разбивается на группы, каждая группа имеет свое групповое число В, характеризующее степень взаимодействия ее с водой. Например, В группы –СООК составляет 21,1, –СООН – 2,1, –ОН – 1,9. Групповые числа гидрофобных (неполярных) групп отрицательны. В частности, В групп –СН3, =СН2, =СН– составляет –0,475. Значение ГЛБ определяют сложением групповых чисел Вi всех групп, составляющих молекулу ПАВ.



ГЛБ = 7 + SВi.

Чем ближе ГЛБ к 7, тем лучше сбалансировано действие полярной и неполярной групп. При ГЛБ > 7, у вещества более выражены гидрофильные свойства, а при ГЛБ < 7 – гидрофобные.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!