1. До ПАР відносяться речовини, здатні знижувати поверхневий натяг, тому що # 963; пав <σ жидкости. Поверхностно-активными по отношению к воде являются вещества менее полярные, чем вода (спирты, амины, жирные кислоты, мыла, белки и др.)
2. Для них d # 963; / dС <0, т.е. с увеличением концентрации ПАВ поверхностное натяжение раствора уменьшается. Графически эта зависимость изображается кривой - изотермой поверхностного натяжения (Рис. 4). Из графика видно, что для ПАВ характерно резкое снижение σ даже при малых концентрациях. По мере роста концентрации ПАВ график становится более пологим и, наконец, переходит в горизонтальную прямую. Это означает, что поверхностное натяжение достигло своего минимального значения. При этих условиях на поверхности жидкости образуется сплошной мономолекулярный слой ПАВ и дальнейшая адсорбция уже невозможна.
Мал. 4 Ізотерма поверхневого натягу для ПАР
3. У 1878 році американський вчений Дж. Гіббс вивів рівняння, що зв'язує величину адсорбції речовини (Г) з його здатністю змінювати поверхневий натяг розчину (d # 963; / dС)
Де С - концентрація, моль / л
R - універсальна газова постійна, рівна 8,32 Дж / моль · К
Т - абсолютна температура, К
d # 963; / DС - зміна поверхневого натягу з концентрацією при незмінній величині поверхні.
4. З рівняння Гіббса випливає, що при d # 963; / dС <0 величина Г> 0. Кажуть, що для ПАР характерна позитивна адсорбція, коли поверхнева концентрація молекул ПАР більше, ніж в обсязі.
5. Молекули ПАР мають дифільну будова: вони містять полярну і неполярну групи. Полярними властивостями володіють такі атомні угруповання, як -СООН, -ОН, -NН2. -NО2. -SО2 ОН та ін. Вони здатні до гідратації і є гідрофільними. Неполярная частина молекул ПАР є гидрофобную вуглеводневий ланцюг або ароматичний радикал. Таким чином, поверхнево-активними по відношенню до води є спирти, аміни, жирні кислоти, мила, білки і т.д.
6. Завдяки дифільної будовою ПАР, їх молекули мимовільно утворюють орієнтований моношар на поверхні розділу фаз: полярні групи молекул розташовуються в водній (полярної) фазі, а гідрофобні радикали - в менш полярної фазі. Причиною такої орієнтації є те, що енергія взаємодії молекул води один з одним більше, ніж з гідрофобними частинами молекул ПАР: Ен2 про - Н2 про> Ен2 про - пав. Для зображення молекул ПАР прийняті умовні позначення. Пряма або хвиляста лінія позначає вуглеводневий радикал, а кружечок - полярну групу. Схематично орієнтацію молекул ПАР можна зобразити таким чином (Рис. 5).
Мал. 5 Орієнтація ПАР на межі рідина-газ
7. Здатність ПАР знижувати поверхневий натяг кількісно оцінюється поверхневою активністю q = - d # 963; / dС. У гомологічних рядах простежуються чіткі закономірності в зміні поверхневої активності: вона зростає в міру збільшення довжини вуглеводневої радикала і залежить від неполярних речовини. В кінці XIX століття Дюкло і Траубе на підставі великого експериментального матеріалу сформулювали правило: при збільшенні довжини вуглеводневого ланцюга на групу -СН2 - поверхнева активність зростає в 3 - 3,5 рази. Іншими словами, збільшення довжини ланцюга в арифметичній прогресії призводить до зростання поверхневої активності в геометричній прогресії. На рис. 6 наведені ізотерми поверхневого натягу для ряду кислот. З графіка видно, що q1 Мал. 6 Ізотерми поверхневого натягу деяких кислот: 1. СН3 СООН - оцтова кислота, 2. СН3 СН2 СООН - пропіонова кислота, 4. СН3 (СН2) 3 СООН - ізовалеріанової кислота. Правило справедливо для водних розчинів і звертається для вуглеводневих середовищ. Дійсно, чим довше вуглеводнева ланцюг, тим Неполярний речовина, тим більшою мірою його молекули виштовхуються водою на поверхню, т.к Е Н2 о-Н2 про> Е Н2 о-пав. Правило Дюкло-Траубе стало теоретичною основою синтезу сучасних миючих засобів. 8. Відповідно до правила Дюкло-Траубе, адсорбція зростає з подовженням ланцюга в гомологічної ряду, але для всіх членів ряду величина адсорбції прагне до однієї і тієї ж граничної величини Г∞. званої граничної адсорбцией (Рис. 7). Мал. 7 Серія ізотерм адсорбції на кордоні розчин-газ для гомологічного ряду ПАР. 1 - для нижчого члена ряду, 3 - для вищого члена ряду Наявність Г∞ є доказом існування мономолекулярного шару ПАР на поверхні рідини. При малих концентраціях у області, далекій від насичення, вуглеводневі ланцюги, виштовхнуті в повітря, «плавають» на поверхні води, тоді як полярна група занурена в воду. Взаємодія між молекулами ПАР незначно, моношари називають газоподібними (Рис. 8а). З ростом концентрації число молекул в поверхневому шарі збільшується, ланцюги піднімаються і в межі набувають вертикальне положення (Рис. 8б). Мал. 8 Схема утворення мономолекулярного шару При такій орієнтації зміна довжини ланцюга не змінює площі, зайнятої молекулою в поверхневої шарі, а, отже, не змінює кількості молекул, що припадають на одиницю поверхні, пропорційного Г∞. Такі моношарів називаються конденсованими. 9. По можливості молекул диссоциировать на іони ПАР поділяються на два великі класи: іоногенні (диссоциирующие) і неіоногенні (недіссоціірующіе). Іоногенні ПАР, в свою чергу, класифікують на 1) аніонактивні, що дають при дисоціації поверхнево-активний аніон: мила RСООМе (Ме - К +. Nа +. NН4 +), сульфокислоти, їх солі та інші сполуки; 2) катіонактівних, що утворюють при дисоціації поверхнево-активний катіон: солі амінів, четвертинних амонієвих підстав, алкіл-піридинових сполук; 3) амфотерні, здатні в залежності від рН проявляти аніонактивні властивості (в лужному середовищі) або катіонактівних властивості (в кислому середовищі): алкіламінокіслоти і ін. Як приклад аніоноактивні ПАР, застосовуваних у медицині, можна привести натріюлаурилсульфат [H3 C- (CH2) 11 -SO3] - Na +. катіонактівних ПАР - цетилтриметиламоній бромід [H3 C- (CH2) 15 -N (CH3) 3] + Br -. До амфотерним відноситься хлоргидрат алкілдіаміноетілгліціна [H3 C - (CH2) 11 - NH (CH2) 2 - NH - CH2 - COOH] HCl. Катіонактівних і аніонактивні ПАР застосовують у хірургії в якості антисептиків. Наприклад, четвертинні амонієві сполуки приблизно в 300 разів ефективніше фенолу по згубній дії щодо мікроорганізмів. При довжині алкільного радикала від С8 до С14 ПАР володіють яскраво вираженою антіфаговой активністю. Антимікробну дію ПАР зв'язують з їх впливом при адсорбції на проникність клітинних мембран, а також інгібуючу дію на ферментні системи мікроорганізмів. Неіоногенні ПАР отримують при взаємодії вищих спиртів, кислот або фенолів з молекулами оксиду етилену. Виходять з'єднання типу R (ОСH2 СН2) m ОН. Чим довше оксіетиленових ланцюжок, тим більше виражені гідрофільні властивості. Широке застосування знайшли в фармації в ролі стабілізаторів спання і твіни (складні ефіри жирних кислот, сорбіту або оксіетілірованние сорбіту)
Схожі статті