17.09.2019
На сегодняшний день услуги профессионального клининга пользуются большим спросом среди разнообразных коммерческих учреждений и...


17.09.2019
На сегодняшний день многие люди относятся к подоконнику как к чему-то само собой разумеющемуся и применяют его, как максимум, в...


17.09.2019
На сегодняшний день автоматизация производственных процедур является важнейшим этапом развития любой компании. Ленточный конвейер...


17.09.2019
Мебель из дерева издревле является наиболее популярной. Известно, что даже трон у египетского Фараона был выполнен из массива...


17.09.2019
В нынешнем темпе жизни городского жителя, очень часто можно наблюдать картину, когда окружающая среда настолько начинает влиять...


16.09.2019
Выбор букмекерской конторы – важный этап, без правильного прохождения которого успешная и длительная игра на ставках будет просто...


Свойства ПАВ

15.07.2019

Вещества, растворенные в жидкости, могут равномерно распределяться в се объеме, концентрироваться в поверхностном слое жидкости (тогда они называются поверхностно-активными) или, наоборот, располагаться внутри жидкости (поверхностно-инактивные вещества). Такие особенности зависят от молекулярной природы растворенных веществ и их строения, а также от молекулярной природы твердых тел, несмешивающихся жидкостей или газов, составляющих смежную фазу. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) отличаются способностью концентрироваться на поверхности раздела фаз и образовывать тонкие адсорбционные слои, которые оказывают заметное влияние на свойства вещества.

Молекулы ПАВ состоят из гидрофильной и гидрофобной частей. При контакте водных растворов ПАВ с твердыми веществами (например, горными породами), которые имеют небольшое сродство с водой, т.е. являются гидрофобными, молекулы ПАВ адсорбируются на гидрофобных поверхностях своими углеводородными (гидрофобными) частями. После насыщения гидрофобной поверхности горной породы мономолекулярным слоем ПАВ вода уже не соприкасается с твердой поверхностью, а отделена от нее слоем ПАВ. В сторону воды обращены гидрофильные части молекул ПАВ, к которым притягиваются молекулы воды. Таким образом, молекулы ПАВ становятся связывающим звеном между гидрофобными поверхностями частиц горных пород и водой. Если поверхность породы гидрофильна, то ПАВ гидрофобизируют ее, притягиваясь к ней своими гидрофильными участками.

При контакте двух несмешивающихся жидкостей, из которых одна является гидрофильной, а вторая гидрофобной, например вода и керосин, молекула ПАВ своей гидрофобной частью втягивается в керосин, а гидрофильная часть взаимодействует с водой. В результате появления связывающего звена молекул ПАВ поверхностное натяжение на границе этих двух жидкостей уменьшается. На границе воды с воздухом гидрофобная часть молекулы ПАВ взаимодействует с воздухом, а гидрофильная остается в воде.

Благодаря активному изменению природы поверхностей и характеру взаимодействия между фазами появляется возможность путем сравнительно небольших добавок ПАВ изменять ход физико-химических процессов и управлять технологическими процессами.

Активность ПАВ оценивается величиной адсорбции, т. е. избытка ПАВ на поверхности раздела по сравнению с общей концентрацией в растворе. Адсорбция ПАВ в поверхностном слое вызывает понижение поверхностного натяжения о. Связь между поверхностным натяжением и адсорбцией Г для сильно поверхностно-активных ПАВ определяется уравнением Гиббса
Свойства ПАВ

где с — концентрация вещества в одной из фаз, образующих поверхность раздела (молярная); R — газовая постоянная; T — абсолютная температура в ° К.

Высокоэффективные ПАВ, например олеат натрия, снижают поверхностное натяжение воды на границе с воздухом с 72,8 до 25— 35 дин/см2, причем концентрация ПАВ в поверхностном слое оказывается в десять тысяч раз больше, чем его концентрация в объеме.

Большинство химических реагентов, применяемых для регулирования свойств промывочных жидкостей, являются в той или иной степени поверхностно-активными веществами. Однако поверхностная активность большинства из них сравнительно невелика, а некоторые являются поверхностно-инактивными. Мы будем рассматривать только сильно поверхностно-активные вещества, для которых способность резко снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз является основным и специфическим свойством.

Неорганические соли — электролиты (NaCl, KCl, CaCl2) на границе вода—воздух являются поверхностно-инактивными, т. е. повышают, хотя и незначительно, поверхностное натяжение воды на границе с воздухом. Следовательно, в водных растворах электролитов вода является поверхностно-активным веществом, так как концентрируется в поверхностном слое.

Классификация поверхностно-активных веществ осуществляется по следующим признакам.

1. По химическому состоянию: неионогенные и ионогенные; последние в свою очередь подразделяются на анионоактивные и катионоактивные.

Ионогенные ПАВ в отличие от неионогенных диссоциируют в воде на анионы и катионы. При диссоциации анионоактивных веществ образуются поверхностно-активные анионы, обладающие более высоким молекулярным весом, и обычно неорганические катионы (Na+, K+, Ca2+, Mg2+ и т. п.). Катионоактивные ПАВ, наоборот, диссоциируют на крупные поверхностно-активные катионы и неорганические анионы (Cl-, SO4-).

2, По коллоидно-структурному признаку: вещества, растворимые в данном растворителе до молекулярного или ионного состояния; вещества, растворимые до коллоидного состояния (молекулярные или ионные мицеллы) и нерастворимые в данном растворителе.

По механизму действия поверхностно-активные вещества в соответствии с классификацией П.А. Ребиндера разделены на четыре группы.

К первой группе относятся вещества, концентрирующиеся на поверхности раздела жидкость—газ (вода—воздух). Они не образуют коллоидных растворов ни на поверхности, ни в объеме. Типичными представителями ПАВ первой группы являются спирты, которые снижают поверхностное натяжение воды на границе с воздухом с 72,8 до 30—50 дин/см при 20° С.

ПАВ первой группы вызывают слабое вспенивание и поэтому применяются для образования неустойчивой пены при флотации. Эти вещества применяются в качестве пеногасителей. Механизм пеногашения заключается в том, что ПАВ первой группы вытесняют менее поверхностно-активные вещества, но содержащие пленки с более высокой структурной прочностью. Так как сами ПАВ первой группы не образуют структурированных пленок, то пузырьки газа, лишенные защиты, сливаются при столкновениях (коалесцируют) и всплывают.

Во вторую группу входят ПАВ, адсорбирующиеся на границе двух жидкостей и на границе жидкость — твердое тело. Они не образуют структур ни в объеме, ни на поверхности.

Такие вещества адсорбируются на поверхностях тел, в результате чего понижается свободная поверхностная энергия твердого тела или жидкости и облегчается возможность образования новых поверхностей. Следовательно, ПАВ второй группы являются диспергаторами. Поверхностно-активные вещества второй группы, адсорбируясь на участках поверхности твердых тел, обладающих дефектами (микротрещины, разрывы), вызывают понижение, прочности тела и способствуют его разрушению. Такие ПАВ могут способствовать самопроизвольному диспергированию твердых тел в результате понижения поверхностного натяжения до очень низких значений.

Так как ПАВ второй группы не обладают структурообразующей способностью, то эти вещества, вызывая диспергирование, не могут служить стабилизаторами. В то же время они могут служить деэмульгаторами. В этом случае они вытесняют менее поверхностноактивные вещества с поверхности капелек, и так как они не образуют структурированных пленок, то облегчается коалесценция капелек эмульгированного вещества.

В третью группу входят поверхностно-активные вещества, образующие гелеобразную структуру в адсорбционном слое и в растворе и являющиеся стабилизатором суспензий, т. е. предотвращающие коагуляцию частиц. Механизм действия ПАВ третьей группы заключается в создании структурированных защитных оболочек на поверхностях частиц твердых тел и капель жидкости, препятствующих непосредственному контакту между частицами. В то же время сами защитные оболочки не связываются друг с другом, и следовательно, не происходит так называемой вторичной коагуляции.

Обычно поверхностная активность таких веществ невелика. ПАВ третьей группы образуют в растворе крупные мицеллы и макромолекулы и поэтому доступ этих молекул к микротрещинам и другим дефектам поверхности затруднен. Следовательно, ПАВ третьей группы не могут служить пептизаторами.

Четвертую группу составляют моющие вещества, которые должны обладать всеми свойствами, характерными для трех предшествующих групп ПАВ: понижать поверхностное натяжение на границе вода—воздух, гидрофилизировать и смачивать поверхности и образовывать структуры в объеме и поверхностных слоях. Следовательно, ПАВ четвертой группы являются одновременно и диспергаторами, и стабилизаторами суспензий и эмульсий. В небольших количествах ПАВ четвертой группы являются гидрофобизаторами (за исключением неионогенных), а при некотором увеличении их количества проявляют моющие свойства.

Свойства поверхностно-активных веществ зависят от соотношения между гидрофильной и гидрофобной частями. Гидрофобная часть состоит из углеводородов, гидрофильная — включает группы —COO-, —SO3-, полугидрофильные остатки — CH2—CH2—О—CH2—CH2O или многократно повторяющиеся группы, содержащие азот,— NH2, —NH- и т. д.

Гидрофобные свойства молекул зависят от состава и длины углеводородной части. Обычно длина гидрофобной части молекул ПАВ равна 15—13 А. Гидрофильные свойства зависят от величины и состава гидроксильных, карбоксильных и сульфогрупп (особенно последних), а также от полярности этих групп. Полярность характеризуется величиной электрического диполя, т. е. произведения электрического заряда на расстояние между центрами положительных и отрицательных зарядов. Карбоксильная группа обладает невысоким дипольным моментом, равным 1,51 D. Дипольный момент воды равен 1,84 D. Следовательно, у карбоксильной группы жесткая структура и незначительная растворимость в воде. Сульфонатная и сульфатная группы повышают дипольный момент и улучшают растворимость. Кроме того, сульфаты и сульфонаты не гидролизуются, что повышает химическую устойчивость самого ПАВ.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна