Свойства поверхностно-активных веществ - Поверхностные явления. Адсорбция
На поверхности раздела фаз молекулы ПАВ Ориентируются Гидрофильной группой в сторону полярной фазы, олеофильной - в сторону неполярной.
Из-за Малого сродства К молекулам растворителя Молекулы ПАВ выталкиваются из раствора на межфазные границы: поверхность раствора, стенки сосудов, поверхность частиц дисперсной фазы и др., снижая при этом поверхностное натяжение.
Графическая зависимость, характеризующая изменение поверхностного натяжения раствора ПАВ с изменением его концентрации, называется Изотермой поверхностного натяжения (Рис. 2).
Рис. 2
Участок изотермы 1, с крутым наклоном, соответствует малым концентрациям ПАВ, при котором их число на поверхности Невелико И они могут свободно по ней перемещаться, практически не мешая друг другу. Такое состояние молекул ПАВ на поверхности может быть названо "двухмерным газом".
Криволинейный участок изотермы 2, соответствует Средним Концентрациям ПАВ, когда часть поверхности занята ПАВ, что снижает их дальнейшую адсорбцию.
Участок изотермы 3 соответствует Большим концентрациям ПАВ, когда практически вся поверхность раствора занята монослоем из дифильных молекул. При этом величина их адсорбции, а следовательно, и поверхностное натяжение не увеличивается с ростом концентрации.
Молекулы ПАВ на границе "водный раствор-газ" образуют адсорбционный слой Толщиной в одну молекулу - Мономолекулярный слой (рис. 3 в)
Рис. 3
В зависимости От концентрации раствора Расположение в мономолекулярном слое молекул ПАВ, будет различным.
При низких концентрациях ПАВ в адсорбционном слое гибкий углеводородный радикал лежит на поверхности воды (рис.3 а). С увеличением концентрации раствора ПАВ углеводородные радикалы ориентируются параллельно друг другу и перпендикулярно поверхности воды (рис. 3 б, в).
Когда вся поверхность раствора покрывается мономолекулярным слоем Вертикально Ориентированных молекул ПАВ образуется "частокол Ленгмюра", названный в честь И. Ленгмюра (рис. 3в).
Взаимосвязь Между поверхностным избытком Адсорбированного ПАВ (Г), концентрацией (С) и поверхностным натяжением () описывается Уравнением адсорбции Гиббса:
Г
Для практических вычислений используют интегральную форму уравнения:
, где
- изменение поверхностного натяжение раствора по сравнению с водой;
С - изменение концентрации раствора ПАВ по сравнению с ближайшим в сторону уменьшения раствором ПАВ;
Т - температура выраженная в Кельвинах;
R - универсальная газовая постоянная
Величина называется Поверхностной активностью. Она служит мерой способности ПАВ снижать поверхностное натяжение. Знак минус говорит о том, что с увеличением концентрации ПАВ в растворе его поверхностное натяжение уменьшается.
Из уравнения Гиббса следует, что если 0, то Г 0 - концентрация растворимого вещества в поверхностном слое меньше, чем в объеме (Отрицательная адсорбция). Это наблюдается в растворах поверхностно-инактивных веществ.
Если концентрация растворимого вещества в поверхностном слое больше, чем в объеме раствора, т. е. Г 0, то 0 (Положительная адсорбция). Это наблюдается в растворах поверхностно-активных веществ.
Величину поверхностной активности при концентрации ПАВ, стремящейся к нулю, можно Определить графически, используя касательную проведенную через точку, соответствующую растворителя к практически прямолинейному участку изотермы поверхностного натяжения (рис. 4)
Рис. 4
Согласно рис. 4
Tg =
Поверхностная активность ПАВ Зависит От длины углеводородного радикала его молекулы. Эта зависимость описывается правилом Дюкло-Траубе, применимым к жирным кислотам, спиртам и другим соединениям с неразветвленной цепью.
Правило Дюкло-Траубе: Поверхностная активность веществ в Водных Растворах с одинаковой концентрацией при увеличении углеводородного радикала на одну группу - СН2 - возрастает в 3 - 3,5 раза.
Для органических Сред правило Дюкло-Траубе обращается: увеличение длины углеводородного радикала на группу - СН2 - приводит к снижению поверхностной активности в 3 - 3,5 раза.
Изотермы поверхностного натяжения при сравнительно больших концентрациях могут быть описаны с помощью Уравнения Шишковского (1908 г):
= 0 - = а ln (1+ вс),
Где 0, - поверхностное натяжение растворителя и раствора,
С - концентрация раствора ПАВ;
А и в - константы
Физический смысл констант А и В выяснен Ленгмюром. Константа А характерна для каждого данного гомологического ряда, в котором она одинакова для всех входящих в него веществ. Ее значение может быть рассчитано по уравнению: а = ГRT.
Константа В индивидуальна для каждого ПАВ и имеет смысл константы адсорбционного равновесия. Ее значение увеличивается с увеличением длины углеводородного радикала ПАВ.
Сродство молекул ПАВ к водной и неводной фазам оценивается величиной Гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ).
ГЛБ - это Соотношение Между энергией взаимодействия гидрофильной группы молекулы ПАВ с водой и энергией взаимодействия гидрофобной группы с неполярной средой (бензолом, толуолом и т. п.).
По шкале ГЛБ, предложенной Дэвисом и Гриффином, всем известным в настоящее время ПАВ Приписываются числа От 1 (ГЛБ олеиновой кислоты) до 40 (ГЛБ лаурилсульфата натрия).
Чем больше энергия взаимодействия гидрофильной группы ПАВ с водой по сравнению с энергией взаимодействия гидрофобной группы с неполярной средой, тем выше число ГЛБ.
ПАВ с ГЛБ ниже 10 используют в фармации для Стабилизации эмульсий Типа вода в масле (в/м), выше 10 - для эмульсий типа масло в воде (м/в).
ПАВ с ГЛБ 7 - 9 используются как Смачиватели, С 12 - 16 как солюбилизаторы, С 13 - 18 как Моющие средства и т. д.
Похожие статьи
-
Адсорбция на границе жидкость - газ Сорбцией (от лат. "sorbeo" - поглощаю, втягиваю) называют любой процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим...
-
Неионогенные ПАВ - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Неионогенные ПАВ - высокомолекулярные соединения, не образующие ионов в водном растворе. Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных...
-
ПАВ и ПИВ - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Одним из основных свойств поверхностно-активных веществ является их способность адсорбироваться из объема жидкости, где они растворены, на поверхности...
-
Введение - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) -- химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного...
-
Концепция гидрофильно-липофильного баланса - Коллоидные поверхностно-активные вещества
В эмульсионной технологии существует эмпирическое правило: водорастворимые эмульгаторы обычно образуют эмульсии "масло в воде", в то время как...
-
1) рассеяние света 2) флотация-всплывание каллоидных частиц на поверхность 3) сидиментация - выпадение в осадок коллоидных частиц 4)коагуляция-уменьшение...
-
План-конспект теоретической самоподготовки Поверхностное натяжение Состояние молекул вещества, находящегося в поверхностном слое твердого тела или...
-
Заключение - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Мировое производство ПАВ постоянно возрастает, причем доля неионных и катионных веществ в общем выпуске все время увеличивается. В зависимости от...
-
Поверхностный натяжение адсорбция адгезия Поверхностное натяжение различных конденсированных тел на границе с газом непосредственно связано с межатомным...
-
Адсорбция Лэгмюра и Фрейндлиха
Адсорбция. Изотермы адсорбции Лэгмюра, Фрейндлиха. Уравнение БЭТ и его анализ Поверхностная энергия стремится самопроизвольно уменьшиться. Это выражается...
-
Оптическая геометрия нефелометров - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Третий компонент, влияющий на качество показаний нефелометров - это оптическая геометрия, которая включает в себя параметры конструкции прибора, такие...
-
Адгезия, смачивание и растекание относятся к межфазным взаимодействиям, которые происходят между конденсированными фазами. Адгезия. Межфазное...
-
Формулы катионактивных ПАВ. - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они могут взаимодействовать химически с поверхностью адсорбента,...
-
Моющие средства: состав и свойства
1. Природа моющих средств Моющими средствами называют сложные органические соединения, применяемые в чистом виде или с добавками для стирки изделий из...
-
Физические и химические свойства простого вещества - Свойства германия
Начать следует с описания физических свойств простого вещества германия. Германий представляет собой твердый серебристо-белый полуметалл, обладающий...
-
Допустим, реакция aA + bB <> хХ + yY - гомогенная и идет в одну стадию. Тогда скорость прямой реакции vПр = KПр [A]A{B]B, а скорость обратной...
-
КОЛЛОИДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД И ИХ УДАЛЕНИЕ - Химические свойства и строение воды
Очистка сточных вод -- лишь одно из направлений защиты гидросферы, прежде всего, поверхностных вод от антропогенных загрязнений. Главный путь защиты...
-
Выбор метода получения 1 способ Готовят отдельно два раствора: 9 г хлорида кобальта (II) в 25 мл воды (раствор 1) , 10 г хлорида аммония и 14 г нитрата...
-
Газовый хроматография энтропия адсорбция Области физико-химических применений газовой хроматографии Газовая хроматография, имеющая главным образом...
-
КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ - Растворы
Коллигативными свойствами называют физико-химические свойства растворов, которые обусловлены Природой растворителя и числом частиц растворенного вещества...
-
Физика низких температур, Низкие температуры - Свойства веществ при низких температурах
Низкие температуры Низкие температуры, криогенные температуры, обычно температуры, лежащие ниже точки кипения жидкого воздуха (около 80 К). Такие...
-
Свойства веществ при низких температурах - Свойства веществ при низких температурах
Работы в области жидкого гелия представляют интерес в основном потому, что проводятся вблизи абсолютного нуля, т. е. при очень низких температурах. В то...
-
Ультрамикроскопия - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Ультрамикроскопия (от лат. ultra, греч. mikros - маленький и skopeo - смотрю), оптический метод наблюдения и анализа коллоидных частиц в жидкой или...
-
Взаимодействие водорода со сложными веществами, Получение водорода - Свойства водорода
Водород проявляет восстановительные свойства и в реакциях со сложными веществами: 1) Восстановление оксидов металлов, стоящих в электрохимическом ряду...
-
Водород - двухатомный газ Н2. Он не имеет ни цвета, ни запаха. Это самый легкий газ. Благодаря этому свойству он использовался в аэростатах, дирижаблях и...
-
Окисление органического вещества, Получение хлорной воды, Окисление фосфора - Свойства галогенов
При направлении струи хлора из газоотводной трубки на бумагу, смоченную скипидаром мы наблюдаем С10H16 + 8Cl2 > 10C + 16HCl Вывод: Окисление...
-
Адсорбция активированный уголь Развитие теории адсорбционных сил еще не достигло такой стадии, когда по известным физико-химическим свойствам газа и...
-
Физика низких температур - Свойства веществ при низких температурах
Применение Низкие температуры сыграло решающую роль в изучении конденсированного состояния. Особенно много новых и принципиальных фактов и...
-
Катионактивные ПАВ - Коллоидные поверхностно-активные вещества
Катионактивными называют ПАВ, молекулы которых диссоциируют в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и...
-
Измерение низких температур - Свойства веществ при низких температурах
Первичным термометрическим прибором для измерения термодинамической температуры вплоть до 1 К служит Газовый термометр . Др. вариантами первичного...
-
Введение - Свойства веществ при низких температурах
Проблемой изучения свойств веществ при низких температурах занимались многие ученые. Для этого требовались сжиженные газы. Определенных успехов в...
-
Природа растворов полимеров - Физико-химические свойства растворов полимеров
Размеры макромолекул соизмеримы с размерами коллоидных частиц. Поэтому растворы полимеров обнаруживают ряд свойств, характерных для коллоидных золей...
-
Исследование физических свойств мыльного пузыря - Физика и химия мыльного пузыря
Мыльный пузырь -- это тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью. Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды,...
-
Специфические способы определения удельной свободной поверхностной энергии - Коллоидная химия
Поверхностная энергия , энергия, сосредоточенная на границе раздела фаз, избыточная по сравнению с энергией в объеме. При увеличении поверхности раздела...
-
Рассмотрим реакцию между веществами А и В, протекающую по схеме: А А + в В = с С + d D Количественно зависимость между скоростью реакции и концентрациями...
-
Растворимость веществ - Растворы
Растворение - самопроизвольный (так как идет с увеличением энтропии в системе) обратимый процесс. Однако растворение возможно только до определенного...
-
МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ, ИОННОГО ОБМЕНА, МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ - Химические свойства и строение воды
Современные технологии позволяют изготавливать объемные или плоские фильтрующие материалы с однородными каналами практически любого размера. Мембранный...
-
Хлорорганические соединения - Химико-токсилогический анализ на отдельные группы веществ. Пестициды
Физико-химические свойства и применение. Хлорорганические соединения (ХОС) широко применяют в качестве инсектицидов, акарицидов и фунгицидов для борьбы с...
-
Спектральные и фотохимические характеристики исходных веществ Спектральные свойства 2-(4-[9-меркаптононокси] стирил) хинолина и квантовой точки CdS На...
-
Строение и превращение веществ., Вещества и их свойства. - Строение и превращение веществ
Основное содержание органической и неорганической химии составляют две концептуальные системы знаний: 1) учение о веществах, их составе и строении, о...
Свойства поверхностно-активных веществ - Поверхностные явления. Адсорбция