Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Наличие в растворе растворённого вещества может проявиться двояко:
· растворённое вещество концентрируется в поверхностном слое раствора и сильно снижает поверхностное натяжение, такое вещество называется поверхностно-активным (ПАВ);
· растворённое вещество вытесняется с поверхности раствора вглубь и поверхностное натяжение сильно возрастает, такое вещество называют поверхностно-инактивным (ПИВ).
Количество адсорбировавшегося вещества в поверхностном слое раствора зависит от его концентрации. Зависимость адсорбции от концентрации раствора описывается уравнением Гиббса:
Г = – с R –1 T –1 (¶s / ¶ c) T ,
где Г — адсорбция, моль/м2 ; с — концентрация, моль/м3 ; R — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль · К); T — температура, К; (¶s / ¶ c) T — частная производная поверхностного натяжения по концентрации при Т = const.
Для поверхностно-активных веществ (¶s / ¶ c) T < 0 и Г > 0, т.е. в данном случае адсорбция положительная.
Если (¶s / ¶ c) T > 0, то Г < 0, т.е. адсорбция отрицательная и вещество поверхностно-инактивно.
Величина (¶s / ¶ c) T или (¶s / ¶ а) T характеризует снижение поверхностного натяжения в зависимости от концентрации или активности раствора. Её называют поверхностной активностью.
Поскольку механизм действия поверхностно-активных веществ имеет адсорбционную природу, то для резкого снижения поверхностной энергии необходимо введение в раствор ничтожно малого количества ПАВ.
Уравнение, выражающее зависимость поверхностного натяжения от концентрации разбавленных растворов, было выведено Шишковским:
Ds = s - s0 = - b R T ln(1 + k c),
где b = k Г¥ , Г¥ — предельная адсорбция.
Это уравнение можно легко вывести, решая уравнение изотермы Лэнгмюра.
Для концентрированных растворов можно использовать уравнение Жуховицкого:
s = s0 – n R T ln(1 – N 1 + N 1 C ) ,
где s — поверхностное натяжение раствора, Дж/м2 ; s0 — поверхностное натяжение чистого растворителя, Дж/м2 ; n — число молей вещества на единицу поверхности, моль/м2 ; N 1 — мольная доля растворённого вещества; C = N 1 / (1 – N 1).
Типичными представителями ПАВ являются органические соединения, молекулы которых имеют дифильное строение, то есть содержат лиофильные и лиофобные (чаще всего гидрофильные и гидрофобные) группы. Гидрофильные группы ПАВ (–OH , –NH2 , –COOH , –NO2 , –Cl и другие) обеспечивают его растворимость в воде. В поверхностном слое водного раствора ПАВ его молекулы ориентируются гидрофильным концом к воде (полярной фазе), а гидрофобным (углеродными группами) — к неполярной (газовой) фазе.
По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные (ионногенные) и неионные (неионногенные). Ионногенные ПАВ диссоциируют в воде на ионы. Причём одни из ионов являются поверхностно-активными, а другие (противоионы) — нет.
В зависимости от знака заряда поверхностно-активного иона ПАВ делят на катионные, анионные и амфотерные (амфолитные). Неионные ПАВ в растворителе не диссоциируют и сохраняют электронейтральность.
Основные физико-химические и технологические свойства поверхностно-активных веществ определяются гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) их молекул.
Соотношение гидрофильных свойств полярных групп и липофильных свойств углеводородных радикалов характеризуется числами гидрофильно-липофильного баланса. ГЛБ зависит от химического строения гидрофильных и гидрофобных групп (большое влияние оказывает длина скелета углеводородного радикала).
Для характеристики свойств ПАВ по значениям чисел гидрофильно-липофильного баланса используют эмпирическую шкалу Гриффита. Согласно Гриффиту, чем выше число ГЛБ, тем больше влияние лиофильных групп на свойства поверхностно-активного вещества.
В водных растворах поверхностно-активных веществ одного гомологического ряда с одинаковой молярной концентрацией поверхностное натяжение закономерно снижается с ростом молекулярной массы ПАВ (правило Траубе).
По механизму действия поверхностно-активные вещества можно разделить на четыре группы:
· флотоагенты — поверхностно-активные вещества на границе Ж — Г (без образования коллоидных частиц в поверхностном слое или в объёме);
· диспергаторы — поверхностно-активные вещества на границе Ж1 — Ж2 (без образования коллоидных структур);
· стабилизаторы — поверхностно-активные вещества, образующие гелеобразную структуру в адсорбционном слое или в объёме;
· поверхностно-активные вещества, образующие стабильные суспензии или эмульсии загрязняющих веществ, т.е. обладающие моющими свойствами.
По коллоидно-структурному признаку все ПАВ делят на вещества дающие истинный раствор и вещества образующие мицеллярные и гелеобразные структуры.
Наличие ПАВ в растворе обеспечивает вспенивание.
Пены являются термодинамически неустойчивыми дисперсными системами.
Устойчивость пен характеризуется временем от её образования до полного разрушения или временем необходимым для уменьшения высоты столба пены вдвое.
Дата публикования: 2015-07-22; Прочитано: 1655 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!