Адсорбция на границе жидкость - газ План 1.Поверхностно-активные и поверхностно- инактивные вещества (ПАВ и ПИАВ) 2. Коллоидные ПАВ 3. Уравнения Гиббса и Шишковского Подготовила к.х.н., доц. Иванец Л.Н.

Свойства ПАВ и ПИВ Поверхностно-инактивные вещества а) σ ПИВ > σ 0 ; б) ПИВ хорошо растворимы в растворителе и более полярныйй, чем чистый растворитель; в) ПИВ – электролиты, ионы которых окружены сольватной оболочкой, препятствующей выходу иона в поверхностный слой. Поверхностно-активные вещества а) σ ПАВ < σ 0 ; б) ПАВ сравнительно малорастворимых и менее полярныйй, чем чистый растворитель; в) Молекулы ПАВ имеют дифильное строение, состоят из гидрофобной (углеводородная цепь, радикал) и гидрофильной (полярная группа) и группировок (-OH, -COOH, -NH2, -CN, -NO, -CHO, -SO 2 H) – полярныййе органические вещества.

1. Поверхностно- активные в-ва (ПАВ) σ 2. Поверхностно- инактивные в-ва (ПИВ) σ 3. Поверхностно- неактивные в-ва (ПНВ) р-ра < р-ля р-ра > р-ля = р-ра - р-ля р-ра = р-ля

Вещества Классы соединений Поверхностно- активные в-ва (ПАВ) Спирты; карбоновые кислоты; сложные эфиры; амины Поверхностно- инактивные в-ва (ПИВ) Неорганические кислоты; соли; основания; аминоуксусная кислота (глицин). Поверхностно- неактивные в-ва (ПНВ) Сахароза

Ориентация молекул ПАВ на поверхности жидкости с увеличением концентрации частокол Ленгмюра

Поверхностная активность Способность растворенного вещества изменять поверхностное натяжение – поверхностная активность (g) Мера поверхностной активности:

В результате исследований зависимости поверхностного натяжения от концентрации водных растворов органических веществ Дюкло и Траубе установил правило: В любом гомологического ряда при малых концентрациях удлинение углеводородной цепи на СН 2 приводит к увеличению поверхностной активности в 3,0-3,5 раза. Как видно из рисунка, на котором изображены кривые σ = f (c) для ряда водных растворов насыщенных жирных кислот.

Изотермы поверхностного натяжения для растворов ПАВ с разной длиной радикала

Классификация ПАВ Молекулярные (неионогенных) - нейтральные молекулы спиртов, карбоновых кислот, белков Ионогенные катионоактивные (поверхностно- активный катион) - Органические N-содержащие основы й их соли Ионогенные анионактивные (поверхностно-активный анион) - мыла, сульфокислоты и их соли

Отодвигание пудры талька каплей олеиновой кислоты

Растекание масла на поверхности воды Условия растекания: - σ масла меньше, чем σ воды - большая разница между σ масла и σ воды

Схема переноса мономолекулярного слоя на твердую поверхность

Модели строения биологических мембран: 1 – липидный бислой; 2 – поверхностные белки; 3 – интегральные белки; 4 – ионный канал

Мицеллообразующие ПАВ Молекулы коллоидных ПАВ состоят из большого гидрофобного углеводородного радикала и сильно гидратируй- вьющейся полярной группы (кривая 4). Например: стеариновая кислота С 17 Н 35 СООН, пальмитиновая кислота С 15 Н 31 СООН, олеиновая кислота С 17 Н 33 СООН. В растворах коллоидных ПАВ самопроизвольно образуются агрегаты из ориентированных молекул – мицеллы. Мицелла - ассоциат дифильных молекул, лиофильные группы которых обращены к растворителю, а лиофобные группы собираются вместе, образуя ядро мицеллы.

Концентрация, при которой происходит образование мицелл - критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) ~ 0,05 %

Прямые мицеллы - мицеллы ПАВ, образуются в водной среде (гидрофильные полярныййе группы снаружи, гидрофобные углеводородные радикалы – внутри). Концентрация, при которой происходит образование мицелл - критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) Обратные мицеллы - мицеллы ПАВ образуются в неполярной среде (гидрофильные полярныййе группы внутри, гидрофобные углеводородные радикалы – снаружи).

Мицеллы коллоидных ПАВ: а – сферические; б – дискообразные; в – цилиндрические.

Применение солюбилизации моющее действие ПАВ; изготовление эмульсионно-смазочных жидкостей; получение фармпрепаратов; получение пищевых продуктов. Солюбилизация Солюбилизация - явление растворения веществ в мицеллах ПАВ. В водных мицеллярных системах солюбилизируются вещества, нерастворимые в воде (органические растворители, жиры), так как ядро мицеллы проявляет свойства неполярной жидкости. Например, растворимость октана в воде – 0,0015%, а в 10%-ом растворе олеата натрия – 2%.

отрыв грязевых частиц от очищаемой поверхности, перевод нерастворимых в воде грязевых частиц в раствор, удержание этих плавающих частиц в моющем растворе, т.е. предотвращение ресорбции. Моющий процесс сводится к обеспечению 3 этапов:

Механизм действия ПАВ. Гидрофобный «хвостик» связывается с частицами грязи. Гидрофильная «головка» цепляется за воду, уменьшая ее поверхностное натяжение, тем самым, помогая воде лучше смачивать отмываемую поверхность и отрывать частицы загрязнений.

Типичный состав чистящего порошка с детергентами

Пути попадания синтетических ПАВ в организм

Постоянное использование средств на основе ПАВ может приводить к аллергическим реакциям

Воздействие СМС на окружающую среду и организм человека. - ПАВ отрицательно влияют на качество подземных питьевых вод и само очищающую способность водоемов, на использующих эту воду флору и фауну, - водные растворы ПАВ дают стойкую пену, препятствуя аэрации и ухудшая тем самым биохимическую очистительную способность водоемов, - водные растворы ПАВ усиливают коррозию металлов, - проникая в организм, ПАВ способны вызвать грубые нарушения иммунитета, развитие аллергии, поражение мозга, печени, почек, легких, они способствуют возникновению злокачественных опухолей. ПАВ являются одними из наиболее распространенных загрязнителей объектов окружающей среды, прежде всего, водных ресурсов:

Изотермы поверхностного натяжения 1 – для раствора ПАВ 2 – ПИАВ 3 – ПИВ

Зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора 1, 3 – прямолинейная зависимость Генри: σ 0 - σ = КС 2- уравнение Шишковского: σ = σ 0 – a ln (1+ bc)

Изотерма адсорбции Гиббса 1. Низкие С 1 2 Г c газ вода 2. Высокие С газ вода «частокол Лэнгмюра» Г

Зависимость адсорбции от концентрации ПАВ описывается уравнением Гиббса: где Г – адсорбция, моль/м 2 ; С – концентрация ПАВ, моль/л; σ - поверхностная активность ПАВ, Дж·м/моль; Т – температура, К; R = Дж/(моль·К)

Анализ уравнения Гиббса.