Из
адсорбционного уравнения Гиббса видно,
что влияние природы
вещества
на адсорбцию заключено в величине и
знаке производной —.
dc
Предельное
значение этой производной при с—►О,
взятой со знаком минус, называют
поверхностной активностью (g):
dc
) (8)
g-
Поверхностная
активность является важнейшей
адсорбционной характеристикой веществ,
определяющей многие их свойства и
области применения. Уравнение (8)
показывает, что чем сильнее уменьшается
поверхностное натяжение с ростом
концентрации, тем больше поверхностная
активность. Величина и знак поверхностной
активности зависят как от природы
самого вещества, так и от природы
растворителя и адсорбента. Все вещества
по способности адсорбироваться на
границе раздела фаз делятся на трЙ
группы: Группа
1.
Поверхностно-активные
вещества (Г1АВ). Для таких веществ g>0,
— <0, Г>0.
dc
Поверхностно-активные
вещества способны накапливаться в
поверхностном слое, т.е. способны
самопроизвольно переходить из объема
фазы на границу раздела. Для этого
необходимо, что бы данные вещества
отвечали следующим требованиям:
обладали
малой растворимостью и не могли уходить
в глубь раствора;
поверхностное
натяжение самого поверхностно-активного
веществ
меньше,
чем поверхностное натяжение чистого
растворителя о0, то есть апАв<
о0. Последнее условие необходимо
для того, чтобы замена молекул растворителя
в поверхностном слое на молекулы ПАВ
была энергетически выгодной.
Таким
условием соответствуют вещества
дифильного строения, то есть состоящие
из двух разных частей. Молекулы ПАВ
имеют неполярную (углеводородную часть)
и полярную, представленную функциональными
группами -СООН, -NH2,
-ОН, -N02
и др. Части молекул ПАВ, оказываются
родственными обеим контактирующим
фазам. Углеводородные гидрофобные
радикалы обеспечивают малую растворимость
молекул и выталкиваются из воды на
поверхность. Поверхностное натяжение
органических кислот, аминов, спиртов
и т.д. всегда в несколько раз ниже, чем
у воды. Группа
2.
Поверхностно-инактивные
вещества (ПИВ). Эти вещества повышают
поверхностное натяжение раствора с
увеличением концентрации. Для них g<0;
^—>0;
Г<0. Для ПИВ характерно стремление
уйти с поверхности в объем
раствора,
а для этого они должны обладать следующим
условиями: 1) иметь хорошую растворимость;
129§ 4 Изотерма поверхностного натяжения. Поверхностная активность
2)
поверхность натяжение вещества должно
быть больше, чем у чистого растворителя.
Хорошая
растворимость обеспечивает переход
молекул в глубь раствора, а большее
значение поверхностного натяжения
способствует замену молекул ПИВ в
поверхностном слое на молекулы
растворителя. Отрицательная адсорбция
для вещества эквивалентна положительной
для растворителя. Таким условиям
отвечают неорганические основания,
Шшоты, соли в водных растворах,
характеризующиеся сильным взаимодействием
с
.молекулами растворителя. '
Группа
3.
Поверхностно-неактивные
вещества (ПНВ). Для этой группы веществ
g=0,
= Г=0. Эти вещества равномерно
распределяются между объемом
аС
фазы
и поверхностным слоем.
Представим
на рисунке 4 (а, б) зависимости поверхностного
натяжения и адсорбции для трех видов
веществ.
а б
Рис
4 (а, б) Влияние растворенных веществ на
поверхностное натяжение воды: 1 - раствор
поверхностно-инактивного вещества; 2
- раствор полярного органического
вещества; 3 - раствор мицеллообразующего
поверхностно- активного вещества
Графически
поверхностная активность, согласно
уравнению (8) определяется как наклон
касательной, проведенной к кривой
cr=f(c) в точке пересечения
её с осью ординат. Для точки A
g=tga.
130
