5.2. Адсорбция пав
Молекулы ПАВ имеют асимметричное, или дифильное, строение. Рассмотрим строение молекулы ПАВ на примере валериановой кислоты (рис 5.2, а). Длинная часть молекулы 2 представляет собой углеводородный радикал. Этот радикал неполярен и гидрофобен, он не обладает сродством к воде. Другая часть молекулы ПАВ, обычно меньшая, содержит гидрофильную полярную группу 1, которая обладает сродством к воде. В случае валериановой кислоты это карбоксильная группа —СООН. Схематически молекулу ПАВ изображают в виде кружка (гидрофильная полярная группа) и черточки (гидрофобная нсполярная группа). Кроме карбоксильной группы гидрофильную часть молекул ПАВ могут составлять другие группы, обладающие значительным дипольным моментом и сродством к воде. К числу таких групп относятся —ОН, —СНО, —NH2, —SH, —CNS, —SO2H, —CN, —NO и др.
Натриевая соль стеариновой кислоты, которая входит в состав мыла, также является ПАВ. Но в отличие от валериановой кислоты, которая практически не диссоциирует в воде и не образует ионы, стеарат натрия диссоциирует в водном растворе, образуя поверхностно-активный анион:
C17Н35СООNa→C17Н35СОО— + Na+,
анион C17Н35СОО– имеет длинный углеводородный радикал. Если гидрофобная часть молекулы ПАВ длинная, то ее изображают ломаной линией, как это показано в нижней части рис. 5.2, а. Более подробно строение и свойства ПАВ рассмотрены в гл. 21.
Вследствие дифильного строения молекулы ПАВ адсорбируются на границе раздела фаз вода — воздух, ориентируясь при этом определенным образом. Гидрофильная часть молекул, обладающая сродством к полярным молекулам воды, взаимодействует с водой, а неполярная гидрофобная часть выталкивается в неполярную фазу (воздух).
П
Рис. 5.2.
Строение молекулы валериановой кислоты
(а) и адсорбционный слой ПАВ
на границе раздела жидкость-газ (б)
ри
определенной концентрации раствора
валериановой кислоты достигается
предельная адсорбция и на поверхности
воды образуется монослой, т.е. один ряд
адсорбированных молекул (см. рис. 5.2,
б).
Особенности адсорбции ПАВ, в том числе
стеарата натрия, рассмотрены в гл. 20.
В результате адсорбции ПАВ снижается поверхностное натяжение. Так, поверхностное натяжение воды при температуре 293 К составляет 72,75 мДж/м2, а для 0,24%-го раствора валериановой кислоты оно составляет 42,1 мДж/м2; поверхностное натяжение 5∙10—3 моль/л водного раствора стеарата натрия равно примерно 30 мДж/м2.
Поверхностное натяжение сырого молока колеблется в пределах 45—60 мДж/м2, т.е. оно ниже, чем у воды. Причиной снижения поверхностного натяжения являются фосфолипиды — ПАВ, содержащие несколько функциональных гидрофильных групп. В состав молока входят также жирные карбоновые кислоты и другие вещества, обладающие поверхностно-активными свойствами. Эфиры сахарозы, которые образуются в процессе производства сахара, применяют в различных отраслях пищевой промышленности; 0,1%-й раствор эфиров сахарозы снижает поверхностное натяжение воды до 30 мДж/м2.
ПАВ в состоянии изменять не только поверхностные, но и объемные свойства жидкости (см. гл. 21).