ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет»

______________________________________________

Факультет химии и экологии

Кафедра химии

Методы определения ПАВ в объектах окружающей среды

Курсовая работа

Студента IV курса

Криушенко С.С.

Принял:

д.х.н., профессор

Амелин В.Г.

Владимир 2010

Оглавление

1. Введение ……………………………………………………………………………..3

   1. Классификация ПАВ…………………………………………………………….4

   2. Область применения ПАВ………………………………………...…………….7

   3. Попадание ПАВ в окружающую среду…………………………………………8

2. Токсичность ПАВ…………………………………………………………………….9

3. Методы определения ПАВ в окружающей среде………………………………….12

4. Выводы……………………………………………………………………………….16

5. Список литературы…………………………………………………………………..17

1. Введение

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) это вещества, адсорбция которых из жидкости на поверхности раздела с другой фазой (жидкой, твердой или газообразной) приводит к значительному понижению поверхностного натяжения.

Любое вещество в виде компонента жидкого раствора или газа (пара) при соответствующих условиях может проявить поверхностную активность, т. е. адсорбиро-ваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную энергию. Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, адсорбция которых из растворов уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения.

Важность изучения поверхностно-активных веществ состоит в том, что они имеют широкое применение в быту и негативно влияют на окружающую среду. Поэтому очень важно знать что из себя представляют эти вещества и какие существуют методы их определения в объектах окружающей среды.

1. Классификация пав

Классификация, принятая на III Международном конгрессе по ПАВ и рекомендованная Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1960. Она основана на химической природе молекул и включает четыре основные класса ПАВ: анионактивные (анионные), катионактивные (катионные), неионогенные и амфотерные. Иногда выделяют также высокомолярные (полимерные) и кремнийорганические ПАВ, однако по химической природе молекул эти ПАВ могут быть отнесены к одному из вышеперечисленных классов.

А) Анионактивные ПАВ содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Это группы: COOH(M), OSO₂OH(M), SO₃H(M), где M-металл (одно-, двух- или трехвалентный). Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими цепями или алкилароматическими радикалами. Выделяют 6 групп анионактивных ПАВ:

1. Производные карбоновых кислот (мыла):

2. Первичные и вторичные алкилсульфаты

3. Алкил- и алкилбензолсульфо-наты, сульфонаты сложных эфиров моно- и дикарбоно-вых кислот

4. Сульфо- и карбоксиэтоксилаты спиртов, сульфоэтоксилаты карбоновых кислот, сульфоэтоксилаты алкилфенилэтиловых спиртов, диметаллические соли сульфоянтарной кислоты, соли сульфатов непредельных кислот.

5. Азотсодержащие ПАВ: амидосульфонаты, амиды сульфокарбоновых кислот, амидосульфаты, амидокарбоксилаты, вещества с карбокси- и сульфогруппами. Вместо амидной группы во мн. таких веществах может быть также сульфоамидная группа.

6. Соли перфторидных карбоновых кислот, сульфоацетатов, моно- и диалкил-фосфатов и фосфонатов, перфториридные фосфонаты и другие соединения.

В анионактивных ПАВ катион может быть не только металлом, но и органическим основанием. Часто это ди- или триэтаноламин. Поверхностная активность начинает проявляться при длине углеводородной гидрофобной цепи C8 и с увеличением длины цепи увеличивается вплоть до полной потери растворимости ПАВ в воде. В зависимости от структуры промежуточных функциональных групп и гидрофильности полярной части молекулы длина углеводородной части может доходить до C18.

Б) Катионактивными (катионными) называются ПАВ, молекулы которых диссоциируют в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона - обычно галогенида, иногда аниона серной или фосфорной кислоты. Преобладающими среди катионактивных ПАВ являются азотсодержащие соединения; практическое применение находят и вещества, не содержащие азот: соединения сульфония и сульфоксония, фосфония, арсония, иодония.

Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они могут, взаимодействуют химически с поверхностью адсорбента, например с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие. Взаимодействие полярных групп катионактивных ПАВ с гидроксильными группами волокон целлюлозы приводит к гидрофобизации волокон и импрегнированию тканей.

В) Неионогенные (неионные) ПАВ — эфиры полиэтиленгликолей. Большинство неионных ПАВ получают присоединением окиси этилена к алифатическим спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам и другими соединениям с реакционноспособным атомом водорода. Неионогенные ПАВ разделяют на группы, различающиеся строением гидрофобной части молекулы, в зависимости от того, какие вещества послужили основой получения полигликолевых эфиров. На основе спиртов получают оксиэтилированные спирты; на основе карбоновых кислот - оксиэтилированные жирные кислоты; на основе алкилфенолов и алкилнафтолов - оксиэтилированные алкилфенолы; на основе аминов, амидов, имидазолинов - оксиэтилированные алкиламины. Отдельную группу составляют проксанолы - блоксополимеры этилен- и пропиленоксидов Неионогенными ПАВ являются продукты конденсации гликозидов с жирными спиртами, карбоновыми кислотами и этиленоксидом. Выделяют также ПАВ группы сорбиталей (твинов) - продукты присоединения этиленоксида к моноэфиру сорбитона и жирной кислоты. Отдельную группу составляют кремнийорганические ПАВ.

Г) Амфотерные (амфолитные) ПАВ содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп, могут содержать также и неионогенную полигликолевую группу. В зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ. При некоторых значениях рН, называют изоэлектрической точкой, ПАВ существуют в виде цвиттер-ионов. Константы ионизации кислотных и основных групп истинно растворимых амфотерных ПАВ весьма низки, однако чаще всего встречаются катионно-ориентированные и анионно-ориентированные цвиттер-ионы. В качестве катионной группы обычно служит первичная, вторичная или третичная аммониевая группа, остаток пиридина или имидазолина. В принципе вместо N могут быть атомы S, P, As и т. п. Анионными группами являются карбоксильные, сульфонатные, сульфоэфирные или фосфатные группы.

По химическому строению и некоторому сходству свойств амфолитные ПАВ делят на 5 основных групп:

1) алкиламинокарбоновые к-ты - алкильный радикал амина обычно нормальный (прямоцепочечный), но если он расположен между аминной группой и карбоксильной, иногда имеет разветвленный характер. К этой же группе относят алкиламино-фенилкарбоновые кислоты; алкиламинокарбоновые кислоты с первичной, вторичной или третичной аминогруппой; с промежуточной гидроксильной, эфирной, сложноэфирной, амидной или сульфоамидной группой; вещества с двумя и более амино- и амидогруппами, с несколькими амино- и гидроксильными группами.

2) Алкилбетаины представляют собой наиболее, важную группу цвиттер-ионных ПАВ. Их можно разделить на 5 осн. групп:

а) алкилбетаины- С-алкилбетаины и N-алкилбетаины;

б) сульфит-, суль-фо-, сульфат- и фосфатбетаины;

в) амидобетаины;

г) оксиэтилированные бетаины ;

д) др. цвиттер-ионные ПАВ.

3) Производные алкилимидазолинов, в молекулах которых анионные и катионные группы имеют примерно одинаковые константы ионизации. По структуре и методам синтеза выделяют бетаиновые ПАВ, включающие карбокси-, сульфо-, сульфат- или сульфоэфировую группу и прочие ("небетаиновые") имидазолиновые.

4) Алкиламиноалкансульфонаты и сульфаты. Анионно-ориентированные вещества легко переходят в цвиттер-ионную форму, что позволяет выделять их в чистом виде. Константа ионизации кислотной группы гораздо больше, чем основной, поэтому их применяют в щелочной среде. Однако в случае нескольких основных групп и при наличии рядом с кислотной группой других гидрофильных групп эти вещества по свойствам и областям применения сходны с амфолитными ПАВ и обладают бактерицидным действием.

5) Полимерные амфолитные ПАВ: природные (белки, нуклеиновые кислоты и т.п.); модифицированные природные (олигомерные гидролизаты белков, сульфатированный хитин); продукты ступенчатой конденсации аминов, формальдегида, альбумина, жирных кислот; производные целлюлозы, полученные введением карбоксильных и диэтаноламиноэтильных групп; синтетические, в молекулах которых сочетаются структурные особенности всех приведенных выше групп амфотерных ПАВ.