3) Гидрофильно-липофильный баланс (глб).
Под ГЛБ понимают соотношение двух противоположных групп молекулы - гидрофильной и гидрофобной (липофильной).
Соотношение между гидрофильными свойствами полярной группы и липофильными (липос – жир) свойствами углеводородного радикала, зависящими от его размера, характеризуется числами ГЛБ.
Числа ГЛБ различных ПАВ вычисляются по специальным формулам как сумма групповых чисел или определены экспериментально. Чем больше в молекуле ПАВ превалирует гидрофильная часть над гидрофобной, тем выше число ГЛБ.
Числа ГЛБ для всех известных ПАВ составляют шкалу («шкала Гриффина») от 1 до 20.
Если ГЛБ меньше 7, то ПАВ липофильно, в воде не растворяется, если больше 7, растворяется в воде гидрофильно.
ГЛБ = 7 + 0,36
W – энергия перехода молекулы из неполярной среды в полярную и наоборот,
к – постоянная Брольцмана,
из уравнения следует, что с ростом температуры ГЛБ падает.
Работами Девиса установлена количественная зависимость ГЛБ от числа и структуры ПАВ. Числа ГЛБ по Гриффину составляют:
Гидрофильные группы |
Гидрофобные группы |
||
-СООК |
21,1 |
=CH- |
0,475 |
-COONa |
19,1 |
-CH2- |
|
-COOH |
2,4 |
-CH3 |
|
-OH |
1,9 |
=C= |
|
=O |
1,3 |
- |
|
На основании этих данных числа ГЛБ можно рассчитать в соответствии с уравнением:
ГЛБпав=7+
(ГЛБ)г
-
(ГЛБ)л
Где (ГЛБ)г – сумма чисел ГЛБ всех гидрофильных групп,
(ГЛБ)л – сумма чисел ГЛБ липофильных (гидрофобных) групп
Если ГЛБ ≥ 7, то ПАВ растворимы в воде, если меньше 7, то нерастворимо.
На практике обычно область применения ПАВ оценивают по числам ГЛБ. Так, для получения устойчивых прямых эмульсий (масло в воде) используют пав с числами ГЛБ от 10 до 16, для получения обратных эмульсий (вода в масле) от 3 до 6.
Числа ГЛБ составляют для смачивателей 7-9, моющих средств 13-15, солюбилизаторов в водных растворах 15-18.
4) Точка Крафта
Мицеллообразование происходит в определенном для каждого ПАВ интервале температур, важнейшими характеристиками которого являются точка Крафта и точка помутнения.
|
Точка Крафта - тройная точка на диаграмме - равновесие между чистым ПАВ, мицеллярным раствором, и истинным раствором ПАВ.
|
I – истинный раствор, II – мицелярный раствор, III – гетерогенная система (неполная растворимость ПАВ) |
|
Тк уменьшается с уменьшением длины углеводородного радикала, его разветвления, при наличии кратных связей, с внедрением полярных групп, с увеличением растворимости ПАВ.
Точка Крафта - нижний температурный предел мицеллообразования ионогенных ПАВ, обычно она равна 283-293 К; при температурах ниже точки Крафта растворимость ПАВ недостаточна для образования мицелл.
Точка помутнения - верхний температурный предел мицеллообразования неионогенных ПАВ, обычные ее значения 323-333 К; при более высоких температурах система ПАВ - растворитель теряет устойчивость и расслаивается на две макрофазы.
Экологические требования к ПАВ
Одним из основных требований к ПАВ является экологическая безопасность.
Попадая в водоёмы, ПАВ активно участвуют в процессах перераспределения и трансформации других загрязняющих веществ (таких как хлорофос, анилин, цинк, железо, бутилакрилат, канцерогенные вещества, пестициды, нефтепродукты, тяжёлые металлы и др.), активизируя их
В настоящее время эти вещества являются одним из самых распространенных химических загрязнений водоемов.
Основные пути поступления поверхностно-активных веществ в водоисточники
В водоисточники ПАВ могут поступать следующими основными путями:
а) с бытовыми сточными водами в результате использования ПАВ в составе синтетических моющих средств (СМС);
б) с промышленными сточными водами при производстве и в результате использования ПАВ и СМС в промышленности;
в) с поверхностным стоком с сельскохозяйственных полей как результат использования ПАВ для эмульгирования пестицидов, а также с территорий, прилегающих к предприятиям, производящим СМС;
г) в подземные воды ПАВ могут попадать в результате использования почвенных методов очистки сточных вод, содержащих ПАВ, при пополнении подземных вод водой из поверхностных водоисточников и при прочих загрязнениях почвы этими веществами.
По отношению к процессу биоразложения ПАВ принято делить на "мягкие" и "жесткие".
В отличие от биологически жестких ПАВ, выведение которых из стоков затруднено или невозможно (алкил-сульфонаты, ОП-7, ОП-10, сульфонол, НП-1, контакт Петрова) биологически мягкие ПАВ (например Синтанол ДС-10) хорошо поддаются обезвреживанию.
Степень биоокисления т. наз. мягких ПАВ зависит от структуры гидрофобной части молекулы ПАВ: при ее разветвленности биоокисление резко ухудшается. Теоретически биоокисление идет до превращ. орг. в-в в воду и углекислый газ, практич. проблема сводится лишь к времени окисления, т. е. к кинетике процесса. Если окончат. окисление происходит медленно, ПАВ успевает произвести вредное влияние на живые организмы и прир. среду.
Маркировка ПАВ
Согласно рекомендациям Организации экономического сотрудничества и развития, маркировка ПАВ должна включать значения токсичности в водной среде и биоразлагаемости.
Рисунок 5 – Маркировка ПАВ.
Заштрихованные области диаграммы соответствуют допустимым значениям экологических показателей.
Большинства обычно используемых в настоящее время ПАВ лежат в пограничной области.
Практика очистки сточных вод от ПАВ и сопутствующих примесей показывает, что наиболее рациональным является комбинирование физико-химических методов для обеспечения требуемой глубины очистки и её эффективности.