5.2. Использование поверхностно-активных веществ

С помощью ПАВ можно влиять на энергетическое состояние и структуру поверхности на межфазной границе и таким образом регулировать свойства гетерогенных и микрогетерогенных систем.

Поверхностно-активные вещества широко применяются в технике в качестве диспергаторов, эмульгаторов, модификаторов, структурообразователей, пенообразователей для моющих средств, компонентов составов для тушения пожаров, косметических средств, флотореагентов при разделении минералов и руд и при очищении воды от целлюлозы и т.п.

Наибольшее использование пены получили в флотационных процессах и пожаротушении.

Основную долю в общем объёме производства поверхностно-активных веществ составляют анионные ПАВ: соли карбоновых кислот (жирных, смоляных, алкенилянтарных и т.д.); алкилсульфаты; алкилсульфонаты; алкиларилсульфонаты; фторалкилсульфонаты (фтортензиды) и др.

Второе место по значению и объёму производства занимают неионные ПАВ — полиоксиэтиленовые эфиры алифатических спиртов и кислот, алкилфенолов, аминов и других органических соединений с реакционноспособными атомами водорода.

Постоянно возрастает в производстве доля катионных (например, алкиламинов) и амфотерных ПАВ.

Перспективными для ряда отраслей промышленности являются фтортензиды. Они значительно превосходят соответ­ствующие незамещённые ПАВ по химической и термической устойчивости, имеют более высокую поверхностную активность в водных и неводных средах. Например, фторуглеродные суль­фонаты устойчивы в концентрированных растворах сильных минеральных кислот и разлагаются при температуре выше 350 С. Критическая концентрация мицеллообразования для фторированных производных примерно вдвое ниже, чем для соответствующих нефторированных ПАВ. Фтортензиды в настоящее время широко используют в качестве гидро- и олеофобизаторов для тканей, кожи, полимерных материалов; ингибиторов коррозии; добавок к растворам электролитов в гальванотехнике; депрессоров испарения летучих жидкостей; эмульгаторов.

5.3. Поверхностно-активные вещества и

экологические последствия их применения

Экологические последствия применения поверхностно-активных веществ связаны прежде всего с их токсическими и блокирующими свойствами.

Например, в 1967 году у берегов Великобритании потерпел крушение танкер. В море вылилось около 117 тыс. т сырой нефти. Сырая нефть, содержащая поверхностно-активные вещества, покрыла тонким слоем значительную поверхность моря. Только птиц погибло около восьми тысяч.

Для ликвидации разлитой нефти был применён варварский метод: бомбардировка с воздуха. Израсходовано было 98 бомб, 45 т напалма и 90 т керосина. Такими действиями ликвидаторы нефти лишь значительно усугубили экологическую катастрофу у берегов Англии.

Многие из поверхностно-активных веществ опасны для растительного и животного мира и для здоровья людей.

Приведём в качестве примера свойства только трёх опасных поверхностно-активных веществ.

Амиламин — C₅H₁₁NH₂.

Растворим в воде, спирте, эфире. Применяется в производстве красителей, эмульгаторов, флотореагентов, ингибиторов коррозии, инсектицидов, лекарственных средств. Раздражает кожу и слизистые оболочки верхних дыхательных путей.

Диметилэтилкарбинол — (CH₃)₂C(OH)C₂H₅.

Растворим в воде, спирте, эфире, бензоле, глицерине. Используется в качестве пенообразователя при флотации, в производстве лекарств, растворителя лакокрасочных материалов. Обладает наркотическим действием.

Метилоксипропилцеллюлоза — термопласт, молекулярная масса 13 … 180 тыс., содержит: С₆Н₇О₂(ОН)₃ (основная часть), ОСН₃ (18 … 29 %), ОС₃Н₆ОН (5 … 27 %).

Растворим в холодной воде, этаноле и многих других растворителях. Не растворяется в горячей воде (65 С). В водных растворах — ПАВ. Для растворов с концентрацией 0,001 … 1 % поверхностное натяжение составляет 44 … 56 мН/м.

Применяется при изготовлении эмульсионных красок, пищевых продуктов, лекарств и при полимеризации винилхлорида.

ПДК = 2 мг/л (для рыбохозяйственных водоёмов).

Все вещества,

проявляющие поверхностную активность,

должны проверяться на токсичность!

В сертификатах всех ПАВ

необходимо указывать значения

ПДК , DL₅₀ , DL₁₀₀ , CL₅₀ и CL₁₀₀ .

Лабораторная работа 5

Исследование влияния концентрации

поверхностно-активного вещества

на устойчивость пены

Цель работы: изучить влияние концентрации ПАВ на устойчивость пены.

Приборы, оборудование и растворы: технические весы, мерный цилиндр с притёртой пробкой, колбы (5 шт.), мерные пипетки, секундомер, раствор поверхностно-активного вещества (хозяйственного мыла, стирального порошка и т.п.).

Теоретическое введение

Пена — это дисперсная система, содержащая диспергированный газ в жидкости (например, взбитые сливки, яйца). Для характеристики устойчивости пены обычно используют время, в течение которого образовавшаяся пена наполовину или полностью разрушится (_1/2 или _max). Устойчивость пены зависит от поверхностной активности и концентрации пенообразователя.

Методика выполнения работы

1. Приготовьте водные растворы пенообразователя (см. табл. 1).

2. В цилиндр с пробкой налейте первый приготовленный раствор до цветной метки на поверхности мерного цилиндра.

Рис. 5.1. Схема установки для изучения устойчивости пены:

1 — пробка;

2 — мерный цилиндр;

3 — раствор;

4 — пена;

5 — секундомер

3. Закройте цилиндр пробкой и тщательно встряхните его до образования пены ( 30 с).

4. Поставьте цилиндр на стол и включите секундомер.

5. Запишите в табл. 1 начальный объём пены и значения объёма пены в последующие моменты времени (через каждые 60 с вплоть до полного разрушения пены).

6. Вымойте мерный цилиндр.

7. Повторите действия по пунктам 1 … 6, используя другие растворы пенообразователя.

8. Постройте графики зависимости объёма пены от времени.

9. Определите значения _1/2 и _max .

Таблица 1