Мицеллярнорастворимые поверхностно-активные вещества Теоретическое введение

Понятие о поверхностно-активных веществах и их классификацию см. в I части настоящего пособия.

К мицеллярнорастворимым поверхностно-активным веществам – МПАВ относятся длинноцепочечные химические соединения с числом атомов углерода в гидрофобном радикале от 10 до 18. При растворении в воде МПАВ образуют агрегаты-мицеллы. Так олеат натрия в воде диссоциирует с образованием поверхностно-активных анионов

С₁₇Н₃₃СООNa = С₁₇Н₃₃СОО^─ + Na⁺.

При низких концентрациях анионы С₁₇Н₃₃СОО^─ находятся в растворе в виде мономеров. При этом имеет место адсорбция Г на границе раздела жидкость-газ. С увеличением концентрации раствора наступает максимальная адсорбция Г_∞ на межфазной поверхности с одновременным образованием в глубине раствора ассоциатов из поверхностно-активных ионов, называемых мицеллами. Число мономеров в мицеллах в зависимости от концентрации раствора и природы МПАВ может колебаться от нескольких десятков до нескольких тысяч. Устанавливается определённое динамическое равновесие между мицеллами и мономерами, а система переходит из гомогенного в высокодисперсное состояние. Мицеллообразование – процесс самопроизвольный и протекает с уменьшением энергии Гиббса ∆G<0. Схема образования мицеллы с увеличением концентрации раствора МПАВ показана на рис. 32.а,б.

Рис. 42. Схема образования мицеллы в растворах МПАВ:

а – концентрация раствора мала (с < с_ккм);

б – при увеличении концентрации раствора (с ≥ с_ккм);

(1-мицелла, 2-мономеры)

Наименьшая концентрация раствора, при которой начинают образовываться мицеллы, называется критической концентрацией мицеллообразования – ККМ. При концентрации раствора, соответствующего ККМ, физико-химические свойства системы изменяются скачкообразно. На рис. 43 приведены зависимости поверхностного натяжения σ (а) и удельной электрической проводимости χ (б) от концентрации раствора МПАВ.

П ри больших концентрациях растворов сферические мицеллы могут переходить в другие формы – палочкообразные, пластинчатые с одновременным резким изменением физико-химических свойств системы.

Известно интересное и вместе с тем важное для практики явление солюбилизации, имеющее место в растворах МПАВ. Солюбилизация – это явление повышенной растворимости гидрофобных веществ в растворах мицеллярнорастворимых поверхностно-активных веществ. Механизм солюбилизации заключается во внедрении молекул гидрофобных жидкостей и твердых микрочастиц внутрь мицелл, иначе – в ядра мицелл. Солюбилизация является важнейшим фактором моющего действия МПАВ. Известен также основанный на солюбилизации мицеллярный катализ.

На скачкообразном изменении свойств растворов МПАВ при значениях концентраций, равных ККМ, основаны различные методы её определения. Ниже приводится работа по определению ККМ кондуктометрическим методом.

РАБОТА 16

Определение критической концентрации мицеллообразования в растворах поверхностно-активных веществ

Цель работы: Определение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) по изменению электрической проводимости раствора.

Теоретические основы работы

См. мицеллярнорастворимые ПАВ – теоретическое введение

Приборы и материалы: Кондуктометр, электролитическая ячейка, мерные колбы ёмкостью 100мл – 8шт., колбы для приготовления растворов ёмкостью 500мл, 0,02М раствор олеата натрия.

Порядок выполнения работы

1. Из исходного раствора олеата натрия (с=0,02М) приготовить семь растворов таких концентраций, чтобы каждый последующий был вдвое разбавленнее предыдущего (раствор № 1 – исходный раствор олеата натрия). Для приготовления растворов использовать коническую колбу на 500 мл, мерные колбы на 100 мл. Для работы необходимы растворы объёмом 100 мл.

2. Поочерёдно заливая в электролитическую ячейку приготовленные растворы олеата натрия, на кондуктометре измерить их удельную электрическую проводимость в Сименсах.

3. Построить график зависимости удельной электрической проводимости от концентрации раствора олеата натрия χ = f(с) и по излому на кривой определить его ККМ (см. рис. 43, б).

Контрольные вопросы

1. Понятие дисперсности и дисперсных (коллоидных) систем.

2. Объединенное уравнение 1-го и 2-го законов термодинамики для открытых гете­рогенных систем.

3. Удельная свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение).

4. Термодинамическое определение поверхностного натяжения.

5. Поверхностно-активные вещества, их признаки и классификация.

6. Основные понятия учения об адсорбции.

7. Уравнение адсорбции Гиббса.

8. Поверхностная активность. Правило Траубэ.

9. Уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра.

10.Классификация дисперсных систем.

11.Методы получения дисперсных систем.

12.Оптические свойства дисперсных систем.

13.Строение мицеллы лиофобных золей.

14.Электрокинетические явления.

15.Коагуляция золей электролитами.