Розділ 2 поверхнево-активні речовини в технології дорожньо–будівельних матеріалів

2.1. Загальні поняття про поверхнево-активні речовини

Поверхнево-активними речовинами (ПАР) називаються такі хімічні сполуки, які адсорбуються на поверхні поділу фаз і впливають на фізико-хімічні та хімічні властивості ДС. ПАР при розчиненні навіть у дуже малих концентраціях здатні істотно зменшувати поверхневий натяг розчинника, тобто проявляти поверхневу активність. Утворення мономолекулярного насиченого адсорбційного шару ПАР спричиняє рікі зміни інтенсивності молекулярної взаємодії тіл, що межують, а також швидкості обміну речовин між цими тілами.

Будова пар

ПАР, переважно, представлені сполуками, молекули яких складаються із двох головних частин – неполярного вуглеводневого ланцюга (радикалу) і полярної групи.

Радикал – це група атомів, яка при ряді хімічних перетвореннях лишається незмінною і переходить з молекули однієї сполуки в молекулу другої. Радикали утворюються, наприклад, при відокремленні в молекулах вуглеводнів органічних сполук атому водню і позначаються літерою R:

H

H

H

H

H

H













H



C



C



C



C



C



…



C















H

H

H

H

H

H

1

2

3

4

5

…

n

Місце атому водню в молекулі може зайняти інший атом або група атомів з певними властивостями, які пов’язані із стаціонарним зміщенням електронів на їх атомних орбітах, що обумовлює наявність певного електричного диполю і дипольного моменту всієї молекули. Такі групи атомів наз. функціональниим групами (ФГ).

Найбільш поширені в складі ПАР такі ФГ:

(- ОН) – гідроксильна (- NO₂) – нітрогрупа (- SO₃H) – cульфогрупа

O

H

/

/

(



C

)

-карбоксильна

(



N



H

)

-аміногрупа

\

\

O H

H

Від того, яка з функціональних груп приєднана до радикала, залежать фізичні, хімічні та інші властивості ПАР. Якщо до аліфатичного радикала С₁₀Н_2n+1 приєднати гідроксильну групу (–ОН) утворюється спирт С₁₀Н_2n+1ОН, при приєднанні карбоксильної групи СООН утворюється карбонова кbслота СООН, приєднання аміногрупи – аліфатичний амін С₁₀Н_2n+1NН₃. За кількістю ФГ у молекулі ПАР можуть бути одно-, дво- і багатоосновні. Наприклад, RСООН – одноосновна карбонова кислота, СООНRСООН – двоосновна карбонова кислота.

Отже, поверхнево-активні властивості сполук, що утворюються таким чином, залежать від властивостей і хімічної структури радикалів і функціональних груп.

Поверхнево-активних властивостей сполуки набувають, переважно, при вмісті в радикалі більше 10 атомів вуглецю і називаються вищими жирними ПАР (вищі жирні кислоти, вищі жирні спирти, вищі жирні аміни тощо). Активність ПАР підвищується при подовженні вуглеводневого ланцюга.

Найпростіші поверхнево-активні молекули відповідно до їх будови представляють у вигляді своєрідних "пуголовків" (рис.2.1): голівкою слугує полярна група, з якою хімічно пов’язаний достатньо довгий "хвостик" – вуглеводневий радикал.

1 – вуглеводневий радикал; 2 – функціональна група

Рис. 2.1. Умовні позначення молекули ПАР

Характерною рисою будови молекул більшості ПАР є їх дифільність – наявність неполярного вуглеводневого радикала і полярної групи, що має значний дипольний момент і здатна до гідратації. ФГ обумовлює спорідненість ПАР з водою, радикал є причиною пониженої розчинності цих сполук у воді.

Скупчення йонів ПАР, які виникають в об’ємі розчинів внаслідок адсорбції, наз. міцелами. Встановлено, що міцели існують тільки тоді, коли концентрація ПАР в розчині перевищує деяке критичне значення – критичну концентрацію міцелоутворення (ККМ).