Властивості пар
Якщо будь-яка поверхня полярна або має власні активні (полярні) групи, то вона, буде притягувати (адсорбувати) протилежно заряджені полярні групи молекул ПАР, які будуть при цьому орієнтуватися зовні вуглеводневими радикалами (рис.2.2,а). Така поверхня, вкрита мономолекулярним шаром, зі сторони оточуючого середовища набуває властивостей вуглеводнів, тобто не буде змочуватися водою і тому буде гідрофобною або водовідштовхуючою.
В тому випадку, коли поверхня на початку була вуглеводневою, наприклад поверхня бітуму, невелика кількість ПАР (жирної кислоти або жирного аміну) може перетворити її на полярну із спрямованими зовні полярними групами СООН або NН3 (рис. 2.2,б). При цьому, концентрація ПАР у поверхневому (адсорбційному) шарі може в десятки тисяч разів перевищувати їх концентрацію в об’ємі оточуючого середовища (н-д, розчинника).
Рис. 2.2. Орієнтація молекул ПАР в адсорбційному шарі
Адсорбційний шар ПАР утворює перехід між двома суміжними фазами, протилежними за молекулярною природою. Завдяки цьому шару забезпечується тісний взаємозв’язок між граничними тілами (адгезія).
ПАР характеризується меншим поверхневим натягом, ніж розчинник (н-д, вода). Це обумовлюється тим, що взаємодія між молекулами ПАР і молекулами розчинника завжди менше взаємодії між молекулами розчинника. Тому ПАР виштовхується із об’єму розчину на поверхню, утворюючи адсорбційний шар, внаслідок чого, міжмолекулярна взаємодія в поверхневому шарі зменшується і поверхневий натяг падає.
Застосовуючи ПАР, можна цілеспрямовано змінювати змочуваність любої поверхні рідини, і при необхідності, витісняти одну рідину іншою. Це має важливе практичне значення при обробці вологих мінеральних матеріалів органічними в’яжучими – бітумами і дьогтями. В техніці це явище відоме, як інверсія змочуваності.
Від типу функціональної групи і структури радикала залежить розчинність ПАР у різних розчинниках і спроможність дисоціювати на йони. Пар, у яких ФГ несуть позитивний заряд, активні у кислому середовищі і неактивні у лужному, тоді як ПАР із негативно зарядженими ФГ, навпаки, активні у лужному і неактивні у кислому середовищі. Активність тісно пов’язана з омиленням – створенням солей ПАР та йонів.
Наприклад, жирні кислоти у лужному середовищі реагують з лугом з утворенням мил:
RСООН + NaOH → RСООNa (мило, сіль) + H2О.
Аміни у кислому середовищі омиляються кислотами:
RNН2 +HCl → RNН3Cl (гідрохлорид аміна).
Оскільки ПАР у сольовій формі більш активні, ніж у вихідній, у техніці вони застосовуються у формі солей.
Класифікація пар
І. За здатністю утворювати йони і заряду йонів.
Нейоногенні – при розчиненні у воді на йони не дисоціюють.
Йоногенні – дисоціюють на йони у воді.
а) аніонактивні – дисоціюють в лужних розчинах, утворюючи від’ємно заряджені поверхнево-активні йони (аніони):
б) катіонактивні – при дисоціації в кислих розчинах, утворюють позитивно заряджені поверхнево-активні йони (катіони):
в) амфолітні (амфотерні) – вміщують дві функціональні групи, одна з яких має кислий, друга – основний характер; в залежності від середовища амфолітні сполуки мають аніонні або катіонні властивості.
ІІ. За механізмом дії.
Поверхнево-активні на границі рідина-газ (вода-повітря).
Вони є низькомолекулярними речовинами, не утворюють колоїдних фаз (структур) ні в обємі, ні в адсорбційних шарах, н-д, спирти – слабкі змочувачі, що полегшують розтікання води по гідрофобних поверхнях. ПАР цього класу є також слабкими піноутворювачами і піногасниками.
Поверхнево-активні на границі поділу двох рідин, що не змішуються між собою, або на твердих поверхнях поділу.
Ці ПАР є диспергаторами, вони полегшують процеси утворення нових поверхонь – розпилення, емульгування, диспергування твердих тіл. Вони прагнуть розсунути кожну мікрощілину, сприяючи зовнішнім деформувальними силам і диспергуванню; екранують сили зчеплення, що діють між протилежними поверхнями щілини. Це, так званий ефект, адсорбційного зниження міцності П.О. Ребіндера.
Поверхнево-активні стабілізатори – структуроутворювачі.
ПАР цього класу утворюють гелеподібну структуру в адсорбційному шарі та у розчині, будучи сильними стабілізаторами суспензій. Вони запобігають коагуляції частинок – їх агрегатуванню при будь-якому вмісті твердої ДФ, забезпечуючи її гранично рівномірний розподіл у ДСер. Крім гелеподібної захисної оболонки важливою умовою стабілізації є гідрофільність зовнішньої поверхні оболонки, що унеможливлює вторинну коагуляцію. Саме такий механізм дії сильних стабілізаторів супензій, емульсій і пін забезпечує практично граничну стабілізацію – повну агрегативну стійкість ліофобних систем. При цьому стабілізатори можуть бути і порівняно слабкими ПАР, проте вже при невеликий адсорбції вони можуть утворювати сильно структуровані захисні оболонки.
Мийні засоби.
Їх призначення – відмивати різноманітні забруднення поверхонь, переводячи ці забруднення в стан стабілізованої суспензії (емульсії) і тим самим перешкоджаючи їх зворотному налипанню на поверхні, з яких вони змиті. Мийні речовини повинні мати всі властивості, що характерні для ПАР попередніх трьох груп: сильно знижувати поверхневий натяг води на границі з повітрям, бути диспергаторами і сильними стабілізаторами суспензій та емульсій, утворюючи просторові міцелярні структури в поверхневих шарах і об’ємі розчину.
ІІІ. За розчинністю у воді та оливах
1. Водорозчинні.
2. Водооливорозчинні.
3. Оливорозчинні.
Розчинність ПАР в тому чи іншому середовищі обумовлюється його молекулярною будовою: кількістю і активністю полярних груп і довжиною вуглеводневого радикалу.