Коллоидная химия
Лекция № 9.
Растворы коллоидных ПАВ
План:
1.Классификация ПАВ.
2.Термодинамика и механизм мицеллообразования.
3.Строение мицелл ПАВ. Солюбилизация.
2
Классификация ПАВ
Анионные ПАВ - диссоцииируют в воде с образованием поверхностно-активного аниона.
а)карбоновые кислоты и их соли, б)алкилсульфаты,
в) фосфаты, тиосульфаты.
В кислых средах соли карбоновых кислот переходят в слабодиссоциированные и малорастворимые кислоты, что резко снижает эффективность их действия, ухудшает их моющие свойства.
Неионногенные ПАВ не диссоциируют в растворах на ионы. Методы их получения основаны на реакции присоединения этиленоксида к спиртам, карбоновым кислотам, аминам и другим соединениям.
Катионные ПАВ диссоцииируют в воде с образованием поверхностно- активного катиона.
Соли первичных, вторичных и третичных алифатических и ароматических аминов.
Амфолитные ПАВ содержат две функциональные группы. В зависимости от рН среды проявляют анионноактивные или катионноактивные свойства.
3
Классификация ПАВ
Все ПАВ по отношению к воде делятся на истинно растворимые и коллоидные.
Истинно растворимые |
Коллоидные растворы |
Растворимые в воде дифильные |
Главная отличительная особенность этих |
органические соединения с |
веществ - способность образовывать |
небольшим углеводородным |
термодинамически устойчивые |
радикалом: низшие спирты, фенолы, |
(лиофильные) гетерогенные дисперсные |
кислоты и их соли - амины. Вещества |
системы. Основные свойства коллоидных |
этого типа находятся в растворе в |
ПАВ: высокая поверхностная активность, |
молекулярно- дисперсном состоянии, |
способность к самопроизвольному |
применяют их в качестве |
мицеллообразованию, способность к |
смачивателей, вспенивателей. |
солюбилизации . |
|
|
Высокая поверхностная активность зависит от длины углеводородного радикала. Увеличение длины на одну группу СН2 приводит к возрастанию поверхностной активности в 3,2 раза ( правило Дюкло4 -Траубе).
Термодинамика и механизм мицеллообразования
Для ионногенных ПАВ характерна диссоциация в водных растворах, поэтому их растворимость значительна.
Неионногенные ПАВ не диссоциируют, поэтому их растворимость меньше. Чаще растворение ПАВ происходит с поглощением теплоты, поэтому растворимость увеличивается с увеличением температуры. Малая растворимость ПАВ проявляется в положительной поверхностной активности, а с ростом концентрации - в значительной ассоциации молекул ПАВ, переходящей в мицеллообразование.
При концентрациях выше ККМ молекулы ПАВ собираются в мицеллы и раствор переходит в мицеллярную 5 систему.
Термодинамика и механизм мицеллообразования
Число молекул в мицелле - число ассоциации.Общая сумма молекулярных масс в мицелле - мицеллярная масса. Температура, при которой резко увеличивается растворимость ПАВ из-за образования мицелл, называется
точкой Крафта..
СS - растворимость ПАВ в воде,
Мицелла ПАВ - ассоциат дифильных молекул, лиофильные группы которых обращены к соответствующему растворителю, а лиофобные - соединяются друг с другом, образуя ядро мицеллы.
Точка Крафта Тк соответствует ККМ на фазовой диаграмме коллоидных ПАВ.
6
Термодинамика и механизм мицеллообразования
Точка Крафта - тройная точка на диаграмме - равновесие между чистым ПАВ, мицеллярным раствором, и истинным раствором ПАВ. Тк уменьшается с уменьшением длины углеводородного радикала, его разветвления, при наличии кратных связей, с внедрением полярных групп, с увеличением растворимости ПАВ.
Термодинамика и механизм мицеллообразования
Константа равновесия:
Эффектом экранирования объясняется уменьшение площади поверхности раздела в процессе мицеллообразования.
С увеличением сродства молекул ПАВ к растворителю (их лиофильность) устойчивость мицелл уменьшается и увеличивается ККМ: молекулам ПАВ труднее собраться в мицеллу.
На процесс мицеллообразования в водных растворах влияет структура воды, которая способствует выталкиванию углеводородных радикалов из раствора. Благодаря дифильному строению молекул ПАВ, углеводороды, взаимодействующие между собой в мицеллах, экранируются гидрофильными группами.
Строение мицелл ПАВ. Солюбилизация
При концентрациях ПАВ в водном растворе, несколько превышающем ККМ, согласно представлениям Гартли образуются сферические мицеллы, их еще называют мицеллы Гартли. Внутренняя часть их состоит из переплетающихся углеводородных радикалов, полярные молекулы ПАВ обращены в водную среду, такие мицеллы могут содержать по 20 - 100 молекул.
9
Строение мицелл ПАВ. Солюбилизация
При достижении определенной концентрации сферические мицеллы начинают взаимодействовать между собой и стремятся принять цилиндрическую , дискообразную формы.
Способ включения молекул солюбилизата в мицеллы зависит от природы вещества: неполярные углеводороды располагаются в углеводородных ядрах мицелл, полярные - встраиваются в мицеллу между молекул ПАВ так, чтобы их полярные группы были обращены к воде.
Явление растворения веществ в мицеллах ПАВ называют
солюбилизацией.
Вещество,
солюбилизированное раствором ПАВ -солюбилизат, ПАВ -
солюбилизатор.
Мольная солюбилизация -количество молей солюбилизата, отнесенного к 1 молю мицеллярного ПАВ.
Солюбилизация - самопроизвольный процесс. В результате образуются устойчивые дисперсные системы. Солюбилизация - важнейший фактор моющего действия ПАВ, играет большую роль в жизнедеятельности живых организмов, являясь одним из звеньев процесса обмена веществ.