1. Ориентационное взаимодействие

Если вещество состоит из полярных молекул, например, Н2О, НCl, то в конденсированном состоянии молекулы ориентируются друг по отношению к другу своими разноимённо заряженными концами, вследствие чего наблюдается их взаимное притяжение.

Молекулы воды связываются между собой водородными связями. Этот вид связи, строго говоря, не относят ориентационному типу взаимодействия. Водородная связь занимает промежуточное положение между силами Ван-дер-Ваальса и донорно-акцепорными химическими связями. Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F. Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными. Мы не будем углубляться в сравнение между собой ориентационных сил и сил, возникающих в случае образования водородных связей. В нашем случае важно, что и те и другие возникают в случае взаимодействия полярных молекул.

Ещё раз повторим, что для того чтобы между молекулами возникли ориентационные силы, эти молекулы должны быть полярными.

Вода и другие полярные растворители удовлетворяют этому требованию. Но неполярные молекулы жироподобных веществ в этом взаимодействии принять участие не могут.

Неполярные молекулы связываются друг с другом при помощи другого механизма, а именно – дисперсионного взаимодействия.

2. Дисперсионное взаимодействие

В атомах и молекулах электроны сложным образом движутся вокруг ядер. В среднем по времени дипольные моменты неполярных молекул оказываются равными нулю. Но в каждый момент электроны занимают какое-то положение. Поэтому мгновенное значение дипольного момента отлично от нуля. Мгновенный диполь создаёт электрическое поле, поляризующее соседние молекулы. В результате возникает взаимодействие мгновенных диполей.

Считается, что дисперсионная энергия не имеет классического аналога и определяется квантовомеханическими флуктуациями электронной плотности.

Как показывает квантовая механика, мгновенные диполи возникают в твёрдых телах и жидкостях согласованно, причём концы соседних молекул оказываются заряженными электричеством противоположного знака, что приводит к их притяжению.

Таким образом, именно дисперсионные силы связывают между собой неполярные молекулы жироподобных веществ.

Расслоение воды и масла

Итак, как мы выяснили, молекулы жирных веществ неполярны. Они связываются друг с другом при помощи дисперсионных сил.

Молекулы воды, наоборот, полярны. Они ориентируются друг по отношению к другу своими разноимённо заряженными концами, вследствии чего наблюдается их взаимное притяжение.

В твёрдой воде (лёд) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды согласно схеме выше, в которой водордные связи показаны пунктиром.

В молекуле воды между атомами существует не только ориентационное взаимодействие, но также дисперсионное и индукционное (в этом главе мы не рассматривали индукционнее взаимодействие). Соотношение энергии этих взаимодействий следующее:

Ориентационные – 190 Дж м

Дисперсионные – 74,7 Дж м

Индукционные – 10 Дж м.

Таким образом, в молекуле воды ориентационные силы примерно в 2,5 раза превышают дисперсионные.

Что будет происходить, если смешать воду и масло в одной ёмкости?

Если тщательно перемешать эту смесь, то молекулы воды будут окружены, как себе подобными молекулами, так и молекулами масла.

Между молекулами воды и масла будут действовать дисперсионные силы притяжения. Как вы помните, эти силы в той или иной степени действуют между молекулами любых веществ. Но по своей интенсивности они будут решительно уступать ориентационныи силам, действующим между молекулами воды.

Молекулы масла, в этом случае, окажутся препятствием для молекул воды, желающим воссоединиться. Молекулы масла, при этом, будут вытесняться более энергично взаимодействующими молекулами воды на переферию.

А так как по своему весу масло легче воды, то рано или поздно оно всё окажется в верхней части нашей ёмкости. Произойдёт полное расслоение двух жидкостей.

Тот же самый процесс можно описать в других терминах.

В любой дисперсной системе самопроизвольно будут протекать процессы, направленные на уменьшение потенциальной энергии системы.

В данном случае потенциальную энергию, как правило, называют свободной поверхностной энергией, и она напрямую связана с площадью поверхностей раздела фаз.

Когда вода и масло были перемешаны между собой, площадь раздела фаз была максимальной. Но когда произошло полное раслоение, то площадь раздела фаз стала наименьшей.

Первому состоянию свойственно напряжение. Между разноимённо заряженными диполями воды действуют силы притяжения, обуславливающие относительно высокую потенциальную энергию системы. Но когда жаждующие друг друга разноимённые диполи соединятся – напряжение спадёт, потенциальная энергия системы уменьшится. Каждый получит то, что он хотел.

Гидрофильность и гидрофобность

Гидрофильность

Вещества, молекулы которых содержат в своём составе полярные группы, называют гидрофильными.

Слово гидрофильность происходит от греческих слов hydor - вода и philia – любовь.

Гидрофильность - характеристика интенсивности молекулярного взаимодействия вещества с водой, способность хорошо впитывать воду, а также высокая смачиваемость поверхностей водой.

Причины гидрофильности связаны с наличием в молекулах гидрофилов полярных групп. Между этими полярными группами и полярными группами растворителя возникают ориентационные силы, в результате которых происходит взаимодействие.

Такие вещества являются водорастворимыми, а также могут взаимодействовать с другими полярными растворителями.

Гидрофобность

Гидрофобность – свойство обратное гидрофильности.

Слово гидрофобность происходит от греческих слов hydor - вода и phуbos - боязнь, страх.

Гидрофобность - неспособность вещества (материала) смачиваться водой.

Гидрофобность вещества связана с отсутствием в его молекулах полярных групп. По этой причине они не могут связываться ориентационными силами с молекулами воды и будут вытесняться водой на переферию.

Липофильность и липофобность

К гидрофобным относятся все жирные вещества. Испытывая «стремление» избежать контакта с водой эти вещества в то же время имеют склонность контактировать с другими веществами жирной природы. Эта склонность получила название липофильности.

Липофильность (от греч. lípos — жир и philéo — люблю), проявление сродства к жирам, маслам.

И наоборот, вещества, обладающие гидрофильностью, как правило, избегают контактов с веществами жирной природы. Такое качество получило название липофобности.

Гидрофильность и гидрофобность являются частными случаями лиофильности илиофобности.

Дифильность

Дифильнось - свойство молекул веществ обладающих одновременно гидрофильными и гидрофобными свойствами.

Дифильность, как уже упоминалось выше, связана с наличием в молекуле вещества, как полярных (гидрофильных) групп, так и неполярных (гидрофобных) групп.

К дифильным относятся многие органические вещества, например, жирные кислоты, соли жирных кислот, спирты и пр.

У дифильных молекул с короткой гидрофобной цепью преобладают гидрофильные свойства, поэтому такие молекулы хорошо растворяются в воде.

С удлинением углеводородной цепи усиливаются гидрофобные свойства молекул и понижается их растворимость в воде.

Поверхностно-активные вещества

Дифильные вещества обладают замечательным качеством. Они являются своего рода «мостиками», при помощи которых становится возможным взаимодействие фаз, до этого «игнорировавших» друг друга.

Действие таких веществ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и приводит к ативности сами вещества фаз, которые до этого момента не взаимодействовали. Возможно, что по этой причине такие вещества называются поверхностно-активными веществами (сокращённо ПАВ).

Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах моющих средств или стабилизаторов эмульсий.

Моющие средства

Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.

В моющих средствах ПАВы работают следующим образом.

Молекула ПАВ – это дифильная молекула, имеющая в своём составе, как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Таким образом, своим гидрофобным хвостом она может взаимодействовать с молекулами загрязнения, а при помощи своей полярной группы связывается с полярной молекулой воды.

Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения.

Говоря по-другому, молекулы ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое загрязнения и снижают силы поверхностного натяжения между его молекулами. Это, в свою очередь, облегчает возможность отрыва отдельных кусочков загрязнения от основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.

Самые известные моющие средства – мыла. Мыла представляют собой натриевые и калиевые соли жирных кислот (натриевые – твёрдые, калиевые – жидкие).

Формула мыла СН3(СН2)nCOONa.

Стабилизаторы эмульсий.

Эму́льсия — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Дисперсная фаза и дисперсионная среда – это две фазы жидкостей, имеющих разную природу, и по этой причине, не растворяющиеся один в другом, отторгающие друг друга.

Если уже знакомые нам воду и масло тщательно перемешать друг с другом при помощи миксера, то они образуют дисперсную систему, в которой маленькие частички воды будут соседствовать с частичками масла.

Но эта дисперсная система просуществует недолго. По уже известным нам причинам произойдёт расслоение фаз. Частички воды и масла будут укрупняться, соединяясь с себе подобными. Через некоторое время произойдёт образование двух монолитных фаз: масло вверху, вода внизу. Так что такую систему нельзя назвать дисперсной.

Чтобы дисперсная система состоялась, в её состав добавляют специальные вещества –стабилизаторы эмульсий или эмульгаторы.

Эмульгаторы представляют собой поверхностно активные вещества.

Представим себе эмульсию типа «масло в воде». В такой эмульсии микроскопические капельки масла будут распределены в объёме воды.

Эмульгатор, присутствующий в эмульсии, состоит из молекул дифильной природы. Своими гидрофобными хвостами молекулы эмульгатора будут взаимодействовать с молекулами масла. В результате этого взаимодействия вытянутые молекулы эмульгатора приобретут чёткую ориентацию: гидрофобные хвосты внутрь, полярные группы наружу.

Такое образование, напоминающее свернувшегося ежа, называется мицеллой.

Наружная поверхность мицеллы будет образована полярными (гидрофильными) группами эмульгатора. А эти группы, как мы знаем, могут взаимодействоать с молекулами воды, притягивая к себе противоположно заряженные части этих молекул.

Эта конструкция позволяет эмульсии избежать расслоения и в течение долгого времени сохраняет её стабильной.

Взаимодействие жидкости и твёрдых поверхностей. Смачивание.

Смачивание

Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем вынуть её, то ртути на ней не окажется. Если же эту палочку опустить в воду, то после вытаскивания на её конце останется капля воды.

Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стекла, а молекулы воды притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость называется смачивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость называется несмачивающей это вещество.

Ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.

Вода в виде капли росы не смачивает лист растения, покрытый растительным воском.

Краевой угол

Если на горизонтально расположенную плоскую пластинку из какого-либо твёрдого вещества капнуть жидкость, то капля расположится либо так, как показано на рис. № 1, либо так, как показано на рис. № 2.

В первом случае жидкость не смачивает, а во втором смачивает. Отмеченный на рисунке угол Ө называется краевым углом.

Краевой угол образуется плоской поверхностью твёрдого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, проходящеё через точку А, где граничит твёрдое тело, жидкость и газ. Внутри краевого угла всегда находится жидкость.

Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для несмачивающих – тупой.

Поскольку краевой угол сохранится при вертикальном положении твёрдой поверхности, то смачивающая жидкость у краёв сосуда, в который она налита, приподнимается, а несмачивающаяся – опускается.

Мерой смачивания обычно служит косинус краевого угла, т.е. cos Ө, который положителен для смачивающих жидкостей и отрицателен для несмачивающих.

При полном смачивании cos Ө = 1. В этом случае жидкость растекается по всей поверхности твёрдого тела. Получить на горизонтальной поверхности каплю при полном смачивании нельзя.

Примером полного смачивания служит смачивание стекла водой.

При полном несмачивании Ө = -1. Маленькая капля жидкости на горизонтальной поверхности твёрдого тела в этом случае должна иметь форму шара.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Что такое ПАВ?

Строение ПАВ

Работа ПАВ в дисперсных системах

       -    Моющие средства

       -    Эмульгаторы

Классификация ПАВ

      По типу гидрофильных групп:

       -    анионные

       -    катионные

       -    амфотерные

       -    неионные

      По характеру использования:

       -    Моющие средства

       -    Смачиватели

       -    Солюблизаторы

       -    Эмульгаторы

      По длине гидрофобной цепи:

       -    гидрофобные ПАВ

       -    гидрофильные ПАВ

Использование ПАВ

Воздействие ПАВ на человека

Влияние ПАВ на окружающую среду.

Что такое ПАВ?

Поверхностно-активные вещества – это химические соединения, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз), и вызывающие снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.

На межфазной поверхности Поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации — адсорбционный слой.

Строение ПАВ

Строго говоря, очень многие вещества при соответствующих условиях могут проявить поверхностную активность, т. е. адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную энергию.

Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, присутствие которых в растворах уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения вещества этих растворов.

Как правило, такие вещества имеют дифильное строение молекул.

Слово дифильный можно перевести как «двояколюбящий» (от philéo — люблю). Или, выражаясь по-русски, дифильными можно назвать молекулы, имеющие сродство к веществам с разной природой.

Например, вода и масло почти не взаимодействуют друг с другом. Если их смешать в одной ёмкости, то такая смесь через некоторое время расслоится. Вода, как более тяжёлая, окажется внизу ёмкости, а масло соберётся в верхней её части.

Расслоение присходит потому, что масло и вода относятся к разным средам. Между молекулами этих сред действуют принципиально разные силы. Подробнее об этом в разделе: Взаимодействие "воды" и "масла".

Молекулы воды взаимодействуют друг с другом при помощи ориентационных сил, а молекулы масла – при помощи дисперсионных сил. Таким образом, при встрече вода и масло проявляют друг к другу безразличие.

В молекулах дифильных веществ одновременно присутствуют как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Примером полярных групп могут служить –OH, -COOH, -NO2, -NH2, -CN, -OSO3 и т.д. Неполярной частью молекулы обычно являются углеродные радикалы.

К ПАВам относятся карбоновые кислоты, их соли, спирты, амины, сульфокислоты и другие вещества.

Самым распространённым примером веществ с дифильной структурой являются мыла – натриевые и калиевые соли высших жирных кислот.

Работа ПАВ в дисперсных системах

Дифильные вещества обладают замечательным качеством. Они являются своего рода «мостиками», при помощи которых становится возможным взаимодействие фаз, до этого «игнорировавших» друг друга.

Действие таких веществ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и приводит к ативности сами вещества фаз, которые до этого момента не взаимодействовали.

Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах моющих средств или стабилизаторов эмульсий.

Моющие средства

Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.

В моющих средствах ПАВы работают следующим образом.

Молекула ПАВ – это дифильная молекула, имеющая в своём составе, как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Таким образом, своим гидрофобным хвостом она может взаимодействовать с молекулами загрязнения (как правило, имеющего жирную, т.е гидрофобную природу), а при помощи своей полярной группы связывается с полярной молекулой воды.

Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения.

Говоря по-другому, молекулы ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое загрязнения и снижают поверхностное натяжение взаимодействующих фаз. Это, в свою очередь, облегчает возможность отрыва отдельных кусочков загрязнения от основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.

Самые известные моющие средства – мыла. Мыла представляют собой натриевые и калиевые соли жирных кислот (натриевые – твёрдые, калиевые – жидкие).

CH3(CH2)nCOONa.

Стабилизаторы эмульсий.

Эму́льсия — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Дисперсная фаза и дисперсионная среда – это две фазы жидкостей, имеющих разную природу, и по этой причине, не растворяющиеся одна в другой, отторгающие друг друга.

Если уже знакомые нам воду и масло тщательно перемешать друг с другом при помощи миксера, то они образуют дисперсную систему, в которой маленькие частички воды будут соседствовать с частичками масла.

Но эта дисперсная система просуществует недолго. По уже известным нам причинам произойдёт расслоение фаз. Частички воды и масла будут укрупняться, соединяясь с себе подобными. Через некоторое время произойдёт образование двух монолитных фаз: масло вверху, вода внизу. Так что такую систему нельзя назвать дисперсной.

Чтобы дисперсная система состоялась, в её состав добавляют специальные вещества –стабилизаторы эмульсий или эмульгаторы.

Эмульгаторы представляют собой поверхностно активные вещества.

Представим себе эмульсию типа «масло в воде». В такой эмульсии микроскопические капельки масла будут распределены в объёме воды.

Эмульгатор, присутствующий в эмульсии, состоит из молекул дифильной природы. Своими гидрофобными хвостами молекулы эмульгатора будут взаимодействовать с молекулами масла. В результате этого взаимодействия вытянутые молекулы эмульгатора приобретут чёткую ориентацию: гидрофобные хвосты внутрь, полярные группы наружу.

Такое образование, напоминающее свернувшегося ежа, называется мицеллой.

Наружная поверхность мицеллы будет образована полярными (гидрофильными) группами эмульгатора. А эти группы, как мы знаем, могут взаимодействоать с молекулами воды, притягивая к себе противоположно заряженные части этих молекул.

Эта конструкция позволяет эмульсии избежать расслоения и в течение долгого времени сохраняет её стабильной.

Классификация ПАВ

Поверхностно активные вещества можно классифицировать по разным признакам. Мы приведём три вида классификаций:

По типу гидрофильных групп:

- анионные

- катионные

- амфотерные

- неионные

По характеру использования:

- Моющие средства

- Эмульгаторы

- Смачиватели

- Солюблизаторы

По длине гидрофобной цепи:

- гидрофобные ПАВ

- гидрофильные ПАВ

Классификация по типу гидрофильных групп:

Для ПАВ эта классификация является основной.

По типу гидрофильных групп ПАВы делят на:

- ионные, или ионогенные,

- анионные,

- катионные,

- амфотерные.

- неионные, или неионогенные.

Ионные ПАВы

Ионные ПАВы диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладают адсорбционной (поверхностной) активностью, другие - неактивны.

Рабочее действие ПАВа обеспечивается именно адсорбционно активными ионами.

Если адсорбционно активны анионы (т.е. отрицательно заряженные ионы), то ПАВы называются анионными, или анионоактивными, если активны катионы (положительно заряженные ионы) — катионными, или катионо-активными.

Амфотерные (или амфолитные) ПАВ содержат в своём составе одновременно две функциональные группы, одна из которых имеет кислый, другая – основной характер. В зависимости от среды, в которой они находятся, амфотерные ПАВы могут принимать или отдавать протон и проявлять, таким образом, либо анионную либо катионную активность.

Анионные ПАВы

Анионные ПАВы, как говорилось выше, диссоциируют, образуя отрицательно заряженные органические анионы:

RCOONa ↔ RCOO^- + Na⁺

По своему составу анионные ПАВы, чаще всего — это органические кислоты и их соли:

R-COOН или R-COONa, R-COOК.

Наиболее распространены натриевые и калиевые соли жирных кислот. Их называют мылами. Натриевые соли имеют твёрдую консистенцию, калиевые – жидкую.

Также, большое распространение имеют соли кислых эфиров высокомолекулярных спиртов жирного ряда и серной кислоты с общей формулой:

CH3(CH2)n-O-SO3Na

где n = 12 - 14.

Такие соли называются алкилсульфатами. Алкилсульфаты вырабатываются из спиртов с количеством углеродных атомов в цепи С12 – С14, получаемых из кокосового масла или гидрогенезацией кашалотного жира. Жирные спирты подвергаются фракционной дистилляции, и сульфатируются серной или хлорсульфоновой кислотой.

Полученный таким образом лаурилсульфат является одним из наиболее широко используемых анионных моющих средств. Его формула:

CH3(CH2)11-O-SO3Na

К анионным ПАВам принадлежат многие классы химических соединений. В таблице ниже приведём некоторые из них:

Некоторые анионные ПАВ
Наименование ПАВ	Строение
Na-соль первичных алкилсульфатов
Вторичные алкилсульфаты
Разветвлённые вторичные сульфаты
Вторичные алкилсульфонаты
Алкилбензолсульфонаты
Диалкилнафталинсульфонаты
Алкилбензамидазосульфонаты
Соли высших жирных кислот (мыла)
Сложные эфиры моноглицеридсульфатов
Сульфированные жирноароматические карбоновые кислоты
Сложные эфиры сульфоянтарнойкислоты
Бутиловый эфир сульфорицинолевой кислоты
Сложные эфиры сульфонаталкилкарбоновых кислот
N-ацилметиламиноалкилсульфонаты
N-ациламиноалкилсульфонаты
N-алкил-N-арилкарбамидоалкилсульфаты
Модифицированные мыла N-метил-N-карбоксиметиламиды высших кислот
Конденсат полипептида с жирными кислотами
Конденсат полипептида и алкилсульфоновых кислот

Среди ПАВов именно анионные ПАВы получили самое большое распространение. Их объём производства превышает объёмы производства всех остальных ПАВ вместе взятых.

Катионные ПАВы

Катионные ПАВы при диссоциации образуют положительно заряженные поверхностно-активные органические катионы:

RNH2Cl ↔ RNH2⁺.

Катионные ПАВы — основания, обычно амины различной степени замещения, и их соли. Они представлены следующими соединениями:

Некоторые катионные ПАВ
Наименование ПАВ	Строение
Соли первичных аминов
Соли вторичных аминов
Соли третичных аминов
Четвертичные аммониевые соли
Сульфониевые соединения
Фосфониевые соединения
Алкилпиридиновые соли

Объём производства катионных ПАВ значительно ниже, чем анионных, ни их роль с каждым годом возрастает благодаря их моющему и бактерицидному действию, а некоторые их представители, например цетилпиридиний хлорид, вошли в арсенал лекарственных средств.

Амфотерные ПАВы

Амфотерные (или амфолитные) ПАВ в зависимости от условий среды могут проявлять либо анионную, либо катионную активность.

Необходимым условием амфотерности ПАВ является близость констант и основной диссоциации.

Степень превращения ПАВа в катионную или анионную форму зависит от рН среды.

К амфотерным ПАВ относят чаще всего соединения, содержащие одновременно:

Карбоксильную и аминогруппу RN⁺HR1COO^- ;

Сульфоэфирную и аминогруппу RN⁺HR1ОSO^-3 ;

Сульфонатную и аминогруппу RN⁺HR1SO^-3.

Наиболее типичным представителем этого класса ПАВ является альфа-алкил-бетаин, получивший торговое название бетаин:

Неионные ПАВы

Неионные ПАВ представляют собой высокомолекулярные соединения, которые в водном растворе не образуют ионов.

Растворимость этих ПАВ в воде обусловлена наличием в молекуле неионогенных групп – эфирных или гидроксильных (чаще всего полиэтиленгликолиевый остаток).

Неионные ПАВы представляют особую ценность для медицинской промышленности. Это объясняется несколькими причинами:

1. свойства неионных ПАВ, зависящие от соотношения гидрофильной и липофильной частей молекул, можно изменять, укорачивая или удлинняя углеводородную цепочку и меняя степень полимеризации. Таким образом можно получать продукты с разнообразными, а главное, - точно заданными физическими и химическими свойствами.

2. Неионные ПАВы обладают большой устойчивостью к воздействию щелочей, кислот и солей. Они совместимы с большинством лекарственных веществ, могут смешиваться с органическими растворителями.

3. В отличие от ионных ПАВ, неионные ПАВы оказывают меньшее раздражающее действие на кожный покров и слизистые оболочки. Они не агрессивны, повышают резорбцию лекарственных веществ; эффективны как вспомогательные вещества в приготовлении лекарственных форм.

К классу неионных ПАВ, не подвергающихся электролитической диссоциации принадлежат следующие соединения.

Некоторые неионные ПАВ
Наименование ПАВ	Строение
1. Полиэтиленоксидные производные
Эфиры полигликоля и высших жирных кислот
Полигликольамид
Моноалкилполиэтиленгликоли
Алкилфениловый эфир полигликоля
Сульфоэфир полигликоля
2. Полиоксипроизводные
Эфир ангидросорбита и жирных кислот (спены)
Полигликолевый эфир ангидросорбита и жирных кислот (твины)
3. Алкилоламиды жирных кислот
Моноэтаноламиды
Диэтаноламиды
N-алкилдиэтилентриаминкарбоновые кислоты
N-алкиласпарагиновая кислота
N-алкил-бета-аланин
Полигликолевый эфир полипропиленгликоля
Полигликолевый эфир этилендиаминополипропиленгликоля
Диалкилдиоксиацетилен
Алкил-сахаруретаины

Классификация по характеру использования:

- Моющие средства

- Эмульгаторы

- Смачиватели

- Солюблизаторы

Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.

Частным случаем эмульгаторов являются пенообразователи и стабилизаторы пены.

Смачиватели – вещества, вызывающие пептизацию или диспергирование, т.е. измельчение твёрдых тел на мелкие частички или жидкой фазы на мелкие капельки.

Смачивание – первая фаза моющего действия, когда загрязнение распадается на отдельные частички или капельки и впоследствии обвалакивается ПАВом (солюблизируется), и удаляется водой.

Солюблизаторы – вещества, помогающие повысить растворение частиц другого вещества, слаборастворимого в данной жидкой среде.

Молекулы солюблизатора обвалакивают плохо растворимую в данной среде частичку и образуют вокруг неё, так называемую мицеллу.

Сама мицелла имеет сродство к среде растворителя и поэтому растворяется в нём, обеспечивая растворение изначально нерастворимой в нём частицы.

Эмульгаторы - вещества, обеспечивающие стабилизацию эмульсий из несмешивающихся жидкостей.

Смачивание, солюблизация, эмульгирование – все эти процессы являются стадиями моющего действия. Любой ПАВ, в той или иной степени, одновременно является и смачивателем, и солюблизатором, и эмульгатором, и моющим веществом. Но при этом, разные ПАВы проявляют разную эффективность на разных стадиях моющего действия. По этой причине они могут быть классифицированы на смачиватели, солюблизаторы, эмульгаторы и моющие средства.

Классификация ПАВ по длине гидрофобной цепи:

Этот вид классификации особенно важен в случаях, когда поверхностно-активные вещества выполняют роль стабилизаторов эмульсий (эмульгаторов).

Напомним, что эмульгаторы представляют собой дифильные вещества, молекулы которых имеют в своём составе, как полярную (гидрофильную) группу, так и неполярную (гидрофобную) часть.

В зависимости от длины углеводородного (гидрофобного) «хвоста» и силе полярных групп в молекуле такой молекулы, эмульгатор, в целом, будет проявлять или гидрофильныеили гидрофобные качества. А от этого всецело будет менятся его роль при стабилизации разного рода эмульсий.

Гидрофильные эмульгаторы. Стабилизация эмульсий типа «вода в масле».

Эмульгаторы с относительно короткой гидрофобной частью, имеют большее сродство с водой и их, поэтому называют гидрофильными.

Гидрофильные эмульгаторы необходимы для стабилизации эмульсий типа «масло в воде». При добавлении гидрофильного эмульгатора в такую эмульсию вокруг капельки масла образуется сплошной слой эмульгатора, сообщающий ей некоторую гидрофильность и повышающий её устойчивость.

а - гидрофильный эмульгатор, б - гидрофобный эмульгатор.

Добавление в такую же смесь гидрофобного эмульгатора, большая часть молекулы которого погружается в капельку масла, не обеспечивает устойчивости эмульсии, поскольку часть поверхности капельки остаётся «открытой» и легко может происходить слияние с другими капельками.

Гидрофобные эмульгаторы. Стабилизация эмульсий типа «вода в масле».

Эмульгаторы, молекулы которых имеют относительно длинную гидрофобную часть, обладают преимущественно гидрофобными свойствами. Такие эмульгаторы называютгидрофобными (или липофильными).

Гидрофобные эмульгаторы стабилизируют эмульсии типа «вода в масле». Их молекула, находящаяся большей своей частью в дисперсионной среде (масле), удерживается на поверхности капелек воды своей гидрофильной группировкой (Рис. а).

а - гидрофобный эмульгатор, б - гидрофильный эмульгатор.

В результате вокруг каждой капельки воды образуется плотная оболочка из молекул эмульгатора, препятствующая слиянию дисперсной фазы (воды).

Попытка получить эмульсию такого же типа с гидрофильным эмульгатором оказалась бы безуспешной, так как молекулы эмульгатора разместились бы в основном внутри капелек воды  (Рис. б).

Вместо сплошной оболочки вокруг капелек имелись бы лишь выступающие над их поверхностью отдельные гидрофобные группы эмульгатора, не препятствующие коалесценции капелек.

Таким образом, эмульгатор должен обладать сродством к дисперсионной среде.

В зависимости от типа желаемой эмульсии следует брать гидрофильные или гидрофобные эмульгаторы той или иной степени диссоциации.

Классификация эмульгаторов
Дисперсность эмульгаторов	Эмульгаторы для эмульсий типа м/в	Эмульгаторы для эмульсий типа в/м
Грубая	CaCO3, CaSO4, Fe2O3, Fe(OH)3, SiO2, глина и др.	HgI2, PbO, сажа и др.
Коллоидная	Желатин, казеин, альбумин, крахмал, декстрин, гуммиарабик, лецитин, желчные кислоты и др.	Смолы, каучук, холестерин и др.
Молекулярная	Мыла щелочных металлов, красители	Мыла многовалентных металов

Гидрофильно-липофильный баланс ПАВ

Для количественной оценки пригодности ПАВов в разных областях использования, в том числе, в качестве эмульгаторов в различных средах был введен параметр, называемыйгидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ).

Каждому поверхно-активному веществу соответствует определённая величина ГЛБ.

Самое низкое значение ГЛБ имеет олеиновая кислота C17H33COOH (ГЛБ = 1),

а самое высокое - лаурилсульфат натрия C12H25SO4Na (ГЛБ = 40).

Для всех остальных ПАВ величина ГЛБ находится в пределах от 1 до 40.

На основании величин ГЛБ определяется сфера использования ПАВ, например:

Использование ПАВ в зависимости от величины ГЛБ
Число ГЛБ	Применение ПАВ
3 - 6	Эмульсия вода в масле (в/м)
7 - 9	Смачиватели
8 - 13	Эмульсия масло в воде (м/в)
13 - 15	Моющие средства
15 - 18	Солюблизаторы

ПАВ с липофильными свойствами имеют низкие значения ГЛБ, с гидрофильными – высокие.

Использование ПАВ

Мировое производство ПАВ постоянно возрастает, причём доля неионных и катионных веществ в общем выпуске всё время увеличивается.

В зависимости от назначения и химического состава ПАВы выпускают в виде твёрдых продуктов (кусков, хлопьев, гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей).

Особое внимание всё больше и больше уделяется производству ПАВ с линейным строением молекул, которые легко подвергаются биохимическому разложению в природных условиях и не загрязняют окружающую среду.

ПАВ находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Важнейшие области потребления ПАВ: производство мыл и моющих средств для технических и санитарно-гигиенических нужд; текстильно-вспомогательных веществ, т. е. веществ, используемых для обработки тканей и подготовки сырья для них; лакокрасочной продукции.

ПАВ используют во многих технологических процессах химических, нефтехимических, химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их применяют:

• как присадки, улучшающие качество нефтепродуктов;

• как флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых;

• компоненты гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д.

ПАВы

• облегчают механическую обработку металлов и др. материалов,

• повышают эффективность процессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел.

• Незаменимы как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий, паст, эмульсий, пен).

• Кроме того, они играют важную роль в биологических процессах и вырабатываются для «собственных нужд» живыми организмами.

Так, поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав жидкостей кишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов растений.

Воздействие ПАВ на человека

Дерматологическое действие

Подавляющее количество ПАВ при использовании имеет непосредственный контакт с кожей, поэтому следует обращать внимание на их дерматологическое действие.

Известно, что мыла при длительном контакте вызывают раздражение кожи, причём этоя явление более характерно для натриевых солей С8 – С10 насыщенных жирных кислот в сравнении с их высшими гомологами.

Алкилсульфаты с длиной жирной цепи менее С12 и алкиларилсульфонаты раздражают кожу сильнее, чем мыла.

Сульфоэтерифицированные масла и сульфоэфиры, а также продукты конденсации высших жирных кислот и белков не вызывают заметного раздражения кожи, поэтому многие очищающие и моющие композиции включают соединения этих типов.

По убыли раздражающего действия на кожу человека ПАВы можно расположить в следующий ряд:

Катионные > анионные > неионные.

Влияние на слизистую оболочку глаз

Растворы многих ПАВ при попадании в глаза вызывают болезненное ощущение, а при большей концентрации могут повредить глазную ткань.

По силе раздражающего действия на глаза основные группы ПАВ располагаются в том же порядке, что и по их влиянию на кожу.

ПАВ и гемолиз эритроцитов.

Существенным недостатком синтетических ПАВ является то, что внутревенное введение их растворов сопровождается гемолизом (разрушением) эритроцитов.

При этом оболочка эритроцитов разрушается или становится проницаемой для гемоглобина, который выходит из них в окружающую среду.

Гемоглоби́н - сложный железосодержащий белок животных, обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах, клетках, отвечающих за перенос кислорода.

Гемолитическое действие ряда гомологов жирных сульфатов и алкилдиметилбензиламмония хлорида проявляется при концентрациях, более низких по сравнению с критической концентрацией мицеллообразования.

Гемолиз, вызываемый ПАВ, задерживается в присутствии холестерина и фосфолипидов.

Введённые в ток крови ПАВы взаимодействуют не только с эритроцитами, но и с другими составными её частями.

Так, полиоксиэтиленовый эфир алкилфенола в очень высокой степени повышает фагоцитозное действие лейкоцитов, а сульфонаты лигнина действуют как антикоагулянты.

Токсилогическое действие

Все классы ПАВ проходят тщательную проверку на токсичность.

Токсичность (от греч. toxikon - яд) - ядовитость, свойство некоторых химических соединений и веществ биологической природы при попадании в определенных количествах в живой организм (человека, животного и растения) вызывать нарушения его физиологических функций, в результате чего возникают симптомы отравления (интоксикации, заболевания), а при тяжелых - гибель.

В таблице ниже приведены данные об иследованиях некоторых синтетических ПАВ на токсичность:

ЛД50 - (полулетальная доза, также DL50 (от др.-греч. δόσις и лат. lētālis), также LD50 англ. lethal dose, 50 %) — средняя доза вещества, вызывающая гибель половины членов испытуемой группы. Один из наиболее широко применяемых показателей опасности ядовитых и умеренно-токсичных веществ.

Величины LD50 ПАВ
Наименование класса соединений ПАВ	Доза LD 50 г/кг	Способ введения ПАВ
Неполимерные четвертичные аммониевые соединения	0,05 - 0,5	Орально
Типичные анионоактивные вещества (сульфаты и сульфонаты)	2 - 8	Орально
Неионные ПАВ	5 - 50	Орально
Эфиры полиоксиэтилена и полиэтиленгликоля	0,4 - 1,5	Внутривенно

Таким образом:

• наиболее токсичными являются катионные ПАВ,

• менее токсичными – анионные и

• наименее – неионогенные ПАВ.

Следует заметить, что величина LD50 в пределах данного класса ПАВ зависит от молекулярной структуры и от молекулярного веса.

Известно, что полиоксиэтилены с высоким молекулярным весом при приёме внутрь практически нетоксичны, тогда как их низшие гомологи, например диэтиленгликоль при введении с пищей белым крысам замедляли их рост, вызывали их дегенеративные изменения в печени и почках, появление в мочевом пузыре оксалатных камней и новообразований на слизистой оболочке.

Влияние ПАВ на окружающую среду.

В последние несколько десятилетий постоянно росло потребление синтетических моющих средств и соответственно происходило сокращение потребления мыла.

Это обстоятельство породило важную проблемму - проблемму очистки сточных вод.

Дело в том, что многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не не задерживаются фильтрующими установками, и это приводит не только к загрязнению рек и других водоёмов, но и к проникновению ПАВ в источники питьевой воды, что непосредственно влияет на здоровье человека.

Биохимическим разложением называется разложение органических веществ под действием ферментов, производимых бактериями и другими микроорганизмами.

Биоразложение протекает очень медленно, конечными продуктами его являются вода и диоксид углерода.

Для массового производства и потребления моющих средств необходимо применять такие ПАВ и другие моющие вещества, которые были бы подвержены сравнительно быстрому их распаду.

В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%.

Биоразлагаемость некоторых ПАВов.

Хорошей биоразлагаемостью (на 80-90%) обладают алкилбензолсульфонаты с неразветвлённой алкильной цепью (С10 -С14). Она увеличивается при добавлении в раствор глюкозы.

Биоразлагаемость алкилсульфонатов, полученных из нормальных парафинов, достигает 98%, олефинсульфонатов – 90-95%, у алкилсульфатов (С10-С18) – 97,9%.

Неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные, но их биоразлагаемость понижается с увеличением числа присоединённых групп этиленоксида и разветвлённости гидрофобной части молекулы.

Сульфаты неионогенных ПАВ, полученных на основе прямоцепочных жирных спиртов, легко разлагаются, и длина этиленоксидной цепи не влияет на степень и скорость разложения.

Разные подходы в защите окружающей среды

По данным ряда исследователей, для защиты окружающей среды при производстве и употреблении моющих средств наиболее рациональным путём является замена алкилбензолсульфонатов алкилсульфатами и алкилсульфонатами, а также применение натуральных жирных кислот и их производных, кукурузного крахмала и других, биоразлагаемость которых является стопроцентной.

Наличие моющих средств в сточных водах вызывает обильное пенообразование за счёт остаточных ПАВ, фосфатов и других компонентов моющих средств, что затрудняет биологическую очистку.

Но существует и другой подход, заключающийся в том, что введение в действие эффективных методов очистки сточных вод экономически целесообразнее, чем замена плохоразлагающихся компонентов моющих средств другими, менее эффективными в моющем действии.

Моющие средства. Мыла.

Определения

ПАВы

   - Что такое ПАВы

   - Строение ПАВ

   - Работа ПАВ в моющих средствах

Фазы моющего действия

   - Смачивание

   - Эмульгирование

   - Стабилизация

Классификация моющих средств

   1. Ионные (или ионогенные)

          - анионные

          - катионные

          - амфотерные

   2. Неионные (или неионогенные)

Вещества, входящие в состав моющих средств.

Виды моющих средств

Влияние моющих средств на окружающую среду.

Определения

Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.

К моющим средствам относятся многокомпонентные смеси синтетических моющих (мылоподобных) веществ и различных вспомогательных составляющих (минеральных солей, органических добавок и др.) — так называемых синтетических моющих средств, все виды товарного жирового мыла, ряд продуктов природного происхождения (например, сапонины, жёлчь).

Теория моющего действия, разработанная академиком П.А. Ребиндером, рассматривает сложный комплекс различных процессов.

Согласно этой теории моющие средства должны быть высоко поверхностно-активными веществами (ПАВами), эмульгаторами гидрофильной природы. Поверхностное натяжение моющего раствора должно быть почти вдвое ниже, чем у воды.

ПАВы

Что такое ПАВ?

Поверхностно-активные вещества – это химические соединения, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз), и вызывающие снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.

На межфазной поверхности поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации — адсорбционный слой.

Строение ПАВ

Строго говоря, очень многие вещества при соответствующих условиях могут проявить поверхностную активность, т. е. адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную энергию.

Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, присутствие которых в растворах уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения вещества этих растворов.

Как правило, такие вещества имеют дифильное строение молекул.

Слово дифильный можно перевести как «двояколюбящий» (от philéo — люблю). Или, выражаясь по-русски, дифильными можно назвать молекулы, имеющие сродство к веществам с разной природой.

Например, вода и масло почти не взаимодействуют друг с другом. Если их смешать в одной ёмкости, то такая смесь через некоторое время расслоится. Вода, как более тяжёлая, окажется внизу ёмкости, а масло соберётся в верхней её части.

Расслоение происходит потому, что масло и вода относятся к разным средам. Между молекулами этих сред действуют принципиально разные силы. Подробнее об этом в статье:Взаимодействие веществ полярной и неполярной природы

Молекулы воды взаимодействуют друг с другом при помощи ориентационных сил, а молекулы масла – при помощи дисперсионных сил. Таким образом, при встрече вода и масло проявляют друг к другу безразличие.

В молекулах дифильных веществ одновременно присутствуют как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Примером полярных групп могут служить: –OH, -COOH, -NO2, -NH2, -CN, -OSO3 и т.д. Неполярной частью молекулы обычно являются углеводородные радикалы.

К ПАВам относятся карбоновые кислоты, их соли, спирты, амины, сульфокислоты и другие вещества.

Самым распространённым примером веществ с дифильной структурой являютсямыла – натриевые и калиевые соли высших жирных кислот:

CH3(CH2)nCOONa.

Работа ПАВ в моющих средствах

Дифильные вещества обладают замечательным качеством. Они являются своего рода «мостиками», при помощи которых становится возможным взаимодействие фаз, до этого «игнорировавших» друг друга.

Действие таких веществ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и приводит к ативности сами вещества фаз, которые до этого момента не взаимодействовали.

Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах моющих средств или стабилизаторов эмульсий.

В моющих средствах ПАВы работают следующим образом.

Молекула ПАВ – это дифильная молекула, имеющая в своём составе, как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Таким образом, своим гидрофобным хвостом она может взаимодействовать с молекулами загрязнения, а при помощи своей полярной группы связывается с полярной молекулой воды.

Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения.

Говоря по-другому, молекулы ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое загрязнения и снижают поверхностное натяжение взаимодействующих фаз. Это, в свою очередь, облегчает возможность отрыва отдельных кусочков загрязнения от основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.

Фазы моющего действия

Моющее действие - совокупность физико-химических процессов, приводящих к очистке поверхности твёрдых тел от загрязнений.

Согласно представлениям П. А. Ребиндера, комплекс «моющего действия» включает:

• Смачивание,

• Эмульгирование, и

• стабилизацию.

Смачивание

Смачивание – первая фаза моющего действия.

Входе смачивания происходит повышение смачиваемости очищаемой твёрдой поверхности моющей жидкостью.

Смачиваемость – это характеристика взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела (например, загрязнения).

Смачивание произойдёт, если сила притяжения между молекулами жидкости и молекулами твёрдого вещества окажется больше, чем аналогичная сила между самими молекулами жидкости.

В этом случае жидкость растечётся по поверхности, покрывая её. В этом случае говорят, что твёрдое тело смачивается жидкостью.

Если же притяжение между самими молекулами жидкости больше, чем между молекулами этой жидкости и молекулами твёрдого тела, то смачивание не произойдёт. Жидкость будет скатываться с поверхности тела. Поговорка «как с гуся вода», как раз на эту тему.

Загрязнения очень часто имеют жирную (гидрофобную) природу и поэтому не смачиваются водой. Но добавление в воду ПАВа уменьшает поверхностное натяжение воды и увеличивает её смачивающую способность.

Таким образом, при помощи добавления ПАВа в воду возникает взаимодействие молекул раствора моющего средства и молекул загрязнения.

В ходе смачивания происходит, расчленение крупных частиц загрязнения на более мелкие части (диспергирование) и отрыв этих частиц от очищаемой поверхности.

Попадая в раствор моющего средства, частички загрязнения продолжают распадаться на ещё более мелкие образования. Этот процесс измельчения называется пептизацией. Таким образом, загрязнение переходит в дисперсную фазу.

Эмульгирование

Перешедшие в моющий раствор частички загрязнения эмульгируются, т.е. обвалакиваются молекулами ПАВа. В результате обволакивания образуются так называемые мицеллы.

Мицеллы (уменьшительное от лат. mica — частица, крупинка) — частицы в коллоидных системах, состоящие из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.

Если ядро мицеллы представляют собой частичку вещества жирной (гидрофобной) природы, то дифильные молекулы ПАВа окружив её, будут сориентированы следующим образом: углеводородные (гидрофобные) концы молекул ПАВа будут обращены к частичке загрязнения, а полярные (гидрофильные) части будут ориентированы вовне, т.е. смогут взаимодействовать с молекулами воды. В результате станет возможным растворение образовавшихся мицелл в водной среде растворителя. Такой процесс растворения называется солюблизацией.

Солюблизация – это коллоидное растворение, происходящее через образование коллоидных мицел. Оно становится возможным только благодаря присутствию в растворе дифильных молекул ПАВа. Изначально растворяемые частицы загрязнения не имели сродства к растворителю и не могли быть растворены в нём.

При попадении в растворы ПАВ газа (в быту - воздуха) образуется пена. Пена является гетерогенной системой (газ в жидкости), в которой пузырьки газа разделены прослойками жидкости. Частицы загрязнения могут располагаться между пузырьками воздуха и выносится на поверхность раствора.

Стабилизация

В моющем процессе одновременно существуют два явления, а именно: отделение загрязнения от поверхности, которую мы хотим очистить и повторное его осаждение на эту поверхность. Следовательно, важно, чтобы моющее средство не только эффективно удаляло загрязнения с поверхности, например, ткани, но и удерживало их в растворе, препятствуя их повторному осаждению.

То есть, моющее средство должно обладать стабилизирующим действием, препятствующим повторному осаждению загрязнений на отмытую поверхность.

Это вызывает необходимость вводить в состав моющих средств специальные защитные коллоиды, в частности, карбоксиметилцеллюлозу, сульфатцеллюлозу, производные крахмала, этансульфонат целлюлозы и пр.

Эти вещества осуществляют стабилизацию загрязнений в виде высокодисперсной фазы — мельчайших капелек или твёрдых частиц, равномерно распределённых в моющем растворе.

Классификация моющих веществ

Моющие вещества, как и ПАВы, делятся на два основных класса:

• ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и

• неионогенные — не подверженные электролитической диссоциации

Ионогенные моющие вещества

Ионогенные моющие вещества, в свою очередь, могут быть:

• анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд,

• катионактивными, если поверхностно-активны положительно заряженные ионы и

• амфотерными или амфолитными, если поверхностно-активные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный - в кислой.

Анионактивные моющие вещества получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство синтетических моющих средств.

Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из растительных масел и животных жиров.

Важнейшие представители синтетических анионактивных моющих веществ — соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты.

Другие анионактивные моющие вещества выпускаются в относительно малых количествах.

Катионактивные и амфотерные вещества составляют лишь несколько процентов в общем объёме производства моющих веществ и имеют ограниченное хозяйственное значение.

Из катионактивных веществ наиболее важны соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, обладающие бактерицидным действием.

В молекулах амфотерных веществ находятся как основные (обычно аминогруппы), так и кислотные (карбоксильные, сульфоновые или сульфоэфирные) группы.

Неионогенные моющие вещества

Неионогенные моющие вещества, входящие в состав некоторых моющих средств, занимают 2-е место после анионактивных по объёму промышленного производства.

Большинство неионогенных веществ — полиоксиэтиленовые (полигликолевые) эфиры различных органических кислот, спиртов, алкилфенолов и алкилнафтолов, полиоксиэтиленовые производные алифатических аминов и амидов, меркаптанов и т. д.

Вещества, входящие в состав моющих средств.

Синтетические моющие средства обязательно содержат ряд вспомогательных веществ, улучшающих их моющую способность.

В состав моющих композиций для стирки включают:

• щелочные соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты различного состава),

• нейтральные соли (сульфат, хлорид натрия),

• соли перекисных кислот, обладающие отбеливающими и дезинфицирующими свойствами (перборат и перкарбонаты натрия).

Важную роль играют органические компоненты моющих средств:

• карбоксиметилцеллюлоза, предотвращающая ресорбцию — повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытую поверхность;

• оптические отбеливатели (красители), применяемые для устранения жёлтого оттенка неокрашенных тканей;

• так называемые гидротропы, увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение моющих веществ в воде.

Некоторые моющие вещества содержат:

• ферменты, обеспечивающие удаление нерастворимых белковых загрязнений,

• органические бактерициды (гексахлорофен, трихлоркарбанилид и др.),

• стабилизаторы пены (например, алкилоламиды) или пеногасители;

• во многие моющие вещества добавляют душистые вещества (отдушки).

Рецептурный состав моющих веществ определяется их назначением, экономическими и санитарно-гигиеническими требованиями.

Виды моющих средств

Различают синтетические моющие средства:

• для стирки,

• мытья посуды и домашней утвари,

• туалетные,

• промышленного назначения и др.

Моющие средства для стирки можно разделить на группы:

• средства для шерстяных и шёлковых тканей,

• хлопчатобумажных и льняных тканей,

• универсальные средства для тканей разных типов, в том числе из химических волокон,

• для стирки сильно загрязнённых изделий из грубых тканей.

Влияние моющих средств на окружающую среду.

В последние несколько десятилетий постоянно росло потребление синтетических моющих средств и соответственно происходило сокращение потребления мыла.

Это обстоятельство породило важную проблему - проблему очистки сточных вод.

Дело в том, что многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками, и это приводит не только к загрязнению рек и других водоёмов, но и к проникновению ПАВ в источники питьевой воды, что непосредственно влияет на здоровье человека..

Биохимическим разложением называется разложение органических веществ под действием ферментов, производимых бактериями и другими микроорганизмами.

Биоразложение протекает очень медленно, конечными продуктами его являются вода и диоксид углерода.

Для массового производства и потребления моющих средств необходимо применять такие ПАВ и другие моющие вещества, которые были бы подвержены сравнительно быстрому их распаду.

В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%.

Биоразлагаемость некоторых ПАВов.

Хорошей биоразлагаемостью (на 80-90%) обладают алкилбензолсульфонаты с неразветвлённой алкильной цепью (С10 -С14). Она увеличивается при добавлении в раствор глюкозы.

Биоразлагаемость алкилсульфонатов, полученных из нормальных парафинов, достигает 98%, олефинсульфонатов – 90-95%, у алкилсульфатов (С10-С18) – 97,9%.

Неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные, но их биоразлагаемость понижается с увеличением числа присоединённых групп этиленоксида и разветвлённости гидрофобной части молекулы.

Сульфаты неионогенных ПАВ, полученных на основе прямоцепочных жирных спиртов, легко разлагаются, и длина этиленоксидной цепи не влияет на степень и скорость разложения.

Разные подходы в защите окружающей среды

По данным ряда исследователей, для защиты окружающей среды при производстве и употреблении моющих средств наиболее рациональным путём является замена алкилбензолсульфонатов алкилсульфатами и алкилсульфонатами, а также применение натуральных жирных кислот и их производных, кукурузного крахмала и других, биоразлагаемость которых является стопроцентной.

Наличие моющих средств в сточных водах вызывает обильное пенообразование за счёт остаточных ПАВ, фосфатов и других компонентов моющих средств, что затрудняет биологическую очистку.

Но существует и другой подход, заключающийся в том, что введение в действие эффективных методов очистки сточных вод экономически целесообразнее, чем замена плохоразлагающихся компонентов моющих средств другими, менее эффективными в моющем действии.