Сорбція на поверхні рідин

Сорбція рідинами газів, рідин та твердих тіл має свої особливості. Рідини у переважній більшості є рухливими, - для них характерна текучість. Поверхня рідин рівномірна, на поверхні розділу фаз (рідина – газ, рідина тверде тіло) молекули рідини утворюють плівку (явище поверхневого натягу), яка перешкоджає сорбції і проникненню інших речовин у рідину. На рис.1 зображено сорбція рідиною повітря та твердого тіла з твердої поверхні (в). Для того, щоб зменшити поверхневий натяг на межі поділу рідина – газ (повітря) та рідина – тверде тіло необхідно ввести поверхнево-активні речовини (ПАР).

Сорбція рідиною рідких або твердих речовин і переведення останніх у розчинний стан називають екстракцією.

3.

ПАР – це речовини, що мають амфіфільні властивості, тобто мають полярну (електрично заряджену) частину молекули, яка є гідрофільною, тобто здатною взаємодіяти з диполями води і гідрофобну частину, яка є водонерозчинною, найчастіше це органічний радикал, похідне алканів або алкенів. Прикладом ПАР є мило, яке утворюється у результаті реакції між жирними кислотами та лужними металами, наприклад стеарат натрію, що є сіллю стеаринової кислоти С₁₇Н₃₅СООН та гідроксиду натрію:

С₁₇Н₃₅СООН + NaOH = С₁₇Н₃₅СООNa + H₂O

Стеарат натрію С₁₇Н₃₅СООNa має так звану заряджену «голівку» у вигляді іону Na⁺ та гідрофобний «хвіст», представлений радикалом стеаринової кислоти С₁₇Н₃₅. На рис. 4 схематично зображена окрема молекула ПАР, де 2 – це полярна «голівка», 3 – гідрофобний хвіст, ПАР утворюють молекулярні шари на поверхні поділу рідина – повітря (1) та на межі поділу тверде тіло – рідина (4).

Рис. 4 Сорбція рідиною газів та твердих тіл, поверхнево-активні речовини: 1 – шар ПАР на поверхні розділу повітря – рідина, 2 – полярна «голівка» молекули ПАР, 3 – гідрофобний «хвіст», 5 – тверда поверхня; А – сорбована рідиною тверда частинка в оточенні молекул ПАР, Б – пухирець повітря, що сорбувалось рідиною в оточенні молекул ПАР, В – частинка твердої речовини, що почала сорбуватись.

На рис. 4 показано, що молекули ПАР полярною «гоолівкою» повернені до рідини. Зосереджуючись на поверхні рідини молекули ПАР вбудовуються між молекулами води, при цьому зменшується поверхневий натяг і збільшується сорбція.

Поверхнево-активні речовини (ПАР) – це амфіфільні речовини, що зменшують поверхневий натяг і збільшують інтенсивність сорбції.

Згідно міжнародної класифікації ПАР поділяють на такі групи:

• катіонні;

• аніонні;

• неіоногенні;

• амфотерні.

ПАР є: мила, аміноспирти, сульфокислоти, спирти, білки, складні вуглеводи тощо.

Активність ПАР залежить від хімічної будови їх молекули і описується правилом Траубе – Дюкло.

Правило Траубе – Дюкло: поверхнева активність ПАР збільшується при збільшенні гідрофобного ланцюга: при збільшенні гідрофобного ланцюга на одну групу –СН₂- поверхнева активність зростає у 3,2 рази.

Умови виконання правила Траубе-Дюкло:

1. Правило дійсне за кімнатної температури, при збільшенні температури поверхнева активність буде зменшуватись, сорбція буде також зменшуватись, а десорбція буде зростати.

2. Правило виконується при низьких концентраціях ПАР, оскільки при високих концентраціях ПАР поверхневий натяг буде зменшуватись незалежно від будови.

3. Правило справедливе лише для ПАР, що добре розчиняються у воді, для погано розчинних ПАР правило набуває зворотного характеру.

Суть правила Траубе – Дюкло полягає у тому, що при збільшенні вуглеводневого радикала зменшується ступінь електричного заряду, отже молекулі ПАР важче занурюватись у товщу рідини і вони будуть зосереджуватись на поверхні розділу фаз, а отже буде збільшуватись і поверхнева активність такого ПАР.

ПАР широко використовують для відділення ліпідів від інших речовин і переведення їх у розчинний стан, як миючі засоби.