5.5.3. Изотермы поверхностного натяжения

На рис. 5.4 приведены изотермы поверхностного натяжения - кривые, характеризующие изменение поверхностного натяжения при повышении концентрации вещества.

Как можно видеть, при повышении концентрации поверхностно-активного вещества (кри­вая 1) изотерма сначала круто падает почти по прямой. Наличие этого участка на изотерме определяется тем, что вначале вся по­верхность раздела жидкость - воздух свободна от поверхностно-активного вещества и небольшие его количества, присутствующие в растворе, почти целиком уходят на поверхность.

Рис.5.4.Зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора.

1 – изотерма для поверхностно-активного вещества,

2 – изотерма для поверхностно-инактивного вещества,

3 – то же для вещества, не влияющего на поверхностное натяжение растворителя

Затем следует криволинейный участок изотермы, отвечающий средним концентра­циям поверхностно-активного вещества. В этих условиях значи­тельная часть поверхности уже занята молекулами поверхностно-активного вещества, что снижает дальнейшую его адсорбцию на границе раздела. Наконец, большим концентрациям поверхностно-активного вещества на изотерме отвечает почти горизонтальный участок, показывающий, что поверхностное натяжение мало зави­сит от концентрации. При этих условиях на поверхности жидкости образуется сплошной мономолекулярный слой поверхностно-актив­ного вещества и дальнейшая адсорбция уже невозможна.

При повышении концентрации поверхностно-инактивного веще­ства в растворе (кривая 2) изотерма полого поднимается. Это объясняется тем, что поверхностно-инактивные вещества благодаря большому поверхностному натяжению и хорошей растворимости уходят в объем, а на границе раздела жидкость - воздух имеется лишь сравнительно небольшая часть этого вещества, попадающая туда в результате диффузии из объема раствора.

Наконец, при повышении концентрации веществ, не влияющих на поверхностное натяжение (кривая 3), изотерма, естественно, представляет собой прямую, параллельную оси концентраций.

В заключение следует отметить, что поверхностная активность вещества зависит не только от его природы, но и от свойств рас­творителя (среды). Если растворитель обладает большим поверх­ностным натяжением, данное вещество может проявлять значи­тельную поверхностную активность, если же растворитель имеет малое поверхностное натяжение, те же вещества могут стать по-верхностно-инактивными. Вода, наиболее часто применяющийся растворитель, обладает большим поверхностным натяжением, и поэтому по отношению к ней многие вещества проявляют поверх­ностную активность. Спирты обладают значительно меньшим по­верхностным натяжением, чем вода. Поэтому некоторые вещества поверхностно-активные в отношении воды, являются инактивными в отношении спиртов.

Баланс молекулярных сил на вновь образованной поверхности индивидуальных жидкостей, а следовательно, и равновесное значе­ние поверхностного натяжения устанавливаются практически мгно­венно. На поверхности же растворов поверхностно-активных ве­ществ должна установиться равновесная концентрация поверх­ностно-активного вещества, что осуществляется в результате диффузии. Поэтому, если молекулы поверхностно-активного веще­ства большие, медленно диффундирующие, например молекулы высших жирных кислот и их солей, равновесное значение поверх­ностного натяжения на границе раствор — воздух может устанав­ливаться довольно долго.

Поверхностное натяжение индивидуальных жидкостей, монотонно уменьшается с тем­пературой. Поверхностное натяжение растворов некоторых поверх­ностно-активных веществ с повышением температуры может изме­няться по кривой с максимумом.

На рис. 5.5 схематически изо­бражена температурная зависимость поверхностного натяжения для индивидуальных жидкостей (1) и растворов таких поверх­ностно-активных веществ (2). Максимум на кривой 2 объясняется десорбцией поверхностно-активного вещества в определенном ин­тервале температур, что приводит к увеличению поверхностного натяжения. При более высоких температурах, после окончания процесса десорбции, поверхностное натяжение снова начинает сни­жаться.

Рис. 5.5. Зависимость поверхностного натяжения от температуры

1 – индивидуальная жидкость,

2 - раствор поверхностно-активного вещества