28. Поверхностное натяжение

Адсорбция на границе жидкость — газ. Явления адсорбции в жидкости обусловливаются ее поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение в жидкости — величина, численно равная работе, которая затрачивается на преодоление сил притяжения между частицами поверхностного слоя при выходе молекул на поверхность. При растворении какого-либо вещества в жидкости ее поверхностное натяжение, как правило, изменяется. Неорганические соли при растворении в воде несколько повышают величину ее поверхностного натяжения.

Органические вещества, например жирные кислоты, спирты, кетоны, мыла, протеины, весьма значительно понижают поверхностное натяжение воды. Вещества, вызывающие резкое понижение поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными.

Вещества, понижающие поверхностное натяжение, адсорбируются поверхностным слоем, т. е. сосредотачиваются в нем в большей концентрации, чем в остальном объеме раствора, и тем самым еще сильнее снижают поверхностное натяжение.

Вещества же, повышающие поверхностное натяжение, наоборот, находятся в поверхностном слое в меньшей концентрации, чем в объеме раствора (это явление называется отрицательной адсорбцией).

Количественно явление адсорбции определяется уравнением Гиббса, установленным с помощью термодинамических расчетов:

где с — концентрация растворенного вещества в растворе; Г — избыток его в поверхностном слое, моль/см2; - изменение поверхностного натяжения раствора с концентрацией; R — газовая постоянная, равная 8,314·10⁷ эрг/град·моль; Т—абсолютная температура, К; σ — поверхностное натяжение, эрг/см².

Если поверхностное натяжение σ уменьшается с повышением концентрации растворенного вещества, то величина Г (поверхностный избыток) положительна, следовательно, концентрация растворенного вещества в поверхностном слое больше, чем в объеме раствора. Если растворенное вещество увеличивает поверхностное натяжение, то величина Г отрицательна. В этом случае концентрация растворенного вещества в поверхностном слое меньше, чем в самом растворе (отрицательная адсорбция).

Величину принимают за меру способности вещества понижать свободную энергию и называют поверхностной активностью. По опытным данным строят кривую σ—с.

29. Поверхностно активные вещества

Органические вещества, например жирные кислоты, спирты, кетоны, мыла, протеины, весьма значительно понижают поверхностное натяжение воды. Вещества, вызывающие резкое понижение поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными.

Правило Дюкло-Траубе — зависимость, связывающая поверхностную активность водного раствора органического вещества с длиной углеводородного радикала в составе его молекулы. Согласно этому правилу, при увеличении длины углеводородного радикала на одну группу СΗ₂ поверхностная активность вещества увеличивается в среднем в 3,2 раза.

Поверхностная активность зависит от строения молекул ПАВ; последние обычно состоят из полярной части (группы, обладающие большим дипольным моментом) и неполярной части (алифатические или ароматические радикалы). В границах гомологического ряда органических веществ, концентрация, необходимая для понижения поверхностного натяжения водного раствора до определённого уровня, снижается в 3-3,5 раза при увеличения углеродного радикала на одну -СΗ₂-группу.

ПАВы делят на:

1. Молекулярные (не диссоциируют на ионы)

2. Ионогенные-анионные

3. Ионогенные-катионные