115. Адсорбция пав на поверхности раздела жидких фаз

116. Адсорбция пав из растворов на поверхности твердых тел.

Бумажная промышленность. ПАВ используются для разделения чернил и варёной целлюлозы при переработке использованной бумаги. Молекулы ПАВ адсорбируются на пигменте чернил. Пигмент становится гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента чернил всплывают на поверхность.

Адсорбция ПАВ на поверхности твердых тел имеет важное значение для многих промышленных процессов, например при диспергировании твердых тел в водных средах, в моющем действии, при солюбилизации различных химических веществ и др. Многие такие процессы связаны с диспергированием твердых тел в воде. Показателен расчет, из которого следует, что в одном литре краски на водной основе площадь поверхности равна - 15000 м и эта площадь доступна для адсорбции поверхностно-активных веществ. Таким образом, адсорбция ПАВ в подобных системах является важнейшей характеристикой, определяющей их свойства.

Адсорбция ПАВ зависит главным образом от двух факторов: от взаимодействия ПАВ с поверхностью и от гидрофобное ПАВ, обеспечивающей так называемый гидрофобный эффект. Этот эффект, безусловно, тесно связан со структурой молекул ПАВ и, следовательно, с растворимостью ПАВ в воде. Было установлено, что этот эффект является главной движущей силой адсорбции ПАВ в большинстве случаев. Например, взаимодействие ПАВ с поверхностью играет небольшую роль, если эти поверхности гидрофобны, поскольку молекулы ПАВ адсорбируются на гидрофобных поверхностях за счет образования контактов гидрофобных участков молекул с поверхностью, а гидрофильные групп остаются в контакте с раствором.

Особенности адсорбции ПАВ из растворов на поверхность твердых тел.

1) Она связана с неоднородностью поверхности твердых тел. Имеются три вида неоднородной поверхности: геометрическая н., структурные поверхности, химическая н.

Геометрическая неоднородность (шероховатость) Она обусловлена тем, что поверхность твердых тел не бывает гладкой. На ней присутствует много неровностей самой разной формы (выступы, впадины, ступеньки). Размеры неровностей составляют от нескольких нм до сотен микрометров. Шероховатость вызывает увеличение реальной поверхности твердого тела по сравнению с площадью идеально гладкой поверхности. Это отношение называют коэффициентов шероховатости.

Структурная неоднородность. При постоянстве химического состава поверхности необходимо различать изменение ее структуры от аморфной до кристаллической. Необходимо различать дефекты поверхности.

Химическая неоднородность. Композиционные материалы. Такая поверхность состоит из отдельных участков разного химического состава (доменов)

2) вторая особенность ПАВ: наряду с растворимым веществом может происходить адсорбция растворителя. Она проявляется в лиофильных системах, так как тогда жидкость (растворитель) хорошо смачивает твердую поверхность. В этом случае адсорбция на твердой поверхности может иметь конкурентный характе. Конкуренция идет между молекулами растворителя и молекулами ПАВ. Она выражается тем сильнее, чем выше поверхностная энергия адсорбента

3) третья особенность. Твердая поверхности часто имеют положительный или отрицательный электрический заряд. Поэтому механизмы адсорбции неэлектролитов и ионов различны.

Принято выделять 2 случая адсорбции из растворов на твердую поверхность (молекулярнаяи ионная).

• Для прогноза молекулярной адсорбции какого-либо вещества часто используют правила уравнивания полярностей Рединберга В соответствии с ним ддля адсорбции ПАВ из водных растворов следует применять неполярные алсорбенты (автивные углы) Для адсорбции на поверхность из неполярных растворителей большой эффективностью обладают полярные адсорбенты, такие как глина, силикогель.

• Ионная адсорбция. На твердую поверхность, состоящую из ионов.

При одинаковом заряде ионов адсорбционная способность растет по мере увеличения ионного радиуса. По способность к адсорбции катионы одно и двухвалентных металлов располагаются в следующей последовательности Li+, Na+, K+, Rb+, Zs+, Mg2+,Ca2+, Sr2+, Ba2+

Для однозарядныъх анионов увеличкение адсорбции происходит в таком порядке: CL-, Br-, NO3-, I-. Приведенные последовательности ионов называют лиотропными рядами.

• 2 закономерность: адсорбционная способность ионов растет при увеличении заряда, т.к. при этом возрастает их электростатическое притяжение к соответствующим по знаку заряда ионам на твердой поверхности.

Одной из важных форм ионной адсорбции является ионный обмен. Он происходит между ионами, адсорбированными на поверхность данного адсорбента и другими ионами находящимися в растворе.

117. химическое модифицирование твердых тел. Называют химические превращения в поверхностном слое твердого тела при сохранении неизменным его внутреннего состава. В этом зыключается принципиальное отличие модифицирования от гетерогенных химических реакций и процессов, которые постепенно распространяются вглубь твердой фазы. Модификатором или модифицирующим веществом называется вещество, которое химически реагирует с поверхностными функциональными группами

Привитый слой - совокупность функциональных групп привитых веществ, закрепленных ковалентно на поверхности Тв. Подложки. Привитый слой включает в себя

• Якорная группа (химическая фиксация привитого соединения)

• Ножка (отдельное привитое соединение от поверхности)

• Функциональная группа, определяемая требуемые поверхностные свойства.

Плотность прививки - число функциональных групп на единице площади.

Требования к модификаторам:

1. Валентность электронов, образующих якорную группу не менее 2

2. Реакция между поверхностными группами подложки и модтфикатором должна протекать селективно

3. Образующиеся поверхностные соединения должны быть стабильными.

Метод ковалентного закрепления органической молекул на твердой поверхности.

Модифицированное действие белков:

1. Макромолекулы белков содержат большое количество гидрофобных и гидрофильных групп, которые находятся на поверхности глобулы

2. Конформационное состояние макромолекул в водном растворе из которого они адсорбируется на ТВ. Поверхность.

Для макромолекул (напр. Жэелатина) процесс модифицирования идет в 2 стадии.

1. Формирование адсорбционного слоя на твердой поверхности. (происходит быстро)

2. Дополнительная адсорбция не происходит, но осуществляется медленные конформационные процессы перестройки адсорбционного слоя, которые приводят к дополнительной гидрофилизации. (несколько часов)