- •Содержание
- •2 Лабораторные работы
- •2. 1 Титриметрический анализ, химическая посуда
- •Способы выражения концентрации растворов
- •Химическая посуда
- •Контрольные вопросы:
- •2. 2 Дисперсные системы и электрокинетические явления
- •Двойной электрический слой.
- •Электрокинетические явления.
- •Цель работы.
- •Приборы и реактивы
- •Выполнение работы.
- •Обработка результатов.
- •Контрольные вопросы.
- •2. 3 Коагуляция и седиментация.
- •Цель работы:
- •Приборы и реактивы
- •Выполнение работы.
- •Обработка результатов.
- •Контрольные вопросы.
- •2. 4 Определение критической концентрации мицеллообразования. Поверхностно-активные вещества, классификация.
- •Адсорбция на границе раздела фаз.
- •Мицеллообразование
- •Гидрофильно-липофильный баланс
- •Солюбилизация.
- •Методы определения ккм
- •Цель работы:
- •Приборы и реактивы:
- •Выполнение работы
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы.
- •2. 5 Расчет параметров кристаллической решетки сдг
- •Цель работы:
- •Выполнение работы
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы.
- •3 Примеры решения задач по теме «Неорганические мицеллы»
- •3.1 Задачи на выпадение осадка (Произведение растворимости)
- •3.2 Задачи на определение формулы мицеллы
- •3.3 Задачи для самостоятельного решения:
- •4 Темы для самостоятельного изучения
- •4.1 Адсорбция.
- •Уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра (Лэнгмюра)
- •Уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха
- •Теория полимолекулярной адсорбции Поляни (1915)
- •Уравнение изотермы адсорбции бэт
- •Контрольные вопросы.
- •4.1 Анализ твердой поверхности на содержание кислотно-основных центров
- •Контрольные вопросы:
- •4.3 Жидкие кристаллы
- •Контрольные вопросы:
- •5 Вопросы к аттестационному тестир
- •5.1 По предмету «Физикохимия наночастиц и наноматериалов»
- •5.2 По предмету «Физикохимия наноструктурированных материалов»
- •Приложение Лабораторный журнал
2. 4 Определение критической концентрации мицеллообразования. Поверхностно-активные вещества, классификация.
По изменению поверхностного натяжения вещества делят на поверхностно-активные и поверхностно-инактивные. Важнейшей адсорбционной характеристикой веществ, определяющей многие их свойства и области применения является поверхностная активность, обозначается символом G, в честь Гиббса. Чем сильнее уменьшается поверхностное натяжение () с увеличением концентрации (с) адсорбируемого вещества, тем больше поверхностная активность этого вещества: G = - d /dc.
Графики зависимости поверхностного натяжения () от концентрации (с) веществ дают два основных типа кривых (рис. 1). Органические вещества, снижающие поверхностное натяжение (поверхностную энергию) вследствие адсорбции на границе раздела фаз, называют поверхностно-активными веществами. Для них характерны кривые типа I. Вещества, повышающие поверхностное натяжение () при растворении, дают кривые типа II и называются поверхностно-инактивными.
|
Рис. 1. Зависимость поверхностного натяжения () от равновесной концентрации (с). |
Термин «поверхностно-активные вещества» (ПАВ) обычно применяют к специфическим веществам, обладающим очень большой поверхностной активностью по отношению к воде. Поверхностно-активные вещества имеют дифилъное строение, то есть они содержат в молекулах одновременно гидрофобную и гидрофильную группы. В качестве гидрофобной группы обычно выступает углеводородный радикал, содержащий 10–18 углеродных атомов, чаще всего линейного строения. К гидрофильным группам могут относиться –СООН, –COONa, –S03Na, –ОН, –NH2 и другие. Чаще всего молекулу поверхностно-активного вещества изображают в виде палочки с утолщением на конце (рис. 2).
|
Рис. 2. Модель молекулы ПАВ |
Примером поверхностно-инактивных веществ по отношению к воде являются электролиты, то есть вещества, диссоциирующие на ионы, и более полярные, чем вода: неорганические соли, кислоты, щелочи, которые сильно гидратируются. Они взаимодействуют с водой сильнее, чем молекулы воды между собой. В случае органических растворителей свойства веществ обращаются: электролиты выступают поверхностно-активными веществами, а вещества, молекулы которых имеют дифильное строение и включают большой углеводородный радикал – являются поверхностно-инактивными веществами.
Правило Дюкло–Траубе: поверхностная активность увеличивается с увеличением длины углеводородного радикала ПАВ для полярных растворителей (вода). Правило обращается для органических растворителей.
Наличие гидрофильной и олеофильной частей у молекул ПАВ является характерной отличительной особенностью их строения. По способности к диссоциации в водных растворах поверхностно-активные вещества делят на ионогенные и неионогенные.
В свою очередь ионогенные ПАВ в зависимости от характера образующихся при диссоциации в водных растворах ионов, обеспечивающих поверхностную активность, можно разделить на анионо-активные и катионо-активные. Кроме того, имеются еще и амфолитные или амфотерные, ПАВ, которые содержат в молекуле две активные группы – анион и катион.
Из поверхностно-активных веществ большую по численности группу составляют анионные ПАВ. Они широко применяются для производства синтетических моющих средств (CMC). Катионоактивные вещества по сравнению с анионоактивными и неионогенными вырабатывают в промышленности в меньшем количестве, так как катионные ПАВ — наиболее токсичные и наименее биологически разлагаемые из всех ПАВ; их часто используют в качестве бактерицидных, фунгицидных, дезинфицирующих веществ, ингибиторов коррозии.
Амфолитные ПАВ содержат две функциональные группы, одна из которых имеет кислый, а другая основный характер, например карбоксильную и аминную группы. В зависимости от рН среды амфолитные ПАВ проявляют анионоактивные или катионоактивные свойства:Error: Reference source not found
RNН(СН2)nСООˉ + Н2О Анионоактивные свойства |
+ ОН– ––– щелочная среда |
RNH(СН2)nСООН |
+ Н+ ––– кислая среда |
RN+H2(СН2)nСООН Катионоактивные свойства |
Амфолитные ПАВ хорошо растворимы в воде, но их растворимость уменьшается с увеличением числа углеродных атомов в цепи. Они являются ингибиторами коррозии, а также обладают солюбилизирующей способностью по отношению к органическим соединениям и диспергирующей способностью в отношении пигментов.
Неионогенные ПАВ в водном растворе не образуют ионов. Синтезированы на основе оскиэтилена. Их растворимость в воде обусловлена функциональными группами, имеющими гидрофильный характер. В отличие от ионогенных ПАВ в гомологических рядах этих соединений может изменяться не только гидрофобная, но и гидрофильная часть молекулы. Этим и объясняется большое разнообразие их свойств.
Схематически молекула неионогенного ПАВ обозначают следующим образом:
|
Рис. 3. Схема молекулы неионогенного ПАВ. |
Полиоксиэтиленовая цепь определяет гидрофильные свойства неионогенных ПАВ. Изменяя длину полиоксиэтиленовой цепи, легко регулировать их коллоидно-химические свойства. Эти ПАВ применяются в любых средах (кислой и щелочной), а также в присутствии растворимых солеи.
К недостаткам этих ПАВ относится медленное разложение из-за наличия в их составе ароматического радикала и, как следствие, накопления их в объектах окружающей среды. Неионогенные ПАВ с алкильными радикалами способны биологически разлагаться достаточно полно и быстро.
В последнее время все шире применяют высокомолекулярные ПАВ. Это растворимые карбо- и гетероцепные полимеры ионогенного или неионогенного типа. К ним могут относиться природные соединения (белки, пектиновые вещества), производные целлюлозы и синтетические полимеры. Высокомолекулярные ПАВ получают в основном из полимеров полимераналогичным превращением
Неионогенные ПАВ в водном растворе не образуют ионов. Синтезированы на основе оскиэтилена.