За здатністю молекул пар до іонізації їх поділяють на класи:

1. Іоногенні колоїдні пар:

   • Аніоноактивні речовини – внаслідок іонізації утворюють у водних розчинах поверхнево-активні аніони, які здатні до агрегації, утворюючи при цьому міцели.

С₁₇Н₃₅СООNa  С₁₇Н₃₅СОО^- + Na⁺ (дисоціація стеарату натрію)

Мило (стеарат натрію) ПАР-аніон поверхнево-неактивний катіон

Іонізація алкілсульфатів-сульфоефірів вищих спиртів та їх солей (синтетичні миючі засоби):

СН₃(СН₂)₁₀СН₂ОSO₃Na  СН₃(СН₂)₁₀СН₂ОSO^-₃ + Na⁺

Додецилсульфат натрію поверхнево-активний поверхнево-неактивний

аніон катіон

Сульфокислоти та їх солі з одновалентними та багатовалентними катіонами достатньо добре розчиняються у воді з утворенням водних розчинів з характерними ознаками „мильних” розчинів. Використовуються як миючі засоби в твердій воді та навіть в кислому середовищі.

• Катіоноактивні речовини – внаслідок іонізації утворюють в розчинах поверхнево-активні катіони, здатні до агрегації та утворення міцел. Належать солі амінів, четвертинних амонієвих основ і алкіл піридинових сполук. Поверхнево-активні іони таких речовин заряджені позитивно.

Аніоно- та катіоноактивні ПАР не можуть бути одночасно присутніми у водному розчині, оскільки між їх великими поверхнево-активними іонами відбувається взаємодія з утворенням погано розчинних у воді сполук.

• Амфолітні речовини – іонізуються з відщепленням невеликих поверхнево-активних катіонів і аніонів. Залежно від значення рН розчину ці речовини можуть виявляти аніоноактивні властивості (в лужному середовищі) або катіоноактивні властивості (в кислому середовищі). Належать алкіламінокислоти RNHCOOH. Через складність одержання та високу вартість амфолітні колоїдні поверхнево-активні сполуки не мали широкого застосування.

2. Неіоногенні колоїдні ПАР (НПАР) – це речовини, .молекули яких не дисоціюють на іони. Молекули НПАР – дифільні. Їх одержують внаслідок взаємодії оксиду етилену зі спиртами, фенолами, жирними кислотами та іншими сполуками, що містять полярні групи, при цьому одержують сполуки типу R(OCH₂CH₂)_mOH. Чим довший оксиетиленовий ланцюг, тим сильніші гідрофільні властивості сполуки. Неіоногенні мила використовуються як стабілізатори та емульгатори.

		Розчини мила є стабілізаторами дисперсних систем завдяки їхній будові. Мила – дифільні молекули, складаються з: полярної частини (гідрофільної) – карбоксильна група –СООН; неполярної частини (гідрофобної) – вуглеводневий радикал. При малих концентраціях дифільні молекули цих речовин знаходяться в розчині у вигляді окремих молекул або іонів, при підвищенні концентрації вони утворюють асоціати колоїдних розмірів – міцели. Міцели у розчинах мила здатні до тривалого існування, але розведення розчину спричиняє розпад міцел на молекули мила.
а – молекула ПАР; b – стабілізація емульсії ПАР (емульгатором)	Розчини мила (ПАР) і лугу	Мила та миючі засоби належать до групи колоїдних поверхнево-активних речовин. Колоїдними ПАР називають сполуки, які здатні не тільки концентруватися на межі поділу фаз, але й утворювати міцелярні системи.

Особливості фізико-хімічних властивостей розчинів мил: розбавлені водні розчини мил та особливо спиртові мають властивості істинних розчинів (молекулярних), а концентровані водні розчини виявляють властивості колоїдних систем, зокрема здатність до коагуляції, або «висалювання», при додаванні електролітів (хлорид натрію).

Звичайні продажні мила – колоїдні системи, які містять значну кількість води, а часто також домішки інших мінеральних і органічних речовин.

Миюча дія мил – це складний фізико-хімічний процес. Починається з адсорбції мил поверхнею, яка повинна бути очищена від бруду. Молекули мил (ПАР) знижують поверхневий натяг грязьової плівки і сприяють змочуванню її частинок миючою рідиною. Між гідратованими частинками бруду виникає розклинюючий тиск, під впливом якого вони відкриваються від забрудненої поверхні. У мильному середовищі після цього виникають суспензії та емульсії, що стабілізуються колоїдними міцелами мила або іншого засобу. Утворена при цьому піна виносить частинки бруду із забрудненої поверхні. Цей процес прискорюють тертям.

Одна з найбільш характерних властивостей міцелярних розчинів ПАР ‑ здатність розчиняти нерозчинні у воді речовини ‑ солюбілізація.

Солюбілізація – це розчинення під дією ПАР нерозчинних в даній рідині речовин. Процес можна розглядати як розподіл поганорозчинної речовини між істинним розчином і міцелами ПАР, причому перехід від частинок або крапель в міцели відбувається через молекулярний розчин.

Для водних розчинів характерна солюбілізація маслоподібних гідрофобних речовин – вуглеводнів, дисперсних барвників. Для розчинів ПАР в неполярних розчинниках характерна солюбілізація води і водних розчинів різних речовин. Міцелярні розчини ПАР із солюбилізованою речовиною термодинамічно стійкі, хоча є двохфазними системами.

Практичні аспекти використання явища солюбілізацІї:

• Підвищення розчинності дисперсних і кубових барвників у воді (текстильна промисловість).

• Для переводу ряду ліків у солюбілізований стан (фармакологія).

• Солюбілізація нерозчинних у воді речовин відбувається в організмі людини і тварин, що забезпечує транспорт речовин по кровоносній системі між різними частинами організму.

Фосфатиди (фосфоліпіди) – естери, молекули яких утворено залишками спиртів (гліцерину, інозиту, сфінгозину), ВМЖК (насиченими і ненасиченими), ортофосфорної кислоти і нітрогенної основи. Молекула фосфатиду складається з гідрофільної (полярної) і гідрофобної (неполярної) частин. Гідрофільна частина має негативний заряд фосфату і позитивний – Нітрогену, і є диполем (цвітер-іоном). Гідрофобна частина складається з довгих ланцюгів залишків ВМЖК. Це обумовлює поверхнево-активні властивості ліпіду, дає можливість формувати плівкові структури в моношарі на межі поділу фаз, взаємодіяти з різними сполуками (полярними і неполярними), активно брати участь у реакціях анаболізму і катаболізму клітини.

Фосфоліпіди разом з білками складають хімічну основу біомембран клітин, сприяють кращому засвоєнню жирів, запобігають ожирінню печінки. Фосфатидами багаті нервова тканина, печінка. Загальна потреба у фосфоліпідах складає до 5 – 10г на добу. Основним джерелом фосфоліпідів є олійні культури (соя, соняшник), звідси їх видаляють при гідратації масел.

Будова біологічної мембрани: подвійний ліпідний шар і білки. Ф.Даніель та Г.Дайсон запропонували першу загальноприйняту модель біологічної мембрани: основним елементом мембранних структур клітини є бімолекулярний шар з молекул ліпідів, полярні групи яких, при взаємодії з білками, спрямовані на зовні, а неполярні вуглеводневі радикали – у середину. Білки утворюють симетричні мононуклеарні шари на зовнішній та внутрішній сторонах ліпідного біошара. Пізніше було встановлено асиметричне розміщення білків у клітинних мембранах. Наприклад, інтегральні мембранні білки здатні взаємодіяти з гідрофобними радикалами і проникати у глибину мембрани. Частина поверхні мембрани вільна від білків (мозаїчна модель мембрани). Макромолекули інтегральних білків можуть утворювати пори – іонні канали, які мають вибіркову проникність для різних іонів.

Мембранні методи розділення різних рідинних систем широко використовують при очищенні стічних вод підприємств харчової промисловості, у виробництві харчової продукції. Продукти, одержані при використанні мембранних методів розділення (фруктові та овочеві соки, цукрові сиропи, молочна сироватка, згущене молоко, згущені бульйони, екстракти чаю і кави) мають вищу якість внаслідок збереження вихідних цінних компонентів та кращі органолептичні показники.

Значення ПАР пов’язано із їх здатністю у невеликих кількостях різко змінювати умови взаємодії систем і тіл, що стикаються, природу їх поверхонь, збільшувати розчинність у воді малорозчинних органічних речовин, підсилювати взаємодію декількох речовин (реакції комплексоутворення). ПАР, що застосовуються у харчовій промисловості, є багатокомпонентними сумішами і випускаються під фірмовими назвами. Хімічна назва препарату при цьому відповідає лише основній частині продукту.

ПАР можуть різко збільшувати або послаблювати взаємне прилипання твердих поверхонь (волокон), зменшувати тертя, забезпечуючи добре змащування між поверхнями, які рухаються вздовж одна одної. Однак, ПАР у середовищі поблизу даного тіла, можуть значно полегшувати його руйнування (тонке розмелювання, подрібнення).

За допомогою ПАР можна регулювати властивості таких гетерогенних систем: харчова сировина, напівфабрикати і готова продукція. ДО основних груп ПАР, які використовуються у харчовій промисловості, належать моно-, диацилгліцерини та їх похідні, які поліпшують якість хліба і хлібобулочних виробів, уповільнюють процес черствіння, знижують клейкість макаронних виробів, підвищують пластичні властивості маргарину. Похідні моно гліцеридів використовують у хлібопеченні, кондитерському виробництві і виробництві морозива.

Емульгатори – речовини, при додаванні яких до харчового продукту, забезпечується можливість утворення і збереження однорідної дисперсії двох і більше речовин, що не змішуються між собою.

Загальна властивість емульгаторів – поверхнева активність.

Основні види харчових емульгаторів – неіоногенні ПАР. Виключення: цвіттер-іонний лецитин і аніоноактивні лактилати. За хімічною будовою емульгатори це похідні одноатомних і багатоатомних спиртів, моно- і дисахаридів, структурними компонентами яких є залишки кислот різної будови.

Основні технологічні функції ПАР (емульгаторів) у харчових системах:

• диспергування (емульгування і піноутворення);

• солюбілізація;

• комплексоутворення з крохмалем;

• взаємодія з білками;

• зміна в’язкості;

• модифікація кристалів;

• змочування і змащування.

Особливості властивостей фосфоліпідів як емульгаторів обумовлені здатністю утворювати і підтримувати в однорідному стані прямі та зворотні емульсії, що дозволяє використовувати їх у всіх видах харчових емульсій від майонезів, салатних соусів (прямі емульсії) до маргаринів різного жирно кислотного складу і різного вмісту жирової фази (зворотні емульсії).

Інша особливість фосфоліпідів як харчових емульгаторів ‑ здатність утворювати ліпосоми – частинки, що формуються концентричними замкнутими ліпідними біошарами з внутрішнім водним шаром, ізольованим від зовнішнього середовища, із різними включеннями (пептиди, білки). Використання ліпосомних систем в харчових продуктах пов’язано з функціями захисту окремих харчових інгредієнтів від зовнішньої дії (захист дріжджових клітин від охолодження в заморожених борошняних напівфабрикатах і піцці), збереження вологи (морозиво) або смакових речовин (хліб і бісквіти).

Препарати фосфоліпідів виявляють високу фізіологічну ефективність, пов’язану із зменшенням рівня холестерину, покращенням функції печінки і стану центральної та периферичної нервової системи, гальмуванням процесів старіння організму і нормалізацією імунобіологічної реактивності організму. Є фізіологічно цінними компонентами їжі, добова потреба в яких складає близько 5г.

Піноутворююча здатність розчинів ПАР є важливою характеристикою. Піноутворення ‑ основний показник для гігієнічного обґрунтування гранично допустимих концентрацій текстильно-допоміжних і миючих засобів у воді.

Утворення стійкої піни в пиві свідчить про його високу якість, тому піноутворююча здатність пива також перевіряється на заводах. Піноутворення враховується при розробці піноподавляючих засобів (антиспінювачі та піногасники).

Нераціональне використання ПАР у побуті й промисловості забруднює навколишнє середовищу, особливо водойми. Надходження значної кількості СМЗ у водне середовище (наприклад, при падінні з висоти) викликає утворення великої маси піни. Вона вкриває поверхню водоймища , порушує в ньому газообмін, що призводить до загибелі флори й фауни. Піни можна позбавитися шляхом піногасіння. Для цього застосовують певні кількості алілових, октилових спиртів, алкіл амінів та інших речовин.

Висновок:

• Площа, яка припадає на одну молекулу максимально насиченого ПАР адсорбційного шару, залишається сталою в межах цього гомологічного ряду, не залежить від довжини вуглецевого ланцюга, а визначається тільки полярною групою дифільної молекули;

• Величину питомої поверхні адсорбенту обчислюють за формулою: S_пит. = Г_∞ · N_A · S₀

• Кількість молекул, що займає 1м² площі розраховують за формулою : N = Г_∞·N_А;

• Площа поверхні, яку займає одна молекула розраховують за формулою: S₀ = ;

• Довжину молекули ПАР розраховують за формулою: L = ,

де ρ – густина ПАР, кг/м³;

Г_∞ ‑ гранична (максимальна) адсорбція, моль/м²;

М – молярна маса, кг/моль;