8.1.1. Растворы коллоидных поверхностно-активных веществ

Коллоидные ПАВ не только снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз, но при определенных концентрациях способны к самопроизвольному мицеллообразованию, т.е. к образованию новой фазы.

Низкомолекулярные ПАВ – спирты, кислоты, другие органические соединения, молекулы которых имеют незначительную длину углеводородного радикала, в растворах находятся только в молекулярно-дисперсном состоянии. С увеличением длины гидрофобных цепей, когда чис­ло атомов углерода достигает 10–20, появляется новое свойство – способность молекул к ассоциации. При малых концентрациях эти ПАВ образуют истинные растворы. При увеличении концентрации до определенной величины происходит самопроизвольное соединение молекул ПАВ с образованием сферических мицелл, содержащих несколько десятков молекул. Это происходит благодаря силам межмолекулярного притяжения между углеводородными цепями. В системе устанавливается равновесие между истин­ным раствором и мицеллами – образуется лиофильная коллоидная система. Концентрация, при которой начинается образование мицелл, называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). В результате мицеллообразования неполярные цепи образуют как бы углеводородную каплю, экранированную обращенными в воду полярными группами. Такое состояние соответствует минимуму свободной энергии. В углеводородном содержимом мицелл могут растворяться неполярные вещества. Явление растворения веществ в мицеллах ПАВ называется солюбилизацией.

ПАВ находят широкое применение в различных отраслях промышленности и в быту. ПАВ являются основой синтетических моющих средств – детергентов, стабилизаторами суспензий, эмульсий, пен. Явление солюбилизации используется для прове­дения полимеризации непредельных углеводородов в эмульсиях. Мицеллярный катализ позволяет увеличить скорости реакций в несколько сотен раз. Высококонцентрированные растворы некоторых ПАВ формируют упорядоченные структуры – жидкие кристаллы, широко используемые в современной технике. ПАВ применяются в пищевой промышленности для интенсификации технологических процессов и улучшения качества продукции.

8.1.2. Растворы высокомолекулярных соединений

Макромолекулы ВМС представляют собой гигантские образования, состоящие из сотен и тысяч атомов, хими­чески связанных между собой.

Подобно истинным растворам низкомолекулярных веществ растворы ВМС образуются самопроизвольно и являются термодинамически устойчивыми. В этом состоит их отличие от лиофобных коллоидных систем.

ВМС обладают рядом свойств, характерных для дисперсных систем: они способны образовывать ассоциаты, размер которых соизмерим с размерами частиц золей, рассеивают свет, способствуют образованию эмульсий, суспензий и пен, для них характерны диффузия и броуновское движение. В то же время, в отличие от лиофобных золей, в растворах ВМС отсутствует гетерогенность, т. е. нет большой межфазной поверхности.

Специфическим свойством, присущим только ВМС, является набухание при взаимодействии с растворите­лем. Набухание может быть ограниченным и неограни­ченным. Последнее приводит к растворению полимера.

Существует большое количество ВМС, которые в растворе диссоциируют с образованием высокомолекулярных ионов, они называются полиэлектролитами. В зависимости от природы полимерных групп, полиэлектролиты могут быть катионными, анионными и амфотерными. Последние содержат в своем составе одновременно кис­лотные и основные группы. В зависимости от рН среды, они диссоциируют как кислоты или как основания. Со­стояние, при котором положительные и отрицательные заряды в молекуле белка скомпенсированы, называется изоэлектрическим, а значение рН, при котором молекула переходит в изоэлектрическое состояние, называется изоэлектрической точкой белка (ИТБ).

Вместе с тем, следует отметить, что в «плохих» растворителях молекулы ВМС свертываются в компактные клубки (глобулы), при этом возникает межфазная поверхность, т. е. система становится гетерогенной.