5.10. Двухсторонние пленки

Двухсторонние пленки состоят из двух поверхностных слоев и внутреннего однородного слоя, представляющего собой маточную жидкость, из которой образовалась пленка. Концентрация ПАВ в поверхностном слое значительно выше, чем в маточном растворе. Поэтому свойства наружных и внутреннего слоев различны, в частности, различен показатель преломления.

При наблюдении двухсторонних пленок отмечается взаимное гашение падающего и отраженного света. Когда это гашение является полным, то пленка становится черной. Образование черных пленок происходит вследствие вытеснения жидкости из среднего слоя пленки. При максимальном сближении двух поверхностных слоев образуется предельно утонченные пленки, толщина которых составляет

5 10 9 м. Эти пленки являются черными.

Процесс образования черных пленок происходит скачкообразно. Вначале на пленке образуются отдельные черные пятна, которые затем сливаются.

5.11. Вид изотермы поверхностного натяжения. Уравнение Шишковского

На изотерме поверхностного натяжения имеются три участка (рис. 5.15).

Первый и третий участок - прямолинейные, а второй характеризуется логарифмической зависимостью σ от С. Для этого участка польский ученый Шишковский в 1908 г. предложил эмпирическое уравнение:

26

ПАВ с линейным радикалом, алкилсульфата, через двое суток падает практически до нуля.

Неблагоприятное воздействие ПАВ на природу проявляется в том, что ПАВ изменяют условия существования различных организмов в водоемах, влияя на кислородный обмен.

Биологическую активность и токсичность ПАВ определяет их способность адсорбироваться на поверхности и нарушать функции биомембран, которые представляют собой слои ПАВ. На биологическую активность влияет как полярная группа, так и углеводородный радикал.Будучи гидрофобным, последний адсорбируется на гидрофобных участках биомембран. Полярная группа вступает в электростатическое взаимодействие с поверхностью мембраны, которая заряжена отрицательно.Поэтому наиболее интенсивно взаимодействуют с биомембранами катионные ПАВ. Это взаимодействие приводит к изменению конформации белков, растворению липидов и в итоге, к разрушению мембран (лизису).

В зависимости от свойств полярной группы по токсичности ПАВ располагаются в ряд: КПАВ > АПАВ > НПАВ > АмПАВ.

7.4. Классификация и общая характеристика ПАВ

По химическим свойствам в соответствии с характером диссоциации полярных групп ПАВ делятся на анионные, катионные,

амфолитные и неионогенные. В мировом производстве ПАВ 60%

составляют анионные, 30%-неионные, 10%-катионные, и лишь доли % - амфолитные. Анионные ПАВ - это органические соединения, молекулы которых, диссоциируя в воде, образуют анион с крупным углеводородным радикалом, обладающий поверхностной активностью. Катион не является поверхностно-активным на

59

www.mitht.ru/e-library

Для анионных ПАВ, производимых в большом количестве, установлена зависимость скорости биоразложения от строения углеводородного радикала.

Наибольшей скоростью биоразложения обладают ПАВ с линейной углеводородной цепью, причем лучше разлагаются ПАВ с коротким радикалом, ПАВ с ароматическими и разветвленными радикалами, особенно с четвертичными радикалами углерода плохо разлагаются биоорганизмами. Таким образом, по скорости биоразложения анионные ПАВ располагаются в ряд в зависимости от строения углеводородного радикала: лин.коротк. > лин.длин. > ароматич. > разветвлен. > четвертич.

Если бы ПАВ биологически не разлагались, то в Рейне в области Рур концентрация анионных ПАВ была бы 2,8 мг/л, а неионных ПАВ - 1,7 мг/л. Фактически определяется 0,028 ÷ 0,048 мг/л, т.е. на два порядка меньше. Перед попаданием в реку ПАВ биологически разлагаются на станциях очистки.

Биоразлагаемость некоторых анионных ПАВ показана на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Биоразлагаемость анионных ПАВ. 1-тетрапропиленбензолсульфонат натрия, 2-линейный алкилбензолсульфонат, 3-алкилсульфат

Как видно концентрация ПАВ с третичным атомом углерода, тетрапропиленбензолсульфоната, за 10 суток уменьшается на 20% с тенденцией к уменьшению скорости разложения. Концентрация же

58

	0	0	B ln(	C	1)	(5.16)
				A

где C - концентрация ПАВ,

1

A

- удельная капиллярная постоянная, характерная для

каждого ПАВ,

B - константа, мало зависящая от природы ПАВ.

Рис. 5.15 Изотерма поверхностного натяжения

При малых C :

	ln(	C	1)	C	(5.17)
		A		A

по формуле разложения в ряд и уравнение принимает вид:

	0 0	B		C		(5.18)
				A
	т. е. описывает первый прямолинейный участок. После
	дифференцирования:
	d 0	B	1			dC
			A
						27

www.mitht.ru/e-library

		d		0		B	(5.19)
		dC				A

т. е. можно определить поверхностную активность.

Для определения констант уравнения Шишковского рассмотрим второй участок изотермы поверхностного натяжения. При больших C можно пренебречь единицей, и тогда

	0	0	B ln	C	(5.20)
				A

Это уравнение прямой линии в координатах ln C (рис. 5.16).

0 0 B ln CA

Рис. 5.16. Определение констант уравнения Шишковского

Из этого рисунка видно, что

tg 0 B

При 0 :

0 B ln CA 0 ; ln C ln 1A ,

т. е. отрезок, отсекаемый прямой линией на линии 0 равен

ln 1A .

28

нерастворимых в воде веществ, т.е. к включению в ядро мицеллы нерастворимых частиц.

7.2. Производство и применение ПАВ

Значение коллоидных ПАВ в технике, технологии и в быту, чрезвычайно велико, т.к. они являются основными регуляторами процессов, протекающих на поверхности.

Мировое производство ПАВ достигло 6,5 млн. т/год. По объему производства среди всех продуктов органического синтеза ПАВ занимают 3-е место, уступая лишь пластмассам и волокнам. Ежегодный прирост объема производства ПАВ в настоящее время составляет 10%. Ассортимент Пав составляет свыше 500 наименований. В России выпускают около 15 видов ПАВ. Они используются примерно в 100 отраслях производства. В высокоразвитых странах в структуре потребления ПАВ преобладает промышленное применение (50-60%). В 1989 году в СССР

синтетические моющие средства составляли 75%. К главным потребителям ПАВ относятся горнодобывающая промышленность (флотация), металлообрабатывающая промышленность и транспорт (смазки и СОЖ), текстильная промышленность, строительство, полимерные материалы, пищевая, медицинская промышленность, пожаротушение, нефтедобыча и нефтехимия.

7.3. Биоразлагаемость и токсичность

Основными характеристиками, определяющими объем производства ПАВ, кроме их свойств являются стоимость, наличие сырья и экологическая безвредность, характеризуемая биоразлагаемостью, т.е. временем снижения концентрации ПАВ во времени (скоростью разложения).

57

www.mitht.ru/e-library