Гидрофильно-липофильный баланс

Кроме поверхностной активности, непосредственно определяющей адсорбционную способность ПАВ, другой важной количественной характеристикой коллоидных ПАВ является гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ). Соотношение между гидрофильными свойствами полярной группы и липофильными (липос – жир) свойствами углеводородного радикала, зависящими от его размера, характеризуется числами ГЛБ. Числа ГЛБ определяются путем сравнения способности различных ПАВ к мицеллообразованию, стабилизации эмульсий и др.

Физический смысл эмпирических чисел ГЛБ состоит в том, что они определяют отношение работы адсорбции молекул ПАВ на границе раздела из фазы «масло» к работе адсорбции на той же границе из фазы «вода».

Таким образом, числа ГЛБ линейно связаны с поверхностной активностью. Именно эти параметры должны быть критериями оценки ПАВ. Однако на практике обычно качество ПАВ оценивают по числам ГЛБ. Так, для получения устойчивых прямых эмульсий (масло в воде) используют ПАВ с числами ГЛБ от 10 до 16 (в зависимости от природы масла), для получения обратных эмульсий (вода в масле) – от 3 до 5; при ГЛБ 7-8 наблюдается переход эмульсий от прямых к обратным; числа ГЛБ составляют для смачивателей 7-9, моющих средств 13-15, солюбилизаторов в водных растворах – 15-16.

Солюбилизация.

Явление растворения веществ в мицеллах ПАВ называется солюбилизацией. В водных мицеллярных системах солюбилизируются вещества, нерастворимые в воде, например, бензол, органические красители, жиры. Это обусловлено тем, что ядро мицеллы проявляет свойства неполярной жидкости. В органических мицеллярных растворах, в которых внутренняя часть мицелл состоит из полярных групп, солюбилизируются полярные молекулы воды, причем количество связанной воды может быть значительным. Явление солюбилизации подтвердило представление о жидкой природе углеводородного ядра мицеллы ПАВ в водном растворе.

Вещество, солюбилизированное раствором ПАВ, называют солюбилизатом, а ПАВ – солюбилизатором.

Методы определения ккм

Один из методов расчета ККМ основан на определении поверхностного натяжения (см. выше), по методике отрыва кольца (самостоятельно).

По широте применения и точности среди прочих методов определения ККМ особенно выделяется кондуктометрический метод, основанный на измерении электропроводности водных растворов ПАВ.

На кривой концентрационной зависимости эквивалентной электропроводности (λ) водных растворов ПАВ в связи с изменением строения растворов по мере увеличения концентрации четко фиксируются три области (рис. 7а): постепенное линейное снижение электропроводности до ККМ, затем выше ККМ более резкое падение ее до минимума и последующее возрастание электропроводности (на рисунке не изображено).

Коллоидные ионогенные ПАВ в отношении электропроводности в разбавленных растворах ведут себя как обычные электролиты, подчиняясь уравнению Онзагера (до ККМ): , где λ – эквивалентная проводимость, – эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении, А – константа, зависящая от температуры, вязкости и диэлектрической проницаемости среды. Понижение эквивалентной электропроводности до ККМ связано с усилением межионного взаимодействия.

Крутой излом связан с тем, что мицеллы ПАВ хотя и переносят ток, но менее подвижны в электрическом поле. Электропроводность мицеллярных растворов уменьшается вследствии электростатического связывания части противоионов. При этой концентрации начинается формирование ионных мицелл, сопровождающееся образованием облаков из противоионов, связанных с мицеллами. Подвижность поверхностно-активных ионов, общее число и заряд проводящих частиц в системе при этом падают, и электропроводность понижается при возрастании концентрации резче, чем до ККМ. Последующее возрастание электропроводности после минимума на кривой (c) для коллоидных электролитов объясняется освобождением части противоионов в результате перекрывания ионных атмосфер при сближении мицелл и увеличения их размеров с ростом концентрации ПАВ.

Рис. 8 Зависимость электропроводности от концентрации

Графическая обработка результатов измерений электропроводности водных растворов мыл показывает, что точка излома (ККМ) особенно резко выражена на графике зависимости удельной электропроводности от концентрации. Излом связан с уменьшением электропроводности в связи с образованием мицелл. Начало мицеллообразования вызывает резкий излом кривых (рис. 8б).