Занятие № 2. Определение критической концентрации мицеллообразования поверхностно-активных веществ с использованием метода наибольшего давления пузырьков воздуха (по ребиндеру)

ПЛАН-КОНСПЕКТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ САМОПОДГОТОВКИ

2.1. Мицеллообразование. Критическая концентрация мицеллообразования.

· Агрегация молекул в некоторых водных растворах ПАВ при определенных концентрациях (10^-5 – 10^-2 моль/л) называется мицеллообразованием.

· ПАВ способные к мицеллообразованию относят к группе мицеллообразующих (МПАВ).

· Мицеллообразующими поверхностно-активными веществами являются вещества с достаточно большими неполярными группами – высшие жирные кислоты и их соли, фосфолипиды и ряд других.

· Мицеллообразование наблюдается в водных растворах дубящих веществ (танниды) и синтетических красителей (бензопурпурин, ночной голубой и др.). Благодаря большому размеру молекул красителей ассоциация их в растворах протекает в большей степени, чем в растворах мыл.

· Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) – это концентрация, при которой в растворе протекает процесс образования мицелл и истинный раствор переходит в ультрамикрогетерогенную систему (золь).

· Агрегат (ассоциат) дифильных молекул ПАВ, возникающий самопроизвольно при концентрации равной или немного большей ККМ называется мицеллой.

· Процесс мицеллообразования обратим. При разбавлении раствора мицеллы распадаются на молекулы и ионы.

· При концентрациях равных или ненамного превышающих ККМ в системе образуются сферические агрегаты («мицеллы Гартли»), содержащие от 20 до 100 молекул ПАВ.

· В водных растворах полярные группы молекул ПАВ в мицеллах Гартли обращены к периферии, а неполярные – к центру мицеллы (рис.7, а). В неполярных растворителях ориентация молекул ПАВ в мицеллах противоположная (рис. 7, б).

а) б) рис.7 а

а) мицелла в водных растворах

б) мицелла в неполярных растворителях.

· При концентрациях, превышающих ККМ в 2-10 раз, сферические мицеллы могут объединяться друг с другом приобретая при этом различные формы: цилиндрические, дискообразные, палочкообразные, пластинчатые («мицеллы Мак-Бена); схематическое строение которых показано на рис. 8.

а) б)

Рис. 8.

а) мицеллы Гартли

б) мицеллы Мак-Бена

· При дальнейшем увеличении концентрации (например, при испарении воды или другого растворителя) в системе может происходить образование гелеобразной структуры с потерей текучести.

2.2. Способы определения критической концентрации мицеллообразования. Свойства мицеллярных растворов.

· Способы определения ККМ основаны на изменении свойств растворов ПАВ в мицеллярном состоянии: светорассеяния, показателя преломления, электропроводимости, осмотического давления, поверхностного натяжения, моющей способности и др. (рис.9).

Изменение область ККМ

параметра 1 – поверхностное натяжение

3 2 – осмотическое давление

3 – моющая способность

Концентрация ПАВ

Рис.9.

· Мицеллярным растворам ПАВ свойственно явление солюбилизации, т.е. проникновение в структуру мицелл молекул различных веществ не растворимых в воде или в другом растворителе.

· Различают: прямую солюбилизацию, при которой солюбилизируются полярные вещества мицеллярными растворами ПАВ в неполярных растворителях; обратную солюбилизацию, при которой солюбилизируются полярные вещества мицеллярными растворами ПАВ в неполярных растворителях.

· Солюбилизация является одним из звеньев процесса обмена веществ в жизнедеятельности организма человека и животных. Она лежит в основе самопроизвольного эмульгирования жиров солями желчных кислот при их усвоении организмом.

Солюбилизация используется при изготовлении лекарственных форм (эмульсии, суспензии и др.), а также является важнейшим фактором моющего действия мыл и других моющих средств.

· При введении в концентрированные мицеллярные растворы ПАВ больших количеств нейтральных солей (например, NaCl, KNO₃ и т.п.) возможно выделение ПАВ в виде осадка. Такое выделение ПАВ из растворов называется высаливанием. Высаливающее действие солей связано с отнятием ими воды от гидратных оболочек мицелл.

Высаливание применяется при мыловарении или, например, в биохимии для выделения белков из растворов.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется мицеллообразованием?

2. Что такое мицелла ПАВ?

3. Что называется критической концентрацией мицеллообразования?

4. Как зависит форма мицелл от концентрации ПАВ?

5. На чем основаны способы определения ККМ?

6. Что такое солюбилизация?

7. Какие виды солюбилизации различают?

8. Где применяется солюбилизация?

9. Что такое высаливание, почему оно происходит, чем вызывается?

обратную солюбилизацию, при которой солюбилизируются нерастворимые в воде органические вещества;