Объясните химию поверхностно-активных веществ

ПАВ  «Поверхностно-активные вещества в нефтехимии»

Объясните химию поверхностно-активных веществ

Объясните адсорбцию поверхностно-активных веществ на межфазных границах

Объясните агрегирование ПАВ в растворе

Определите ПАВ по полярным группам

Проанализируйте Цвиттер-ионные ПАВ

Объясните систем, формируемых дифильными веществами

Проанализируйте воздействие ПАВ на окружающую среду

Объясните солюбилизацию гидрофобных веществ в мицеллах

Объясните агрегирование поверхностно-активных веществ в неводных средах

Объясните роль ПАВ для получения микроэмульсии

Найдите перспективные микроструктуры микроэмульсий

Проанализируйте поверхностно-активные полимеры

Объясните влияние природы ПАВ и поверхности твердого тела на адсорбцию ПАВ

Объясните различия между моделирование поверхности и методы определения адсорбции

Выберите для смачивание - смачивающие агенты

Объясните необходимость мицеллообразование поверхностно-активных веществ

Объясните амфифильные (дифильные) свойства молекул ПАВ

Объясните критическая концентрация мицеллообразования

Выберите размер и структура мицелл

Выберите синтез димерных ПАВ

Сравните особенности полимеров с гидрофильной основной цепью и гидрофобными боковыми цепями

Сравните особенности полимеров с гидрофобной основной цепью и гидрофильными боковыми цепями

Проанализируйте свойства высокомолекулярных поверхностно-активных веществ

Проанализируйте кинетику мицеллообразования

Сравните фазовое поведение ПАВ

Проанализируйте мицеллобразование димерных ПАВ

Определите взаимосвязь зависимости типа и размера мицелл от концентрации ПАВ

Проанализируйте зависимость процесса роста мицелл от типа ПАВ

Проанализируйте насыщенные мицеллярные растворы

Сравните полимеры, состоящие из чередующихся гидрофильных и гидрофобных блоков

Сравните поверхностно-активные полимеры

Сравните температурные аномалии, характерные для всех оксиэтилированных ПАВ и полимеров

Сравните самоассоциации ПАВ

Проанализируйте адсорбцию ПАВ на гидрофобных поверхностях

Проанализируйте адсорбцию ПАВ на гидрофильных поверхностях

Сравните влияние температуры и растворенных веществ на ККМ

Сравните зависимость ККМ от строения молекул ПАВ

Сравните температурная зависимость ККМ и размеров мицелл оксиэтилированных ПАВ

Сравните влияние температуры и растворенных веществ на ККМ

Оцените зависимость растворимости ПАВ от температуры

Оцените зависимость ККМ от строения молекул ПАВ

Оцените разнообразие систем, формируемых дифильными веществами

Оцените влияние ПАВ на микроструктуру микроэмульсий

Проанализируйте поверхностно-активные вещества с необычной структурой

Оцените полимеризующиеся ПАВ и их применение для создания покрытий

Оцените влияние природы ПАВ и поверхности твердого тела на адсорбцию ПАВ

Оцените адсорбции ПАВ на основе уравнения Ленгмюра

Оцените моделирование поверхности и методы определения адсорбции

Оцените измерение молекулярной самодиффузии

Оцените полиоксиэтиленовые цепи как гидрофильные части многих ПАВ и полимеров

Оцените солюбилизацию гидрофобных веществ в мицеллах

Сделайте прогноз воздействие ПАВ на окружающую среду

Оцените катионные и анионные ПАВ

Сделайте прогноз специальные поверхностно-активные вещества для экстремального снижения поверхностного натяжения

Оцените наполненные и ненаполненные нефтяные системы

Сделайте анализ на мицеллообразование поверхностно-активных веществ

Сделайте прогноз на новые поверхностно-активные вещества

Оцените природные ПАВ

Оцените роль химии растительных масел как источники сырья для получения ПАВ

Оцените роль нефтехимии для получения ПАВ

Объясните химию поверхностно-активных веществ

Амфифильные (дифильные) свойства молекул ПАВ

Термин «амфифил» часто используется как синоним ПАВ. Этот термин происходит от греческого слова amphi, означающего «оба». Его использование связано с тем, что молекулы всех ПАВ состоят по крайней мере из двух частей, одна из которых растворима в жидкости (лиофильная часть), а вторая - нерастворима (лиофобная часть). Если жидкость - вода, говорят о гидрофильных и гидрофобных частях молекулы соответственно. Гидрофильную часть обычно называют полярной группой или «головкой», а гидрофобную часть - радикалом или «хвостом» (рис. 1).

 

                               Гидрофильная «головка»    Гидрофобный «хвост»

                                                           

Рисунок 1. Схематическое изображение молекулы поверхностно-активного вещества

 

В мицелле гидрофобные группы находятся внутри агрегата (кластера), а полярные группы направлены в сторону растворителя. Поэтому мицелла представляет собой полярный агрегат, хорошо растворимый в воде, и сама не обладает заметной поверхностной активностью. При адсорбции ПАВ из водного раствора на гидрофобной поверхности молекула ПАВ обычно ориентируется гидрофобной частью к поверхности, а полярной группой к воде. Межфазная поверхность при этом становится гидрофильной, в результате межфазное натяжение уменьшается. Адсорбция на гидрофильных поверхностях часто приводит к возникновению более сложных агрегатов молекул ПАВ.

Гидрофобная часть молекулы ПАВ может быть линейной или разветвленной. Полярная группа, как правило, но не всегда присоединена к концу алкильной цепи, которая содержит обычно от 8 до 18 атомов углерода. Степень разветвления цепи, положение полярной группы и длина цепи - важнейшие параметры, определяющие физико-химические свойства ПАВ.

Полярная группа ПАВ может быть ионогенной (в этом случае молекула ПАВ содержит функциональную группу, способную к диссоциации) или неионогенной (в этом случае молекула ПАВ не имеет заряда при любых условиях), что в значительной мере определяет свойства ПАВ. Это позволяет классифицировать ПАВ на ионные и неионные. Размер полярной группы неионного ПАВ (НПАВ) может варьироваться в широких пределах. У ионных ПАВ размер полярной группы более или менее постоянен. Следует подчеркнуть, что физико-химические свойства ПАВ в растворе определяются соотношением размеров гидрофобной и полярной групп, а не их абсолютными размерами.

Обычно ПАВ содержит только одну полярную группу. Недавно возник заметный интерес к димерным ПАВ, содержащим два гидрофобных хвоста и две полярные группы, соединенные коротким мостиком (спейсером). Такие вещества пока не нашли практического применения, однако они обладают интересными физико-химическими свойствами. Эти ПАВ эффективно снижают поверхностное натяжение и имеют очень низкие значения ККМ. Для сравнения: ККМ обычного катионного ПАВ - бромида додецилтриметиламмония - равна 16 мМ, а ККМ соответствующего димерного ПАВ с двумя атомами углерода в мостике, соединяющем мономеры, составляет 0,9 мМ. Различие в величинах ККМ обычных и димерных ПАВ может иметь большое практическое значение.

Малоэффективные поверхностно-активные вещества, способные адсорбироваться на поверхности, но не образующие мицеллы, используются в качестве добавок во многие композиции ПАВ. Такие ПАВ относят к гидротропным веществам, они разрушают упорядоченную упаковку обычных ПАВ. Например, введение гидротропного вещества может предотвратить образование высоковязких жидкокристаллических фаз, возникновение которых часто создает существенные трудности при составлении композиций ПАВ. Ксилолсульфонат и кумолсульфонат - типичные представители гидротропных веществ, используемых в составе композиций многих моющих средств. Алкилфосфаты с короткими цепочками широко применяются в качестве гидротропов в композициях на основе длинноцепочечных этоксилированных спиртов.

 

 

2. Объясните адсорбцию поверхностно-активных веществ на межфазных границах

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) характеризуются ярко выраженной способностью адсорбироваться на поверхностях и на межфазных границах. Термин «межфазная граница» принято относить к границе между двумя несмешивающимися фазами, термин «поверхность» указывает на то, что одной из фаз является газ, как правило, - воздух. Таким образом, существует пять различных межфазных границ: твердое тело - пар (поверхность) твердое тело - жидкость (межфазная граница) твердое тело - твердое тело (межфазная граница жидкость - пар (поверхность) жидкость - жидкость (межфазная граница).

Движущей силой адсорбции ПАВ на поверхностях и на межфазных границах является снижение свободной энергии границы раздела фаз. Межфазная свободная энергия, отнесенная к единице площади, равна работе, которую необходимо совершить для увеличения поверхности. Вместо термина «межфазная свободная энергия на единицу площади» часто используют термин «межфазное натяжение». Так, поверхностное натяжение воды эквивалентно удельной свободной энергии границы между водой и воздухом. Если поверхность покрыта молекулами ПАВ, поверхностное натяжение (или работа, необходимая для увеличения межфазной границы) уменьшается. Чем плотнее упаковка молекул ПАВ на поверхности, тем больше снижение поверхностного натяжения.

Поверхностно-активные вещества могут адсорбироваться на любой из пяти границ раздела фаз, перечисленных выше. Примеры различных межфазных границ и системы, в которых такие границы играют важную роль, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Межфазные границы с участием жидкой фазы

Межфазная граница	Тип дисперсной системы, примеры
Твердое тело - жидкость Жидкость - жидкость Жидкость - пар	Суспензия Водо-основные краски Эмульсия Молоко, кремы Пена Крем для бритья

 

Во многих композиционных продуктах присутствуют одновременно несколько типов межфазных границ. Примерами могут служить водо-основные краски и красители для бумаги. С точки зрения коллоидной химии они представляют собой чрезвычайно сложные системы, в которых есть как межфазные границы твердое тело-жидкость (дисперсные частицы пигмента), так и жидкость-жидкость (капли латекса или какого-либо другого связующего материала). Кроме того, на стадии применения этих систем часто наблюдается пенообразование (что весьма нежелательно) с возникновением границы раздела жидкость-газ. Все межфазные границы при этом стабилизированы ПАВ и общая межфазная поверхность огромна. Межфазными границами масло-вода и твердое тело-вода, существующими в одном литре краски, можно покрыть поверхность нескольких футбольных полей.

Стремление ПАВ аккумулироваться на межфазных границах является их фундаментальным свойством. В принципе, чем сильнее эта способность, тем выше эффективность ПАВ. Степень концентрирования ПАВ на поверхности зависит от строения их молекул и от природы контактирующих фаз. Поэтому не существует универсального эффективного ПАВ, пригодного для любых систем. Выбор подходящего ПАВ определяется функциями, которые оно должно выполнять в данной системе. Эффективное ПАВ должно иметь низкую растворимость в жидких фазах. Некоторые ПАВ (включая поверхностно-активные макромолекулы) нерастворимы в воде и в неполярных жидкостях и локализуются только на межфазных границах. С такими веществами трудно работать, но они очень эффективно снижают межфазное натяжение.