2020-01-15
86
Самоорганизация поверхностно-активных веществ в растворе приводит к возникновению различных структур.
а) Сферические мицеллы, внутренняя часть которых состоит из углеводородных цепей, а на поверхности расположены полярные группы (изображены сферами), обращенные к воде. Сферические мицеллы характеризуются низким значением числа ПАВ (критический параметр упаковки, КПУ) и большой положительной самопроизвольной кривизной. Радиус углеводородного ядра близок к длине вытянутой алкильной цепи.
б) Цилиндрические мицеллы, внутренняя часть которых образована углеводородными цепями, а поверхность - полярными группами, обращенными к воде. Поперечное сечение углеводородного ядра по величине близко к поперечному сечению сферических мицелл. Длина мицелл может существенно изменяться, поэтому цилиндрические мицеллы полидисперсны.
в) Бислои ПАВ, образующие ламелярные жидкокристаллические фазы, в системах ПАВ-вода имеют толщину углеводородных прослоек - 80% от длины двух вытянутых алкильных цепей.
г) Обращенные мицеллы имеют водное ядро, окруженное полярными группами ПАВ. Алкильные цепи вместе с неполярным растворителем образует непрерывную среду. Как и обычные мицеллы, обращенные мицеллы могут превращаться в цилиндрические.
Системы, содержащие ПАВ, удобнее классифицировать на гомогенные (или однофазные) и гетерогенные (состоящие из двух или большего числа фаз). Общая классификация дифильных систем приведена в табл. 3.
Таблица 3. Общая классификация систем, формируемых дифильными веществами
| Системы | Примеры |
| Гомогенные системы Твердые фазы | Множество разнообразных структур |
| Жидкокристаллические фазы | Ламелярные; Гексагональные; Обращенные гексагональные; Кубические: известно несколько структур, которые можно подразделить на кубические с водной дисперсионной (непрерывной) средой, кубические с неполярной дисперсионной средой и биконтинуальные; «Промежуточные» и «деформированные» фазы, в том числе лиотропные нематические структуры |
| Изотропные растворы | Разбавленные и концентрированные мицеллярные растворы; Обращенные мицеллярные растворы; Микроэмульсии; Везикулярные дисперсии |
| Гетерогенные системы | Эмульсии; Суспензии; Везикулы, липосомы; Пены; Адсорбционные слои и другие пленки ПАВ; Гели |
Однофазные системы в свою очередь можно разделить на изотропные растворы, твердые и жидкокристаллические фазы. Для твердых кристаллических фаз характерны как дальний, так и ближний порядок, однако степень ближнего порядка зависит от вида фазы. Изотропные растворы характеризуются отсутствием порядка на ближних и дальних расстояниях, в то время как в жидкокристаллических фазах (или мезофазах) нет ближнего порядка, но есть определенный порядок на больших расстояниях. И в изотропных растворах, и в жидкокристаллических фазах состояние неполярной алкильной цепи можно отнести к «жидкообразному».
Проанализируйте воздействие ПАВ на окружающую среду
ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде, и те, которые не разрушаются и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде — понижение поверхностного натяжения. Например в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы. Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемые в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.
Мировое производство ПАВ постоянно возрастает, причем доля неионных и катионных веществ в общем выпуске все время увеличивается. В зависимости от назначения и химического состава ПАВ выпускают в виде твердых продуктов (кусков, хлопьев, гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей). Особое внимание все больше и больше уделяется производству ПАВ с линейным строением молекул, которые легко подвергаются биохимическому разложению в природных условиях и не загрязняют окружающую среду.
ПАВ находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Важнейшие области потребления ПАВ: производство мыл и моющих средств для технических и санитарно-гигиенических нужд; текстильно-вспомогательных веществ, т.е. веществ, используемых для обработки тканей и подготовки сырья для них; лакокрасочной продукции. П ПАВ используют во многих технологических процессах химических, нефтехимических, химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их применяют как присадки, улучшающие качество нефтепродуктов; как флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых; компоненты гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д. ПАВ облегчают механическую обработку металлов и др. материалов, повышают эффективность процессов диспергирования жидкостей и твердых тел. Незаменимы ПАВ как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий, паст, эмульсий, пен). Кроме того, они играют важную роль в биологических процессах и вырабатываются для «собственных нужд» живыми организмами. Так, поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав жидкостей кишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов растений.
