Материал: 1_metodichka_po_khimii

поверхностно-неактивные вещества. Правило Траубе

Вещества, добавление которых к растворителю уменьшает поверх-

ностное натяжение, называют поверхностно-активными (ПАВ). Веще-

ства, добавление которых увеличивает или не изменяет поверхностное натяжение, называют поверхностно-инактивными.

Рассмотрим поверхностно-активные, или дифильные (двояколюбя-

щие), вещества. Поверхностно-активные вещества состоят из двух частей

(рис. 6.5): полярной; неполярной.

Рис. 6.5. Строение поверхностно-активных веществ

ПАВ являются следующие классы веществ:

спирты R-OH;

альдегиды R-COH;

карбоновые кислоты R-COOH.

Углеводородные радикалы (CH3-; C2H5-; C17H35- и т.д) представляют со-

бой неполярную часть поверхностно-активного вещества, которая может быть как угодно длинной.

Функциональные группы – COH, COOH представляют полярную часть поверхностно-активного вещества (ПАВ). Примеры ПАВ: олеиновая кис-

лота (С17H33COOH), натриевая соль стеариновой кислоты (C17H35COONa,

мыло).

Молекулы ПАВ менее полярны, чем молекулы воды. Благодаря этому взаимодействие молекул воды между собой сильнее, чем молекул воды с молекулами ПАВ. В результате молекулы ПАВ будут вытесняться из рас-

твора в поверхностный слой. Повышение концентрации третьего вещества в поверхностном слое, в частности, молекул ПАВ, приводит к понижению

161

поверхностного натяжения (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Предельная ориентация молекул поверхностно-активных веществ в поверхностном слое

Исследуя поверхностное натяжение водных растворов органических веществ, Траубе и Дюкло установили для гомологических рядов поверх-

ностно-активных веществ следующее эмпирическое правило:

В любом гомологическом ряду при малых концетрациях удлинение углеродной цепи на одну группу СН2 увеличивает поверхностную актив-

ность в 3−3,5 раза.

Изменение поверхностного натяжения под действием ПАВ влияет на смачиваемость твердых тел жидкостью. Например, для очистки тканей

(стирка, чистка) или металлов от жировых загрязнений применяют ПАВ.

ПАВ позволяет разделить пустую породу и руду при флотации руд.

Ионные ПАВ применяются в хирургии в качестве антисептиков. Меха-

низм молекулярной адсорбции лежит в основе гемосорбции – очищении крови от токсических веществ с помощью различных адсорбентов.

6.4. Дисперсные системы и их классификация

Дисперсные системы, рассматриваемые в коллоидной химии, гетеро-

генны, поэтому состоят как минимум из двух фаз. Одна из них является сплошной и называется дисперсионной средой. Другая фаза раздроблена и распределена в первой; её называют дисперсной фазой.

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на опре-

делении агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Сочетания трёх агрегатных состояний (твёрдое, жидкое и газообразное)

позволяют выделить девять типов дисперсных систем (табл.6.1). Для крат-

162

кости их условно обозначают дробью, числитель которой указывает на аг-

регатное состояние дисперсной фазы, а знаменатель – дисперсионной сре-

ды, например обозначение Т/Ж показывает, что система состоит из твёр-

дой дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды (твёрдое в жидко-

сти).

Табл. 6.1.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз

Одно из девяти сочетаний Г/Г не может соответствовать коллоидной системе, так как газы в обычных условиях при любых концентрациях дают истинные растворы (при очень высоких давлениях некоторые газовые си-

стемы образуют гетерогенные системы). Однако газовые смеси могут про-

163

являть отдельные свойства гетерогенно-дисперсных систем благодаря не-

прерывным флуктуациям плотности и концентрации, вызывающим неод-

нородности в системе. Рассматривая жидкие растворы с молекулярной степенью дисперсности, к гетерогенно-дисперсным системам можно отне-

сти растворы полимеров. Размеры макромолекул могут превышать разме-

ры обычных коллоидных частиц. Эти системы обладают многими свой-

ствами, характерными для типичных гетерогенно-дисперсных систем. Они как бы связывают в единое целое все дисперсные системы и указывают на непрерывность перехода от истинных молекулярных растворов к гетеро-

генным дисперсным системам.

Все дисперсные системы также можно разделить на два класса по

кинетическим свойствам дисперсной фазы: свободнодисперсные систе-

мы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связнодисперсные системы – системы с твердообразной дисперсионной средой, в которой частицы дис-

персной фазы не могут свободно перемещаться.

И еще эти системы классифицируют по степени дисперсности. Сво-

боднодисперсные системы подразделяют на ультрамикрогетерогенные,

размер частиц которых лежит в пределах от 10-9 до 10-7 м (от 1 до 100 нм),

микрогетерогенные с размером частиц от 10-7 до 10-5 м (от 0,1 до 10 мкм) и

грубодисперсные с частицами, размеры которых превышают 10-5 м.

Ультрамикрогетерогенные системы часто называют истинно кол-

лоидными или просто коллоидными, так как раньше только такие системы считались объектом коллоидной химии. С ростом числа молекул в частице она постепенно приобретает все свойства фазы. В современной литературе малоконцентрированные свободнодисперсные ультрамикрогетерогенные системы чаще называют золями (нем. Sole от лат. solutio – раствор). Среди них различают аэрозоли – золи с газообразной дисперсионной средой; лио-

золи – золи с жидкой дисперсионной средой (греч. lios – жидкость). В за-

висимости от природы среды лиозоли называют гидрозолями (вода), орга-

нозолями (органическая среда) или, более конкретно, алкозолями (спирты)

164

и т.д.

Cвязнодисперсные (структурированные) системы с жидкой диспер-

сионной средой называют гелями.

К микрогетерогенным системам относят суспензии (Т/Ж), эмуль-

сии (Ж/Ж), пены (Г/Ж), порошки (Т/Г). Эти системы имеют большое зна-

чение в промышленности.

Из грубодисперсных систем наиболее распространены системы Т/Г (песок, щебень и др.).

По характеру взаимодействия между частицами дисперсной фа-

зы и дисперсионной среды системы делят на лиофобные коллоиды и

лиофильные коллоиды.

Клиофобным коллоидам относятся системы:

со слабым взаимодействием (или его отсутствием) частиц дисперс-

ной фазы с дисперсионной средой;

с низкой смачиваемостью частиц вещества дисперсионной средой;

несамопроизвольностью диспергирования;

устойчивостью лишь в присутствии стабилизатора;

с особой структурой частиц, составляющих дисперсную фазу - ми-

целлами.

К лиофильным коллоидам относятся системы:

образующиеся самопроизвольно;

термодинамически устойчивые;

характеризующиеся сильным межфазным взаимодействием частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой.

6.5.Получение лиофобных коллоидных растворов.

Образование и строение мицелл

Так как по размерам частиц коллоидные системы занимают промежу-

точное положение между грубодисперсными и молекулярными системами,

165