Поверхностно-активные вещества

Дифильные вещества обладают замечательным качеством. Они являются своего рода «мостиками», при помощи которых становится возможным взаимодействие фаз, до этого «игнорировавших» друг друга.

Действие таких веществ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и приводит к ативности сами вещества фаз, которые до этого момента не взаимодействовали. Возможно, что по этой причине такие вещества называются поверхностно-активными веществами (сокращённо ПАВ).

Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах моющих средств или стабилизаторов эмульсий.

Моющие средства

Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.

В моющих средствах ПАВы работают следующим образом.

Молекула ПАВ – это дифильная молекула, имеющая в своём составе, как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Таким образом, своим гидрофобным хвостом она может взаимодействовать с молекулами загрязнения, а при помощи своей полярной группы связывается с полярной молекулой воды.

Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения.

Говоря по-другому,молекулы ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое загрязнения и снижают силы поверхностного натяжения между его молекулами. Это, в свою очередь, облегчает возможность отрыва отдельных кусочков загрязнения от основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.

Самые известные моющие средства – мыла. Мыла представляют собой натриевые и калиевые соли жирных кислот (натриевые – твёрдые, калиевые – жидкие).

Формула мыла СН3(СН2)nCOONa.

Стабилизаторы эмульсий.

Эму́льсия — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Дисперсная фаза и дисперсионная среда – это две фазы жидкостей, имеющих разную природу, и по этой причине, не растворяющиеся один в другом, отторгающие друг друга.

Если уже знакомые нам воду и масло тщательно перемешать друг с другом при помощи миксера, то они образуют дисперсную систему, в которой маленькие частички воды будут соседствовать с частичками масла.

Но эта дисперсная система просуществует недолго. По уже известным нам причинам произойдёт расслоение фаз. Частички воды и масла будут укрупняться, соединяясь с себе подобными. Через некоторое время произойдёт образование двух монолитных фаз: масло вверху, вода внизу. Так что такую систему нельзя назвать дисперсной.

Чтобы дисперсная система состоялась, в её состав добавляют специальные вещества –стабилизаторы эмульсий или эмульгаторы.

Эмульгаторы представляют собой поверхностно активные вещества.

Представим себе эмульсию типа «масло в воде». В такой эмульсии микроскопические капельки масла будут распределены в объёме воды.

Эмульгатор, присутствующий в эмульсии, состоит из молекул дифильной природы. Своими гидрофобными хвостами молекулы эмульгатора будут взаимодействовать с молекулами масла. В результате этого взаимодействия вытянутые молекулы эмульгатора приобретут чёткую ориентацию: гидрофобные хвосты внутрь, полярные группы наружу.

Такое образование, напоминающее свернувшегося ежа, называется мицеллой.

Наружная поверхность мицеллы будет образована полярными (гидрофильными) группами эмульгатора. А эти группы, как мы знаем, могут взаимодействоать с молекулами воды, притягивая к себе противоположно заряженные части этих молекул.

Эта конструкция позволяет эмульсии избежать расслоения и в течение долгого времени сохраняет её стабильной.

Взаимодействие жидкости и твёрдых поверхностей. Смачивание.

Смачивание

Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем вынуть её, то ртути на ней не окажется. Если же эту палочку опустить в воду, то после вытаскивания на её конце останется капля воды.

Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стекла, а молекулы воды притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость называется смачивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость называется несмачивающей это вещество.

Ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.

Вода в виде капли росы не смачивает лист растения, покрытый растительным воском.

Краевой угол

Если на горизонтально расположенную плоскую пластинку из какого-либо твёрдого вещества капнуть жидкость, то капля расположится либо так, как показано на рис. № 1, либо так, как показано на рис. № 2.

В первом случае жидкость не смачивает, а во втором смачивает. Отмеченный на рисунке угол Ө называется краевым углом.

Краевой угол образуется плоской поверхностью твёрдого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, проходящеё через точку А, где граничит твёрдое тело, жидкость и газ. Внутри краевого угла всегда находится жидкость.

Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для несмачивающих – тупой.

Поскольку краевой угол сохранится при вертикальном положении твёрдой поверхности, то смачивающая жидкость у краёв сосуда, в который она налита, приподнимается, а несмачивающаяся – опускается.

Мерой смачивания обычно служит косинус краевого угла, т.е. cos Ө, который положителен для смачивающих жидкостей и отрицателен для несмачивающих.

При полном смачивании cos Ө = 1. В этом случае жидкость растекается по всей поверхности твёрдого тела. Получить на горизонтальной поверхности каплю при полном смачивании нельзя.

Примером полного смачивания служит смачивание стекла водой.

При полном несмачивании Ө = -1. Маленькая капля жидкости на горизонтальной поверхности твёрдого тела в этом случае должна иметь форму шара.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Что такое ПАВ?

Строение ПАВ