Строение адсорбционных слоев ПАВ

Чтобы получить представление о строении адсорбционного слоя на поверхности раздела фаз, рассмотрим результаты исследования строения пленок, образуемых при нанесении на поверхность воды различных жидкостей, малорастворимых в воде.

Мономолекулярные пленки на поверхности воды могут находиться в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом. Жидкие и твердые поверхностные пленки называются также конден-сированными пленками. Агрегатное состояние мономолекулярной пленки определяется молекулярными силами, действующими между молекулами пленки.

Газообразные поверхностные пленки. Если силы, действующие между молекулами в пленке, сравнительно невелики, то молекулы ПАВ при достаточно большой поверхности воды стремятся рассеяться по ней и удалиться друг от друга на возможно большие расстояния. В результате теплового движения молекулы все время перемещаются по поверхности воды независимо друг от друга, что обуславливает поверхностное давление, действующее в направлении, противоположном поверхностному натяжению. Такую пленку (термин «пленка» в данном случае применяется условно) с полным основанием можно считать двухмерным газом, поскольку молекулы не могут оторваться от воды, и вынуждены двигаться только в двух измерениях (рис. 9.19, а).

Вещества, образующие на воде газообразные пленки, – это органические соединения с дифильными молекулами (ПАВ), имеющими углеводородный радикал с числом атомов углерода в цепи не меньшим 12 и не большим 20-22. К ним относятся алифатические спирты, амины, жирные кислоты.

Конденсированные (жидкие и твердые) пленки. Если тангенциально действующие силы между углеводородными радикалами молекул ПАВ в поверхностной пленке велики, то молекулы слипаются и образуют крупные конденсированные «острова», в которых тепловое движение молекул сильно затруднено. В таких «островах» молекулы ориентируются относительно друг друга (рис. 9.19, б), или образуют своеобразный «частокол» (рис. 9.19, в). Отдельные молекулы, конечно, могут отрываться от этих «островов» и заполнять поверхность в виде разреженной газообразной пленки. Такое явление аналогично испарению жидкости или сублимации твердого тела.

Веществами, образующими в воде конденсированные пленки, являются дифильные молекулы ПАВ, имеющие длинные (20-24 атомов углерода) углеводородные радикалы (они увеличивают силы сцепления между молекулами).

Таким образом, молекулы ПАВ (карбоновые кислоты, их соли) способны образовывать на поверхности раздела «полярная среда – неполярная среда» мономолекулярные пленки (адсорбционные слои).

Толщина этого слоя ничтожна, но достаточна, например, для того, чтобы заметным образом замедлить испарение воды. Нефть, разлившаяся по поверхности океана, резко уменьшает испарение воды с его поверхности. Древнегреческие мореплаватели использовали это свойство для «усмирения» шторма: оливковое масло, выливаемое в море как жертвоприношение Посейдону, покрывало поверхность воды тонким слоем и предотвращало образование опасных гребней на волнах. На образовании мономолекулярных пленок основана технология изготовления осветляющих покрытий оптических стекол. Мономолекулярные пленки используются в квантовой оптике и других областях науки и техники.

 

Поверхностная активность

Величину, характеризующую изменение поверхностного натяжения воды с изменением концентрации поверхностно-активного вещества, принято называть поверхностной активностью.

g = – (9.32)

Поверхностная активность показывает, как быстро изменяется поверхностное натяжение раствора с ростом концентрации ПАВ в растворе. Поверхностная активность карбоновых кислот и их солей зави-сит от длины углеводородной цепи молекулы. Согласно эмпирическому правилу Дюкло – Траубе: увеличение углеводородной части молекулы карбоновой кислоты на одно звено – СН₂ – повышает поверхностную активность в 3-3, 5 раза. На рис. 9.20 приведены изотермы поверхностного натяжения некоторых гомологов карбоновых кислот.

 

Рис.9.20. Изотермы поверхностного натяжения карбоновых кислот

 

Правило Траубе соблюдается и для других гомологичских рядов: спиртов, аминов и других.

Ленгмюр определил, что правило Траубе справедливо лишь при свободном расположении адсорбированных молекул в адсорбционном слое.

Исследование водных растворов жирных кислот показало, что для них зависимость поверхностного натяжения от концентрации выражается эмпирическим уравнением Шишковского (1908):

, (9.33)

где Ds = (s₀ – s) – разность поверхностных натяжений чистого растворителя и раствора соответственно; С – концентрация растворенного вещества; В и К – эмпирические постоянные (при этом значение В одинаково для всего гомологического ряда, а К увеличивается в 3-3, 5 раза для каждого следующего члена гомологического ряда в соответствии с правилом Траубе).

⇐ Предыдущая88899091929394959697Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Спинной мозг: строение и функции
2. VI. Ранние послания апостола Павла
3. А в шлемофоне раздался голос Павла Головачева, который кружился рядом в немыслимой огненной карусели с несколькими «мессерами».
4. Амет-хан задумчиво оглядел всех. Действительно, 50 лет для летчика, тем более испытателя, возраст не маленький. Он почувствовал, что многие из его друзей думают так же, как Павел Головачев.
5. Апреля 2016, Павел Яковлев: Мы гарантируем отсутствие вредного воздействия на здоровье жителей Нивенского
6. Библия «Новый Завет», апостол Павел в Послании к Колоссянам (гл. 3).
7. Внутреннее строение кристаллов и основные типы
8. Вопрос 2. Пассивные окраины континентов:строение и состав осадочных формаций.
9. Выявление функций проектируемой службы и построение «дерева функций»
10. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ШАХТНОГО ПОЛЯ
11. Геологическое строение Санкт-Петербурга
12. Гистологическое строение нейрона