Определение адсорбции. Адсорбция на поверхности газ – жидкость (газраствор). Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества. Объясните механизм моющего действия мыла и моющих средств. (Решение → 14410)

Заказ №38747

Определение адсорбции. Адсорбция на поверхности газ – жидкость (газраствор). Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества. Объясните механизм моющего действия мыла и моющих средств.

Ответ:

Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза — жидкость, конденсированная фаза — газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесс, обратный адсорбции — десорбция. При адсорбции веществ на границе раздела фаз поверхностное натяжение может уменьшаться, повышаться или оставаться неизменным. Вещества, которые при адсорбции на границе раздела понижают ее поверхностное натяжение, называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). Такие вещества имеют тенденцию переходить из объема раствора на его поверхность, т. е. происходит их концентрирование на межфазной поверхности; для них Г > 0. Поверхностно-активные вещества, как правило, являются дифильными – они состоят из полярной и неполярной частей. Полярные части являются гидрофильными (имеют сродство к воде, молекулы которой также полярны). Полярные части органических ПАВ включают электрофильные атомы – O, N, S, P и др. (например, группы –OH, –COOH, –COH, =CO, –SH, SO2H, –PO3H). Неполярные части являются гидрофобными и обычно представляют собой углеводородные радикалы. При растворении таких дифильных молекул в воде термодинамически выгоднее оказывается их концентрирование на поверхности раствора, когда полярные части находятся в воде, а неполярные углеводородные «хвосты» ориентируются к воздушной фазе, молекулы которой также неполярны. Приведенные рассуждения справедливы не только для границы раздела водавоздух, но и для любых фаз, различающихся степенью полярности их молекул. В этом случае молекулы ПАВ ориентируются таким образом, чтобы их полярная часть была направлена в сторону фазы, образованной более полярными молекулами, а неполярная, соответственно, – в сторону фазы, образованной менее полярными молекулами. В результате описанного процесса энергия молекул, находящихся в поверхностных слоях (поверхностное натяжение), уменьшается. Поверхностно-активные вещества отличаются невысокой растворимостью как в полярных, так и в неполярных средах. В зависимости от способности к диссоциации в водных растворах ПАВ делятся на ионогенные (электролиты) и неионогенные (неэлектролиты). В свою очередь ионогенные ПАВ подразделяются на анионные, катионные и амфолитные (амфотерные). Анионные ПАВ диссоциируют в воде с образованием поверхностноактивного аниона. К ПАВ этого типа, составляющего большую часть мирового производства всех поверхностно-активных веществ, относятся: а) карбоновые кислоты и их соли (мыла) общей формулы RCOOM (где М – металл), например, пальмитат натрия C15H31COONa, стеарат натрия C17H35COONa, олеат натрия C17H33COONa; б) алкилсульфаты ROSO2OM; в) алкиларилсульфонаты R–С6Н4–SO2OM и др. В качестве ПАВ широкое практическое применение находят соли синтетических жирных кислот фракции С10 – С17, заменяющие кислоты растительного и животного происхождения. Катионные ПАВ диссоциируют в воде с образованием поверхностноактивного катиона. К ним относятся: а) соли первичных, вторичных и третичных алифатических и ароматических аминов; б) соли алкилазамещенных аммониевых оснований. Катионные ПАВ – наиболее токсичные, а биоразлагаемость их зависит от разветвленности углеродного скелета, наличия ароматических фрагментов и других факторов. Их часто используют в качестве бактерицидных, фунгицидных, дезинфицирующих веществ, ингибиторов коррозии. Амфотерные ПАВ содержат две функциональные группы (одна из них имеет кислый, а другая основной характер), например, карбоксильную и аминную группы. В зависимости от рН среды амфолитные ПАВ проявляют анионоактивные или катионоактивные свойства. Неионогенные ПАВ не диссоциируют в растворах на ионы. Они обычно представляют собой смесь гомологов с различной длиной полиоксиэтиленовой цепи общей формулы RO(CH2CH2О)nH, где R – углеводородный радикал. Вещества, которые увеличивают поверхностное натяжение, называют поверхностно-инактивными веществами (ПИВ). Они обычно представляют собой низкомолекулярные органические или неорганические электролиты (соли, кислоты, щелочи), которые диссоциируют на ионы, имеющие высокое сродство к воде. Такие ионы стремятся уйти с поверхности раствора в объем; для них гиббсовская адсорбция отрицательна, т. е. Г < 0. Особенностью ПИВ является их высокая растворимость в сильнополярных средах (воде). Возможны также случаи, когда растворенное вещество практически не влияет на поверхностное натяжение раствора, оно равномерно распределяется между объемом и поверхностью раствора. Такие вещества называют поверхностно-неактивными веществами (ПНВ). Пример ПНВ – раствор сахара в воде.