Характеристика процесса смачивания
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
по массе) ПАВ могут снижать поверхностное натяжение воды на границе с воздухом с 72,810-3 до 2510-3 Дж/м2, т.е. практически до поверхностного натяжения углеводородных жидкостей. Аналогичное явление имеет место на границе водный раствор ПАВ - углеводородная жидкость, что создает предпосылки для образования эмульсий .
В зависимости от состояния ПАВ в растворе условно различают истинно раствориримые (молекулярно-диспергированные) и коллоидные ПАВ. Условность такого разделения состоит в том, что одно и то же ПАВ может относиться к обеим группам в зависимости от условий и химической природы (полярности) растворителя. Обе группы ПАВ адсорбируются на фазовых границах, т. е. проявляют в растворах поверхностную активность, в то время как объемные свойства, связанные с возникновением коллоидной (мицеллярной) фазы, проявляют лишь коллоидные ПАВ. Указанные группы ПАВ отличаются значением безразмерной величины, которая называется гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) и определяется отношением:
(14)
где -сродство (свободная энергия взаимодействия) неполярной части молекулы ПАВ к углеводородной жидкости (b-безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ),
-свободная энергия взаимодействия в раiете на одну группу CH2, v-число групп CH2 в углеводородном радикале,сродство полярной группы к воде.
Для коллоидных ПАВ>bm или ,
где индексы m соответствуют минимальным значениям сродства, при котором начинают проявляться коллоидные свойства ПАВ. Минимальное число углеродных атомов в радикале для разных видов коллоидных ПАВ лежит в пределах 8-12, т.е. коллоидные ПАВ имеют достаточно большой углеводородный радикал. Вместе с тем коллоидные ПАВ должны обладать и истинной растворимостью в воде, т.е. полярность гидрофильной группы также должна быть достаточно высокой. Этому соответствует условие:
(15)
В начале 60-х гг. 20 века Д. Девисом была разработана шкала ГЛБ со значениями от О до 40. ПАВ с липофильными свойствами имеют низкие значения ГЛБ, с гидрофильными-высокие. Каждой группе атомов, входящей в молекулу ПАВ, приписывается групповое число. При сложении этих чисел получают ГЛБ по формуле:
ГЛБ = гидрофильных групповых чисел + 4- гидрофобных групповых чисел + 7. (16)
Хотя понятие о ГЛБ является достаточно формальным, оно позволяет определять области применения ПАВ. Так, для образования эмульсий вода/масло ГЛБ лежит в пределах 3-6, эмульсий масло/во да-8-16, для смачивателей-7-9, для моющих средств-13-15.
Поверхностная активность ПАВ, относящихся к разным группам, определяется по-разному. Для истинно растворимых ПАВ она равна максимальному значению производной
(17)
и измеряется по начальному участку изотермы адсорбции s(c)при с0 (Г-число молей ПАВ, адсорбированных единицей поверхности, R-газовая постоянная, T-абсолютная . температура). Для коллоидных ПАВ поверхностная активность Gмин = (s0 - sмин)/смин, где s0 - поверхностное натяжение чистого р-рителя, sМИH-наименьшее (постоянное) значение s, а смин-соответствующая этому значению концентрация ПАВ. Дальнейшее введение в р-р ПАВ приводит к увеличению числа мицелл, а концентрация молекулярно-диспергированного ПАВ остается постоянной. Величина смин- критическая концентрация мицеллообразования (KKM). Она определяется как концентрация ПАВ, при которой в растворе возникает большое число мицелл, находящихся в термодинамическом равновесии с молекулами (ионами), и резко изменяются свойства раствора (электропроводность, поверхностное натяжение, вязкость, светорассеяние и т.д.). [5]
6. Классификация ПАВ
В данной работе описывается классификация, принятая на III Международном конгрессе по ПАВ и рекомендованная Международной организацией по стандартизации (ISO)в 1960. Она основана на химической природе молекул и включает четыре основных класса ПАВ: анионактивные, катионактивные, неионогенные и амфотерные. Иногда выделяют также высокомолекулярные (полимерные), перфторированные и кремнийорганические ПАВ, однако по химической природе молекул эти ПАВ могут быть отнесены к одному из вышеперечисленных классов.
.1 Анионактивные ПАВ
Анионактивные ПАВ содержат в молекуле одну или нескольких полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Это группы: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), где M-металл (одно-, двух- или трехвалентный). Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими цепями или алкилароматическими радикалами. Выделяют 6 групп анионактивных ПАВ.
1) Производные карбоновых кислот (мыла ): RCOOM, ROOC (СН2)nСООМ,
H4 (СН2)nСООМ, RCH=CH - (СН2)nСООМ.
) Первичные и вторичные алкилсульфаты ROSO3M, R'R:CHOSO3M, алкиларилэтилсульфаты RC6H4C2H4OSO3M, алкилциклогексилэтилсульфаты RC6H10C2H4OSO3M и т.п.
)Алкил- и алкилбензолсульфонаты, сульфонаты сложных эфиров моно- и дикарбоновых кислот: RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M.
) Сульфо- и карбоксиэтоксилаты спиртов, сульфоэтоксилаты карбоновых кислот, сульфоэтоксилаты алкилфенилэтиловых спиртов, диметаллические соли сульфоянтарной кислоты, соли сульфатов непредельных кислот: RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M,
CH (COOM) SO3M, RCH (OSO3M)=CH (CH2)n-COOM.
) Азотсодержащие ПАВ: амидосульфонаты RCONR'-R:-SO3M, амиды сульфокарбоновых кислот RR'NOC-R:-SO3M, амидосульфаты RCONR'- R:-OSO3M, амидокарбоксилаты RCO(NH-R'-CO)nOM, вещества с карбокси- и сульфогруппами RCON