Коллоидные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ)

1. КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (ПАВ)

2.

К ПАВ относятся органические вещества,
молекулы которых дифильны, то есть состоят
из полярной группы (-NН2, -ОН, -СООН, COONa, т.д.) и неполярного углеводородного
радикала. ПАВ - это спирты, амина, кислоты и
их соли. Полярная группа сообщает
молекуле гидрофильные свойства и
определяет ее способность растворяться в
воде или других полярных растворителях.
Углеводородный радикал проявляет
гидрофобные свойства, обеспечивая
растворимость ПАВ в углеводородах.

3.

Поверхностно-активные вещества
можно разделить на две группы:
1. Истинно растворимые в воде ПАВ.
Полярные группы этих молекул
недостаточно гидрофильны, а
углеводородные радикалы невелики.
При любой концентрации они находятся
в виде молекулярного раствора.

4.

2.Коллоидные ПАВ. Молекулы
обладают полярными группами
высокой гидрофильности и достаточно
большими углеводородными
радикалами (число атомов углерода
>10). Коллоидные ПАВ характеризуются
небольшой истинной растворимостью
(10-5до10-3 моль/л) и высокой
поверхностной активностью.

5.

Различают ионогенные
(диссоциирующие) коллоидные ПАВ.
Ионогенные ПАВ могут быть
анионактивные – диссоциируют с
образованием поверхностно-активного
аниона, например, мыла
−
+
RCOOMe→RCOOM + M (олеат натрия,
соли алкилсерной кислот, соли
алкиларилсерной кислот.

6.

катионоактивные соли аминов [RN+
H3]Cl− диссоциируют с образованием
поверхностно-активного катиона
Амфотерные содержат две
функциональные группы – одну
кислотную, другую основного
характера (алкиламинокислоты
RNH2COOH). В зависимости от рН
среды обладают анионоактивными
или катионоактивными свойствами.

7.

Неионогенные коллоидные ПАВ не
диссоциируют в воде на ионы.
Представлены оксиэтилированными
спиртами, фенолами,
аминоспиртами. Гидрофильной
частью этих ПАВ является
полиоксиэтиленовая цепь.
Плюроники (проксанолы) H(OC2H4)4-(OC3H6)3-(OC2H4)2-OH.

8.

Основные свойства коллоидных ПАВ:
высокая поверхностная активность,
способность к самопроизвольному
мицеллообразованию, способность к
солюбилизации - (резкому увеличению
растворимости веществ в растворах
коллоидных ПАВ вследствие их
внедрения вглубь мицеллы), высокая
способность стабилизировать
дисперсные системы.

9.

Высокая поверхностная активность
зависит от длины углеводородного
радикала. Увеличение длины на одну
группу СН2 приводит к возрастанию
поверхностной активности в 3,2 раза
(правило Дюкло-Траубе). Это правило
соблюдается в основном для истинно
растворимых ПАВ. Для органических сред
это правило обращается, то есть с
увеличением длины углеводородного
радикала поверхностная активность
уменьшается.

10.

При концентрациях, превышающих
некоторую критическую
концентрацию, которая называется
Критической Концентрацией
Мицеллообразования (ККМ) растворы
таких ПАВ приобретают коллоидный
характер вследствие образования
ассоциатов молекул (мицелл).

11.

При концентрациях ПАВ, несколько
превышающих ККМ, образуются
сферические мицеллы.
С ростом концентрации ПАВ при
концентрации больше ККМ наряду с
увеличением концентрации
сферических мицелл постепенно
происходит и изменение их формы с
увеличением числа ассоциации

12.

При концентрациях, больших ККМ,
возможно образование нескольких
типов мицелл:
сферическая→ эллипсоидальная
(дискообразная) → цилиндрическая →
ленточная → пластинчатая.
Затем коллоидный раствор ПАВ
превращается в гель.

13.

Гель – это коагуляционная структура
в виде объемной сетки из
соединенных молекул ПАВ с
характерными механическими
свойствами, такими как пластичность,
прочность.
Мицеллы ПАВ образуются
самопроизвольно и система остаётся
термодинамически равновесной.

14.

В водной среде образуются прямые
мицеллы. Термодинамическая
устойчивость таких мицелл связана с
тем, что контакт гидрофобных
неполярных групп ПАВ с водой
уменьшается из-за формирования
углеводородного ядра,
экранированного полярными
группами ПАВ и их гидратными
оболочками.

15.

В случае ионогенных ПАВ вокруг
мицеллы формируется двойной
электрический слой и взаимодействие
таких мицелл носит
электростатический характер.
Мицеллы ионногенных ПАВ
заряжены, что проявляется в их
электрофоретической подвижности.

16.

В неполярных растворителях
ориентация молекул ПАВ
противоположная, углеводородные
радикалы обращены в сторону
родственной им неполярной среды.
Мицеллообразование в неводных
средах - результат действия сил
притяжения между полярными
группами ПАВ и взаимодействия
радикалов с молекулами растворителя.

17.

Величина ККМ зависит от:
1. длины и степени разветвления
углеводородного радикала;
2. присутствия электролита;
3. органического растворителя;
4. соотношения между
гидрофильными и гидрофобными
свойствами ПАВ.

18.

Значение ККМ уменьшается с
ростом длины углеводородного
радикала ПАВ, т.к. при этом
уменьшается истинная
растворимость ПАВ.

19.

Введение электролитов в водные
растворы неионногенных ПАВ слабо
влияет на ККМ и размер мицеллы. Для
ионногенных ПАВ это влияние
существенно. С ростом концентрации
электролита мицеллярная масса
ионногенных ПАВ растет. Снижается
ККМ из-за уменьшения растворимости
молекул ПАВ.

20.

Введение органических
растворителей приводит к изменению
ККМ. Если молекулы растворителя не
входят внутрь мицеллы, то они
увеличивают ККМ вследствие
усиления растворяющей способности
среды. При наличии солюбилизации
устойчивость мицелл повышается, то
есть уменьшается ККМ.

21.

С увеличением сродства молекул
ПАВ к растворителю (их лиофильность)
устойчивость мицелл уменьшается и
увеличивается ККМ: молекулам ПАВ
труднее собраться в мицеллу.

22.

Методы измерения ККМ
1. Кондуктометрический (измерение
эквивалентной проводимости
раствора ионогенного ПАВ).
2. Сталагмометрический (измерение
величины поверхностного натяжения
для ионогенных и неионогенных
ПАВ).
3. Другие методы ( основанные на
измерение осмотического давления,
показателя преломления).

23.

Солюбилизация.
Солюбилизация - это специфическое
свойство растворов коллоидных
ПАВ, связанное с включением в состав
мицелл другого компонента.
В присутствии мицелл ПАВ резко
увеличивается растворимость тех
веществ, которые в этой жидкости
нерастворимы, например, растворение
жиров, бензина в водном растворе
мыла.

24.

Вещества которые растворяются
называются солюбилизатами, а
коллоидные ПАВ солюбилизаторами.
Ионогенные ПАВ обладают большей
способностью к солюбилизации по
сравнению с неионогенными.

25.

Различают прямую солюбилизацию
(в водных дисперсиях ПАВ) и обратную
солюбилизацию (в углеводородных
средах). В первом случае,
гидрофобное ядро прямой мицеллы
«растворяет» неполярные вещества,
а во втором, в гидрофильном ядре
мицеллы концентрируются полярные
вещества.

26.

Способ включения молекул
солюбилизата в мицеллы зависит от
природы вещества: неполярные
углеводороды располагаются в
углеводородных ядрах мицелл,
полярные - встраиваются в мицеллу
между молекул ПАВ так, чтобы их
полярные группы были обращены к
воде.

27.

Солюбилизирующая способность ПАВ
зависит от:
- длины УВ радикала (с увеличением
длины солюбилизирующая
способность увеличивается)
- концентрации ПАВ (с увеличением
концентрации увеличивается)
- молярной массы солюбилизата (с
уменьшением М.м. увеличивается)
- полярности солюбилизата (с
увеличением полярности увеличивает.

28.

Явление солюбилизации играет
важную роль в биологии и медицине.
Сферические бислойные мицеллы липосомы, образующиеся в системе
вода-фосфолипид, обеспечивают в
организме транспорт веществсолюбилизатов.
Использование лекарств ,
солюбилизированных в мицеллах
коллоидных ПАВ (инкапсулированные
формы лекарств).

29.

Катионные и анионные ПАВ применяют в
хирургии в качестве антисептиков.
Например, четвертичные аммониевые
соединения приблизительно в 300 раз
эффективнее фенола по губительному
действию в отношении микроорганизмов.
Антимикробное действие ПАВ связывают с
их влиянием на проницаемость клеточных
мембран, а также ингибирующим действием
на ферментативные системы
микроорганизмов.

30.

В основе моющего действия ПАВ лежат
следующие коллоидно-химические
процессы: смачивание, адгезия,
адсорбция, пептизация, солюбилизация,
эмульгирование, суспендирование,
пенообразование.

31.

В присутствии ПАВ улучшается
смачивание. Происходит растворение
грязи в мицеллах ПАВ (солюбилизация),
Высокая агрегативная и
седиментационная устойчивость
оторванных частиц грязи препятствует их
оседанию и прилипанию к поверхности,
Образование пены приводит к флотации
грязи.