ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Управление смачиванием с помощью поверхностно-активных веществ из "Физико-химические основы смачивания и растекания" Поверхностно-активными веществами (сокращенно ПАВ) называются вещества, которые могут адсорбироваться на поверхности раздела фаз, снижая ее поверхностное натяжение (см., например, [31, 117]). Большинство современных методов управления смачиванием в различных технологических и природных процессах основано на применении соответствующих ПАВ. [c.164] Влияние ПАВ на смачивание определяется прежде всего химической природой (составом) контактирующих веществ и самого ПАВ. Вместе с тем большую роль играют и многие другие факторы температура, скачок электрического потенциала на границе раздела фаз, особенности реальной структуры твердой поверхности и т. п. Как правило, ПАВ влияют не только на равновесные краевые углы, но и на гистерезис смачивания и скорость растекания смачивающей жидкости по твердой поверхности. По масштабам практических приложений, а также по разнообразию свойств различных систем влияние ПАВ на смачивание представляет в целом весьма большую и сложную проблему физической химии поверхностных явлений. В рамках данной книги полное изложение этой проблемы не представляется возможным. Поэтому в данной главе рассматриваются в основном сравнительно простые, но вместе с тем и весьма распространенные случаи, когда смачивающие жидкости имеют сравнительно низкое поверхностное натяжение (вода, органические растворители). [c.164] Влияние ПАВ на смачивание во многом зависит от того, на какой поверхности раздела фаз, участвующих в смачивании, происходит их адсорбция. На практике часто встречаются следующие случаи. [c.164] Таким образом, влияние ПАВ на смачивание определяется в значительной мере физико-химическими закономерностями адсорбции ПАВ из растворов на поверхностях раздела фаз, участвующих в смачивании. [c.165] По отношению к воде на границе с воздухом поверхностно-активны многие органические вещества, молекулы которых имеют несимметричное дифильное строение они состоят из двух частей, противоположных по своей природе и свойствам. На одном конце молекулы находится гидрофильная (полярная) группа. Гидрофобная часть молекулы образована длинной углеводородной цепью, которая затрудняет растворение ПАВ в воде. [c.165] Другой принцип классификации ПАВ основан на анализе молекулярных механизмов их действия. При этом различают четыре группы [117]. [c.166] Производная — с1ажгМс характеризует способность ПАВ снижать поверхностное натяжение жидкости и называется, по предложению П. А. Ребиндера, поверхностной активностью. [c.166] Уравнение Шишковского применимо для ограниченного числа ПАВ. Например, для жирных кислот оно дает удовлетворительное согласие с экспериментом при не очень длинной углеводородной цепи (до 8 атомов углерода в молекуле). Для кислот с более длинными молекулами уравнение Шишковского нельзя использовать при концентрациях выше критической концентрации мицел-лообразования (см. V. 5). [c.167] В пределах одного гомологического ряда органических ПАВ поверхностная активность на границе вода — воздух и вода — неполярная жидкость (например, бензол) закономерно возрастает с увеличением длины углеводородной цепи. Физико-химическое обоснование этой закономерности заключается в следующем [40, 117]. Адсорбция органических ПАВ на границе вода — воздух происходит в основном благодаря выталкиванию углеводородных участков молекул из водной среды на поверхность. Чем длиннее углеводородная цепь, тем сильнее молекула ПАВ выталкивается из воды, тем соответственно меньше их растворимость в воде и больше поверхностная активность. В соответствии с правилом Дюкло —Траубе поверхностная активность ряда предельных жирных кислот на границе вода — воздух увеличивается в среднем в 3,2 раза (при 20 °С) при удлинении молекулы ПАВ на одну группу —СНг. [c.167] Типичные ПАВ могут адсорбироваться не только из водных растворов, но и из органических растворителей как на границе раздела с твердыми телами, так и на границе с водой. При адсорбции ПАВ из органических растворителей адсорбция носит уже не пассивный характер (как из водных растворов), а активный характер, поскольку она обусловлена притяжением к поверхности адсорбента или к воде полярных групп молекулы ПАВ [117]. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел в целом характеризуется теми же закономерностями вместе с тем необходимо учитывать ряд особенностей. Основная из них заключается в том, что на твердой поверхности наряду с молекулами растворенного вещества могут одновременно адсорбироваться и молекулы растворителя. Другой осложняющий фактор — взаимодействие молекул ПАВ и растворителя [31]. [c.167] Различают два вида адсорбции из растворов на твердых телах молекулярную адсорбцию (адсорбируются молекулы ПАВ) и ионную адсорбцию (адсорбируется один из ионов, содержащихся в растворе). Молекулярная адсорбция характерна для растворов неэлектролитов, ионная —для растворов электролитов [31]. [c.167] Возможность молекулярной адсорбции какого-либо вещества можно определять на основе правила уравнивания полярностей (П. А. Ребиндер, 1927 г.) вещество С может адсорбироваться на поверхности раздела фаз А ш В, если адсорбционный слой уменьшает разность полярностей на границе раздела этих фаз. Правило уравнивания полярностей широко используется для управления многими поверхностными явлениями, в том числе смачиванием. [c.168] При адсорбции органических ПАВ из водных растворов возможны три случая [117]. [c.168] Вернуться к основной статье