ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Современные аспекты использования мицелл из "Курс коллоидной химии 1984" В настоящее время ПАВ приобретают огромное значение во всех отраслях народного хозяйства. Эти применения основаны на различных уникальных свойствах этих соединений. [c.325] В результате солюбилизации неполярных соединений мицеллами углеводородные цепи ядра раздвигаются, что приводит к увеличению размера мицелл. Процесс солюбилизации протекает самопроизвольно, обратимо и определяется заданием температуры и концентрации ПАВ. [c.326] Таким образом, солюбилизация является одним из вал ней-ших свойств мицеллярных растворов, определяющих их щирокое применение в народном хозяйстве и в быту. Это — эмульсионная полимеризация, изготовление пищевых продуктов, получение фармацевтических препаратов и т. д. в промышленности, это — один из факторов моющего действия ПАВ. [c.326] Другое важное свойство ПАВ, обусловливающее их широкое практическое применение, основано на способности ПАВ адсорбироваться на границах раздела фаз. Большой вклад в эту область внесли труды Ребиндера и его школы [12]. [c.326] При изучении адсорбции ПАВ из растворов весьма важно учитывать динамический характер адсорбции (см. раздел VIII. 4). В отличие от обычных молекул и ионов, адсорбционное равновесие на границах раздела достигается медленно даже для наиболее подвижной границы раствор ПАВ — воздух, как показывают работы Маркиной и других [12]. Это связано, по-видимому, с существованием энергетического барьера адсорбции вблизи поверхности раздела . Прецизионные измерения а на поверхности растворов ПАВ в зависимости от времени показали, что если для концентраций ПАВ, больших чем ККМ, время установления равновесия сравнительно невелико, то в разбавленных растворах оно составляет 40—50 мин . Таким образом, величина ККМ является важным критерием кинетики адсорбции коллоидных электролитов на границе раздела. [c.326] Особенно важной не только в теоретическом, но и в практическом отношении является адсорбция ПАВ на границе твердое тело — раствор. Она описывается фундаментальным уравнением Гиббса (VI. 8), однако сложность определения входящих в уравнение величин йо/йа для границы ТЖ затрудняет практическое использование уравнения. Поэтому процесс сорбции обычно описывают посредством других адсорбционных изотерм (гл. X, XI). [c.326] На этом явлении основано применение ПАВ в качестве стабилизаторов и коагулянтов дисперсных систем. [c.326] Строгое термодинамическое описание двухступенчатой изотермы сорбции ПАВ на твердой поверхности в настоящее время отсутствует. [c.327] Добавление ПАВ при концентрациях, соответствующих ИЭТ, вызывает коагуляцию дисперсной системы, в то время как применение ПАВ с с ККМ стабилизирует систему. [c.327] Следует отметить, что в тонкопористых сорбентах адсорбция второго слоя ПАВ (т. е. образование поверхностной мицеллы) часто невозможна в силу стерических (или других) препятствий, и тогда заполняется только первый слой. [c.327] Все более широкое применение мицелл в качестве модельных систем связано с их термодинамической устойчивостью, простотой структуры, а также сходством поверхности раздела мицелла — раствор с поверхностью монослоев, мембран и адсорбционных слоев. Можно рассматривать мицеллу как монослой, замкнутый на себя. Поэтому мицеллярные системы особенно полезны при постановке и разрешении многих проблем, касающихся структуры микроокружения в системах с развитой поверхностью раздела. Основное достоинство мицеллярных растворов — относительная легкость применения различных экспериментальных методик, используемых при изучении растворов, но трудно применимых к реальным поверхностям и мембранам. [c.327] Следует сказать несколько слов о биологическом значении мицеллообразования. Биологические мембраны — сложные бислои с гидрофобным ядром и гидрофильным окружением. Действительно, биологическая активность и специфичность многих биохимических процессов требует соответствующей структурной организации. Агрегация обеспечивает один из уровней организации молекул, причем эта агрегация обратима. [c.327] В последнее время все большее значение приобретает мицеллярный катализ, т. е. проведение синтеза в растворе ПАВ выше ККМ. Оказалось, что правильный выбор ПАВ может обеспечить увеличение скорости реакции от пяти- до тысячекратной, по сравнению с реакциями без мицелл. Кинетическая теория и механизмы мицеллярных эффектов в химических реакциях были разработаны в трудах советских и зарубежных ученых. [c.327] Повышение скорости реакции в мицеллярных растворах обусловлено как увеличением концентрации, так и из.мененнем их реакционной способности ири переносе из воды (или в общем случае из объемной фазы) в мицеллярную. Сдвиг кажущейся константы диссоциации ионного реагента под действием заряда мицеллы также играет важную роль в кинетических мицеллярных эффектах. Закономерности, полученные для водных растворов ПАВ, могут быть применены и для мицелл ПАВ в неводных средах. Изменением содержания воды в мицелле от нескольких молекул до тысяч можно регулировать скорости реакций, а также изучать реакционную способность молекул воды в микросреде. Так, нейтральный гидролиз пикрилхлорида в гидратированных мицеллах аэрозоля ОТ в октане идет в 10 раз эффективнее, чем в воде. Если оба реагента гидрофильны и сосредоточены в мицеллах, то ири увеличении содержания волы и размеров мицелл, скорость реакции возрастает. [c.328] Другой системой, используемой в качестве промывной жидкости для увеличения нефтеотдачи, являются микроэмульсии или более правильно—мицеллярные эмульсии. Эти интересные системы получаются из обычных эмульсий типа М/В или В/М, стабилизированных ПАВ, (например, мылами) при добавлении спиртов со средней длиной цепи (типа С5 — Са). При определенной концентрации спирта происходит самопроизвольный переход от мутной макроэмульсии к прозрачной мицеллярной эмульсии. [c.328] Одно из основных применений ПАВ — использование их в качестве моющих средств, называемых детергентами. Моющее действие — это способность растворов моющих веществ удалять прилипщие к поверхности частицы загрязнений и переводить их во взвещенное состояние [7]. Обычные загрязнения — это масляные продукты с частицами пыли, копоти и т. д. [c.329] Таким образом основной функцией детергента является максимальное уменьшение Омв и Отв при минимальном изменении сГтм, что и достигается при использовании дифильных веществ, хорошо адсорбирующихся как на поверхности раздела МВ, так и ТВ. Типичные детергенты — мыла, стиральные порошки. При этом следует учитывать, что само по себе уменьшение а на границе вода — воздух (проявляющееся, например, в образовании пены) еще не является указанием на то, что данное ПАВ — хороший детергент. Как правило, хорошие детергенты — это анионные ПАВ с длиной цепи пс — 10—18, т. е. коллоидные электролиты, где поверхностноактивные анионы R- представлены остатком карбоновых кислот (обычные мыла) или алкилсульфатами и алкилсульфонатами (стиральные порошки). [c.329] Широкое применение детергентов в технике и в быту и сбрасывание отработанных вод в водоемы создало в последние годы опасность накопления пены в прудах и реках. Поэтому в настоящее время проводится контроль пенообразующей способности детергентов и их способности к биоразложению. Оказалось, что обычные мыла (соли карбоновых кислот) и алкилсульфаты с неразветвленной цепью разлагаются довольно легко и, таким образом, не представляют реальной опасности для окружающей среды, в отличие от арилсульфатов и соединений с разветвленной цепью, которые могут накапливаться в окружающей среде. Катионные ПАВ, широко применяемые для изменения смачивающей способности поверхности (как правило, соли аминов и четвертичных аммониевых оснований), обладают бактерицидным действием. [c.330] В заключение следует еще раз подчеркнуть, что двойственность природы ПАВ (дифильность и, как следствие, сосуществование молекул и мицелл) является основой того своеобразия свойств, которое определяет существенную, а иногда решающую роль этих веществ во многих рассмотренных коллоидно-химических явлениях. [c.330] Вернуться к основной статье