Склад і фізико-хімічна природа ПАР - раздел Химия, ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ Навколишній світ та дисперсні системи Речовини, Що При Розчиненні Навіть У Дуже Малих Концентраціях Здатні Різко Зн...
Речовини, що при розчиненні навіть у дуже малих концентраціях здатні різко знижувати поверхневий натяг розчинника, називають поверхнево-активними речовинами (ПАР), а їх властивість знижувати поверхневий натяг – поверхневою активністю.
Утворення найтоншого насиченого адсорбційного шару ПАР товщиною в одну молекулу (мономолекулярного шару) може викликати різкі зміни інтенсивності молекулярної взаємодії дотичних тіл і швидкості обміну речовин між цими тілами (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Адсорбційний шар:
а – ненасичений;
б – насичений
ПАР– органічні сполуки, у молекули яких входять одночасно полярна група (наприклад ОН, СООН, NН2) і неполярний вуглеводний ланцюг (рис. 4.2).
Найбільш часто зустрічаються у складі ПАР наступні функціональні групи: (–ОН) – гідроксильна;
(–NO2) – нітрогрупа; (–SO3H) – сульфогрупа
Рис.4.2. Схема молекули поверхнево-активної речовини
Усі галогени (–Сl, –Вr, –F, –I), кисень (–О–), азот , сірка (–S–), а також метали (–Ме) можуть виконувати роль функціональних груп у складі ПАР. Від того, яка із функціональних груп приєднана до вуглеводного радикала, залежать хімічні, фізичні і інші властивості ПАР.
Якщо до аліфатичного радикала С10Н2n+1 приєднати (–ОН) – групу утворюється спирт СnH2n+1OH, якщо ж приєднати карбоксильну групу, утворюється карбонова кислота СnH2n+1СОOH. Приєднання аміногрупи дає аліфатичний амін СnH2n+1NH2 і т. ін.
За кількістю функціональних груп у молекулі ПАР можуть бути одно-, дво- і багатоосновні: RCOOH – одноосновна карбонова кислота; НООСRCOOH – двоосновна карбонова кислота; NH2RNH2 – двоосновний амін.
При зміні в молекулі ПАР функціональних груп змінюється клас сполуки.
Наприклад, якщо в молекулу карбонової кислоти вводиться –ОН, =СО або – NH2 група, то утворюються відповідно окси-, кето- і амінокислоти.
Поверхнево-активні властивості утворюваних таким чином сполук залежать від властивостей і хімічної структури радикалів і функціональних груп. Радикалами можуть служити не тільки насичені аліфатичні вуглеводні сполуки з відкритим ланцюгом атомів типу СnНn , СnН2n - 2 , СnН2n - 4 і ін., а також циклічні сполуки з зімкнутим (кільцевим) ланцюгом атомів.
Відомі ПАР, до складу яких входять аліфатичні і циклічні радикали і декілька функціональних груп. Часто зустрічаються ПАР, що називаються аліфатичними (аліфатичний радикал) або алкіл ароматичними (радикал складається з бензольного циклу з побічним аліфатичним ланцюгом), наприклад:
1. С17Н35–СООН – жирна (стеаринова) кислота з аліфатичним радикалом С17Н35 (функціональна група СООН);
2. С18Н37–NH2 – жирний амін (октадециламін) з аліфатичним радикалом С18Н37 (функціональна група NH2);
3.
– натрова сіль алкілбензосульфокислоти, де n = 11 - 12. Радикал складається з бензольного циклу з аліфатичним вуглеводним ланцюгом СnН2n+1 (функціональна група SO);
СnН2n + 1ОSO3H – сульфоефір жирних спиртів з аліфатичним радикалом СnН2n + 1 , де n в основному дорівнює 12-16 (функціональна група SO3H);
4)
– алкілбензолпиридінійхлорид, де R = С6–С8. Радикал складається з аліфатичного вуглеводного ланцюга, ароматичного радикала і гетероциклів. Роль функціональної групи виконує азот у гетероциклі.
5)
Сполуки, у яких аліфатичний радикал утримує менше 10 атомів вуглеводню, як правило, не мають поверхневої активності (спроможності адсорбуватися і знижувати поверхневий натяг рідин або поверхневу енергію твердих тіл). При утриманні у радикалі більше 10 атомів вуглеводню вони, звичайно, поверхнево-активні і називаються вищими жирними поверхнево-активними речовинами (вищі жирні кислоти, вищі жирні спирти, вищі жирні аміни і ін.).
Слід відмітити, що активність ПАР підвищується при подовженні аліфатичного ланцюга:
а також при заміні водню функціональної групи алкільними групами (особливо, метильними).
Від типу функціональної групи і структури радикала залежить розчинність ПАР в різних розчинниках і спроможність дисоціювати на іони. ПАР, у яких функціональні групи несуть позитивний заряд, активні у кислому середовищі і неактивні у лужному, тоді як ПАР з негативно зарядженими функціональними групами, навпаки, активні у лужному і не активні у кислому середовищі. Активність щільно пов’язана з омиленням (створенням солей) ПАР і іонів.
Наприклад, жирні кислоти у лужному середовищі реагують з лугом з утворенням мил:
Аміни у кислому середовищі омиляються кислотами:
У воді ці і подібні їм солі нерідко дисоціюють з утворенням відповідних аніонів або катіонів
RCOONa → RCOO– + Na+
RNH3Cl → RNH+3 + Cl–
Оскільки ПАР у сольовій формі більш активні, ніж у вихідній, у техніці вони застосовуються саме у формі солей.
Поверхнево-активними речовинами щодо води є багато органічних сполук, а саме: жирні кислоти з досить великим вуглеводним радикалом; солі цих жирних кислот (мила); сульфокислоти і їх солі, спирти, аміни. Характерною рисою будови молекул більшості ПАР є їх дифільність – будова молекули з 2-х частин – полярної групи і неполярного вуглеводного радикала (рис. 4.2), що має значний дипольний момент і здатна до гідратації. Полярна група обумовлює спорідненість ПАР з водою. Гідрофобний вуглеводний радикал є причиною зниженої розчинності цих сполук у воді.
а
Якщо яка-небудь поверхня полярна або має власні активні (полярні) групи, то вона, звичайно, буде притягувати (адсорбовувати) протилежно заряджені групи молекул ПАР, які будуть при цьому орієнтуватися вуглеводними радикалами назовні (рис. 4.3). Покрита шаром в одну молекулу така поверхня із боку навколишнього середовища набуває властивостей, що характерні для вуглеводнів. Вона не буде змочуватися водою і тому буде гідрофобною (водовідштовхуючою).
б
Рис. 4.3.Орієнтація поверхнево – активних молекул в адсорбційному шарі: а – на твердій поверхні; б – на поверхні розподілу неполярної рідини з полярною; 1 – тверде тіло; 2 – повітря або рідина; 3 – полярна рідина; 4 – неполярна рідина
В тому випадку, коли поверхня була вуглеводною, наприклад, поверхня бітуму, невелика добавка ПАР – жирної кислоти (С17Н33СООН) або жирного аміну (С17Н35NН2) може самовільно змінити її на полярну, завдяки полярним групам СООН або NН2 (рис. 4.3, б), що концентруються у верхньому шарі бітуму.
При цьому концентрація ПАР у поверхневому адсорбційному шарі може у десятки тисяч разів перевищувати концентрацію його в об’ємі навколишнього середовища (наприклад, у розчині).
Адсорбційний шар ПАР забезпечує ніби перехід між двома фазами, які межують і які протилежні за молекулярною природою. Завдяки цьому шару забезпечується тісний зв’язок між контактними тілами (адгезія).
ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ФІЗИКО ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ... Навколишній світ та дисперсні системи... Фізико хімічна механіка як наукова дисципліна її задачі...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Склад і фізико-хімічна природа ПАР
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Навколишній світ та дисперсні системи
Навколишній світ існує багато в чому завдяки існуванню тіл, що створені сполученням, злипанням, зростанням найтонших часток (їх коагуляції) або, навпаки, здатності цих часток знаходитись у завислом
Особливості властивостей колоїдних систем
1.4.1. Всі колоїдні системи здатні розсіювати світло (опалесціювати). Якщо через колоїдну систему пропустити пучок проміння, що сходиться, поставивши між джерелом світла
Короткий історичний огляд
Перша робота, яка згодом послужила народженню фізико-хімічної механіки, відноситься до 1928 р. і пов'язана з адсорбційним пониженням міцності твердих тіл. П.О. Ребіндер встановив, що розколювання н
Поверхнева енергія і її природа
Поверхневі шари на межах тіл поводяться абсолютно інакше, ніж в об'ємі кожного граничного тіла.
Змочування і набухання
Явище змочування спостерігається на межі розділу трьох фаз, одна з яких звичайно є твердим тілом (3), інша рідиною, наприклад водою (1) і третя газом (2) (рис. 2.3). При неповному змочуванні рідка
Спонтанні процеси на межі розділу фаз
З термодинаміки відомо – система знаходиться в стійкій рівновазі, якщо її вільна енергія мінімальна в даних умовах:
F = Fmin (2.21)
Якщо над
Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра
Розглянуто на прикладі газ – тверде тіло – Г/Т.
Передбачається: тверда поверхня однорідна, тобто активні центри поверхні мають залишкові валентності і здатні зв'язати кожний по одній молек
Полімолекулярна адсорбція
Поряд з ізотермою адсорбції, що наведено на рис. 3.3, часто на практиці зустрічаються ізотерми без прямолінійної ділянки, що паралельна осі абсцис і відповідає насиченню поверхні адсорбенту молекул
Рівняння Гіббса. Двомірний тиск
Величина адсорбції Г (моль∙см-2) визначається як надлишок маси даного (адсорбованого) компонента, що припадає на одиницю площі поверхневого шару:
Правило Дюкло-Траубе
Адсорбція та орієнтація молекул поверхнево-активних речовин на поверхні розділу фаз – це самовільні процеси, що приводять до мінімуму вільної енергії системи. Знаходячись
Правило зрівнювання полярності П.О. Ребіндера.
Відповідно до цього правила речовина С може бути сорбованою на поверхні розподілу фаз А і В, якщо вона в результаті своєї присутності в поверхневому шарі буде вирівнювати різницю полярності цих фаз
А. Мила карбонових кислот
1. Карбоксильна група пов’язана безпосередньо з гідрофобним радикалом. Надалі розподілення залежить від характеру гідрофобного радикала (наприклад, мила жирних кислот, каніфольні мила і ін.).
Катіоноактивні ПАР
Катіоноактивні ПАР підрозділяються на наступні основні групи: аміни різного ступеня заміщення і четвертичні амонієві основи, азотвмісні основи (гуанідини, гідрадини, гетероциклічні сполуки і т. ін.
Класифікація ПАР за механізмом дії
За механізмом дії ПАР поділяються на чотири основні групи:
4.5.1. До першої групи відносяться речовини, поверхнево-активні на границі рідина – газ, і насамперед
Класифікація ПАР за механізмом дії
За механізмом дії ПАР поділяються на чотири основні групи:
4.5.1. До першої групи відносяться речовини, поверхнево-активні на границі рідина – газ, і насамперед
Використання ПАР в техніці
На даний час ПАР широко використовують у багатьох галузях господарства. Наприклад, у текстильній і паперовій промисловості, у виробництві косметики, фармацевтичних, бактерицидних, фунгіцидних і зас
Будова колоїдних міцел
Частки дисперсної фази ліозолів несуть на своїй поверхні заряд, що обумовлений наявністю на їх поверхні подвійного електричного шару, який представляє собою тонкий поверхневий шар із просторово роз
Стійкість і коагуляція дисперсних систем
Існує два поняття – агрегативна і кінетична нестійкість дисперсних систем. Агрегативна нестійкість виявляється в самовільному утворенні агрегатів з часток дисперсної фази системи з наступним їхнім
Молекулярно-адсорбційна стабілізація дисперсних систем
У неполярному дисперсійному середовищі частки дисперсної фази позбавлені електричного заряду. Електричний фактор стабілізації відсутній. Між дисперсними частками діють тільки сили взаємного притяга
Поняття про структурно-механічні властивості
Найважливіші властивості фізичних тіл, насамперед твердих тіл, їх механічні властивості: в'язкість, пружність, пластичність, міцність. Вони визначають здатність тіл чинити опір руйнуванню під дією
Загальні відомості про структуроутворення в дисперсних системах
Згідно з уявленнями П.О. Ребіндера, структури в колоїдних і мікрогетерогенних системах можна розділити на коагуляційні (тиксотропно-оборотні) і конденсаційно-кристалізаційні (необоротно руйнуються)
Деформації і течії
Реологія – наука про деформації і течії різноманітних реальних тіл.
Реологія – це наука про поведінку матеріалів (систем, тіл) з вра
Методи реологічного моделювання
Для характеристики тіл з комплексними властивостями використовують класичний для реології спосіб механічного моделювання. Структурними елементами реологічних моделей є пружина, поршень (або куля) т
Методи реологічного моделювання
Для характеристики тіл з комплексними властивостями використовують класичний для реології спосіб механічного моделювання. Структурними елементами реологічних моделей є пружина, поршень (або куля) т
Методика побудови реологічних кривих
В'язкість можна вимірити при постійному крутильному моменті (постійне навантаження), прикладеному до однієї з поверхонь, чи при постійній швидкості обертання однієї з поверхонь
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Формування структури цементного каменю
За сучасними поглядами, у початковий період (перша стадія гідратації) при змішуванні цементу з водою в процесі гідролізу трикальцієвого силікату виділяється гідроксид
Фізичні основи ущільнення і формозміни бетонних сумішей
Свіжоприготовлена бетонна суміш має пухку нестабільну структуру з високою пористістю (П0 до 15%) і значним об'ємом залученого повітря (особливо при низькому водоутриманні суміші). Необхі
Основні параметри вібраційного ущільнення бетонної суміші
Ущільнення суміші як пружньов’язкопластичного тіла може відбутися, якщо енергетичні параметри зовнішніх впливів достатні для подолання граничного опору зсуву бетонної суміші. При відповідності пара
Вібродиспергування та виброперемішування суміші
Вібродиспергування. Робота, що необхідна для руйнування твердого тіла, не залежить від того, яка машина буде використана для подрібнення. Роботу руйнування можна підраховувати
Шляхи інтенсифікації ущільнення сумішей
9.4.1. Принциповий зміст процесу перемішування сумішей
Технологія виробництва асфальтових та дьогтевих бетонних сумішей і бетонів складається з двох осно
Шляхи інтенсифікації ущільнення сумішей
9.4.1. Принциповий зміст процесу перемішування сумішей
Технологія виробництва асфальтових та дьогтевих бетонних сумішей і бетонів складається з двох осно
Бітумополімерні в’яжучі і асфальтобетони на їх основі
Органічні в'яжучі речовини являють собою групу природних чи штучних термопластичних твердих, в’язкопластичних чи рідких речовин, що складаються із суміші органічних, від
Бітумополімерні в’яжучі і асфальтобетони на їх основі
Органічні в'яжучі речовини являють собою групу природних чи штучних термопластичних твердих, в’язкопластичних чи рідких речовин, що складаються із суміші органічних, від
Склад, структура і властивості нафтових дорожніх бітумів
Під терміном «бітум» розуміють суміш рідких, напівтвердих чи твердих сполук вуглецю і водню, що містять у невеликій кількості кисень-, сірку- й азотовмісні речовини і метали, а також значну кількіс
Галузь застосування.
10.3.1. Визначення. Склад. Класифікація.
– Дорожні бітумні емульсії являють собою дисперсні системи з двох не розчинних одна в одній рідин. Перша
Бітумні емульсії – мікрогеторогенні дисперсні системи
Дослідники розглядають емульсію як дисперсну мікрогетерогенну стабілізовану систему рідина – рідина. У емульсії виділяють дві фази: дисперговану (переривну) і диспергуючу (або непереривну). На пове
Технологія виробництва
Процес утворення емульсії складається з розподілення однієї рідини в іншій і утворення стійких крапель при наявності ПАР у системі, яка знижує поверхневий натяг середовища. Рідина з низьким поверхн
Приготування аніонної і катіонної емульсій.
Температуру бітуму і розчину емульгатору визначають таким чином, щоб сума цих двох температур не перевищувала 2000С. В противному випадку може відбутися закипання суміші бітуму і розчину
Фізико-механічні властивості та технологічні вимоги.
Згідно з вимогами ДСТУ БВ.2.7-2005 “Емульсії бітумні дорожні” вони повинні відповідати наступним вимогам (табл. 10.8).
Емульсії повинні бути стійкими при транспортуванні, тобто не повинно
Галузі застосування.
Таблиця 10.9
Клас емульсії
Вид роботи
ЕА - Ш
ЕАМ – Ш
Доглядання за свіжоукладеним цементобетоном і цементогрун
Водостійкість асфальтополімербетонів
Використання бітумів, що модифіковані полімерами (БМП) у промислово розвинених країнах набирає усе більш широкі масштаби. Близько 10 % всіх застосовуваних у дорожньому будівництві бітумів модифікую
Дьогтебетон
Дьогтебетон – це штучний будівельний матеріал, одержуваний ущільненням перемішаної до однорідного стану при оптимальній температурі суміші дьогтю, щебеню, піску і мінерального поро
Асфальтобетон
Відповідно до ДСТУ Б В. 2. 7 – “Суміші асфальтобетонні і асфальтобетон дорожній та аеродромний” асфальтобетонні суміші підрозділяються на щебеневі, гравійні і піщані.
За температурою уклад
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА ДО ВИВЧЕННЯ ТЕОРЕТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. – М.: Высш. шк., 1987.– 415 с.
2. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1969. – 319 с.
3. Братчун В.И., Золотарёв В.А. Мо
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Рис.4.2. Схема молекули поверхнево-активної речовини
);
4)
а також при заміні водню функціональної групи алкільними групами (особливо, метильними).
Наприклад, жирні кислоти у лужному середовищі реагують з лугом з утворенням мил:
Новости и инфо для студентов