Значение адсорбции на границе жидкость – газ

Изучение мономолекулярных пленок позволило определить поперечный размер S_о молекул. Так, S_о всех жирных кислот равен 20·10^-16 см², а предельных спиртов 25·10^-16 см². Из величины предельной адсорбции была найдена также длина молекулы δ. Экспериментальные данные показывают, что длина молекулы ПАВ (δ) пропорциональна числу атомов углерода в углеводородном радикале (n_C), и δ / n_C = 0,13 нм для всего ряда. Величина 0,13 нм близка к диаметру атома углерода. Таким образом, размеры молекул впервые в истории химии были определены коллоидно-химическим методом. В дальнейшем эти результаты были подтверждены другими методами.

Изучение поверхностной активности позволило ввести в науку такое понятие, как гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ). ГЛБ заключается в том, что в молекуле любого ПАВ имеется определенное соотношение между активностями гидрофильных и гидрофобных групп, от которого зависит пригодность ПАВ для той или иной цели. Так, для пеногасителей нужны ПАВ, у молекул которых гидрофобные свойства значительно превосходят гидрофильные. Для получения эмульсий «масло в воде» необходимы ПАВ, у молекул которых гидрофильные свойства уже становятся заметными. У ПАВ, использующихся в качестве моющих средств, гидрофобные свойства выражены меньше, чем гидрофильные.

Представления об ориентации молекул ПАВ в насыщенном адсорбционном слое сыграло большую роль в развитии учения о структуре биологических мембран. Согласно первой модели (1931-1933 г), основным элементом мембранных структур клетки является бимолекулярный слой из молекул липидов, полярные группировки которых направлены наружу, а неполярные углеводородные радикалы - внутрь.

В организме различные белковые, липопротеидные, нуклеопротеидные и другие молекулярные слои играют большую роль в жизнедеятельности клеток. С образованием монослоя из ПАВ крови на пузырьках газа связяна «кессонная болезнь», наблюдающаяся у водолазов. В их скафандры воздух подается под давлением и, следовательно, в крови водолазов растворяется повышенное количество газов. При слишком быстром поднятии на поверхность давление в скафандрах резко понижается, и значительная часть газов выделяется в виде пузырьков. На них и образуется поверхностная пленка ПАВ. Такие пузырьки теряют способность деформироваться, поэтому они закупоривают мелкие сосуды в различных тканях и органах, что может привести к тяжелым заболеваниям или даже к гибели человека.

Такая же патология может возникнуть при разгерметизации самолетов, скафандров летчиков при высотных полетах, а также космических кораблей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Адсорбция ПАВ – самопроизвольный процесс, сопровождающийся уменьшением свободной поверхностной энергии за счет снижения поверхностного натяжения на границе жидкость-газ.

Основным уравнением адсорбции является уравнение Гиббса, связывающее величину избыточной адсорбции с концентрацией ПАВ и его поверхностной активностью. Поверхностная активность обусловлена дифильным строением молекул: полярные группы втягиваются вглубь фазы, а неполярные углеводородные радикалы выталкиваются в неполярную среду, снижая тем самым поверхностное натяжение. С увеличением углеродной цепи на группу

– СН₂ – поверхностная активность увеличивается в 3 - 3,5 раза (правило Дюкло-Траубе).

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие вещества называются поверхностно-активными?

2. Почему ПАВ способны накапливаться в поверхностном слое, а ПИВ – нет?

3. Как изменяется поверхностная активность в гомологических рядах?

4. Как ориентируются молекулы ПАВ в насыщенном адсорбционном слое?

5. Какая зависимость описывается изотермой поверхностного натяжения?

6. Во сколько раз поверхностная активность уксусной кислоты больше или меньше поверхностной активности масляной кислоты при условии равенства концентраций их разбавленных растворов?