Пав и его свойства и противопоказания
admin | ИНФОРМАЦИЯ ПО ТЕМЕ | 15.02.2009
Поверхностно-активные вещества ПАВ — это вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела двух фаз и образующие на ней слой повышенной концентрации. Однако в понятие «поверхностно-активные вещества» (ПАВ) обычно вкладывают более узкий смысл, относя его лишь к группе органических соединений, адсорбция которых из их растворов даже очень малой концентрации приводит к резкому снижению поверхностного (межфазного) натяжения на поверхности раздела р-ра с газом (паром), др. жидкостью или твердым телом. Термин «поверхностное натяжение» принято употреблять по отношению к поверхности раздела конденсированной фазы с газом, а термин «межфазное натяжение» — по отношению к поверхности раздела двух конденсированных фаз. Накопление и ориентация в адсорбционном слое молекул или ионов ПАВ — следствие их дифильности (двойственности свойств). Каждая молекула типичных ПАВ имеет олеофильную, или липофильную, часть (один или несколько углеводородных радикалов) и гидрофильную часть (одну или несколько полярных групп). Т.е. поверхностная активность ПАВ, растворенных в углеводородных жидкостях, обусловлена гидрофильными группами, а растворенных в воде — олеофильными (гидрофобными) радикалами.
Классификация ПАВ
По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные, или ионогенные, и неионные, или неионогенные. Ионогенные ПАВ диссоциируют в растворе на ионы, одни из которых обладают адсорбционной активностью, другие (противоионы) — адсорбционно не активны. Если адсорбционно активны анионы, ПАВ наз. анионными, или анионоактивными, в противоположном случае — катионными, или катионо-активными. Некоторые ПАВ содержат как кислотные, так и основные группы; такие ПАВ обладают амфотерными свойствами, Их наз. амфотерными, или анфолитными, ПАВ. Неионогенные ПАВ не диссоциируют при растворении на ноны; носителями гидрофильности в них обычно яаляются гидроксильные группы и полигликолевые цепи различяой длины.
Существуют также ПАВ, в которых наряду с неионогенными гидрофильными атомными группами присутствуют ионогенные.
В отдельный класс выделяют фторуглеродные ПАВ — соединения с полным или частичным замещением атомов водорода в гидрофобных радикалах на атомы фтора. Кр. того, как отдельную группу следует рассматривать высокомолекулярные ПАВ — адсорбционно активные водорастворимые полимеры ионогенного (полиэлектролиты) и неионогенного типов.
Все ПАВ можно разделить на две категории по типу систем, образуеных ими при взаимодействии с растворителем. К одной категории относятся мицеллообразующие (полуколлоидные, мылоподобные) ПАВ, к другой — не образующие мицелл. ПАВ первой категории в р-ре выше нек-рой (определенной для каждого вещества) «критической» концентрации образуют мицеллы, т. е. молекулярные или ионные ассоциаты с числом молекул (ионов) от нескольких десятков до нескольких сотен. Ниже критической концентрации мицеллообразования (ККМ) вещество находится в истинно растворенном состоянии, а выше ККМ — как в истинно растворенном, так и в мицеллярном.
Мицеллы ПАВ находятся в обратимом термодинамич. равновесии с молекулами; при разбавлении р-ра они распадаются, а при увеличении концентрации вновь возникают. Обычно такие р-ры обладают моющей способностью. ПАП второй категории не образуют мицелл ни в р-рах, ни в адсорбционных слоях. При любой концентрации они находятся в истинно растворенном состоянии.
Молекулярное строение и получение поверхностно-активных веществ (ПАВ)
Ионогенные ПАВ
Анионоактивные вещества составляют большую часть мирового производства ПАВ. Промышленные ПАВ этого типа можно разделить на след. основные группы: карбоновые кислоты и их соли (мыла), алкилсульфаты (сульфоэфиры), алкилсульфонаты и алкиларилсульфонаты, прочие продукты.
В производстве мыл и многих ионов и неионогенных мылоподобных ПАВ используют карбоновые кислоты, получаемые гидролизом из растительных и животных жиров, и синтетические жирные к-ты. Промышленное значение имеют также смоляные и жирные к-ты таллового масла — побочного продукта целлюлозного производства — смоляные к-ты канифоли, среди которых преобладает абиетиновая.
Наибольшее значение как ПАВ из солей монокарбоновых к-т имеют мыла (натриевые, калиевые и аммонийные) жирных к-т RСООН, где R — насыщенный или ненасыщенный нормальный алифатический радикал с числом атомов углерода 12-18, и мыла (натриевые, реже калиевые) смоляных к-т. Практическое значение имеют также дикарбоновые к-ты, напр. алкенилянтарные, получаемые в промышленности конденсацией непредельных углеводородов с малеиновым ангидридом.
Алкилсульфаты синтезируют обычно сульфоэтерификацией высших жирных спиртов или — олефинов с последующей нейтрализацией соответственно первичных или вторичных алкилсерных кислот.
Алкиларилсульфонаты, гл. обр. моно- и диалкилбензолсульфонаты, а также моно- и диалкилнафталинсульфонаты составляют большую часть синтетических анионоактивных ПАВ.
Алкилсульфонаты обычно получают из насыщенных углеводородов С12 — С18 нормального строения, которые сульфохлорируют или сульфоокисляют с последующим омылением или нейтрализацией продукта.
Катионоактивные ПАВ
Катионоактивные ПАВ можно разделить на следующие основные группы: амины различной степени замещения и четвертичные аммониевые основания, др. азотсодержащие основания (гуанидиню, гидрозины, гетероциклические соединении и т. д.), четвертичные фосфониевые и третичные сульфониевые основания.
Сырьем для катионоактвных ПАВ, имеющих хозяйственное значение, служат амины, получаемые из жирных кислот и спиртов, алкгалогенидов, а также алкилфенолов. Четвертичные аммониевые соли синтезируют из соответствующих длинноцепочечных галоидных алкилов реакцией с третичными аминами, из аминов хлоралкилированием или др. путями из синтетических спиртов, фенолов и фенольных смесей.
Большее значение как катионоактивные ПАВ и как исходные продукты в синтезе неионогенных ПАВ (см. ниже) имеют не только моно- , но и диамины, полиамины и их производные.
Амфотерные ПАВ
Амфотерные ПАВ могут быть получены из анионоактивных введением в них аминогрупп или из катионоактивных введением кислотных промышленностью амфотерные ПАВ выпускаются в небольшом количестве, и их потребление расширяется медленно.
Неионогенные ПАВ
Это наиболее перспективный и быстро развивающийся класс ПАВ. Не менее 80-90% таких ПАВ получают присоединением окиси этилена к спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам и другим соединениям с реакционноспособными атомами водорода. Полиоксиатиленовые эфиры алкилфенолов — самая многочисленная и распространенная группа неионогенных ПАВ, включающая более сотни торговых названий наиболее известны препараты ОП-4, ОП-7 и ОП-10. Типичное сырье — октил-, ионил- и додецилфенолы; кр. того, используют крезолы, крезоловую кислоту, -нафтол и др. Если в реакцию взят индивидуальный алкилфенол, готовый продукт представляет собой смесь ПАВ общей формулы RC6H4O(CH2O)mH, где т — степень оксиэтилирования, зависящая от молярного соотношения исходных компонентов.
Полиоксиэтиленовые эфиры жирных к-т RСОО(СН2СН2О)mН сиyтезируют прямым оксиэтилированием к-т или этерификацией к-т предварительно полученным полиэтиленгликолем.
Полиоксиэтиленовые эфиры спиртов RО(СН2СН2О)mН приобрели важное промышленное значение, т. к. они легко поддаются биохимич. разложению в природных условиях. Их получают оксиэтилированием высших жирных спиртов, реакцией алкилбромида с мононатриевой солью полиэтиленгликоля и др. путями.
Полиоксиэтиленовые эфиры меркаптанов, как и спиртов, получают обычно оксиэтилированием третичных алкилмеркаптанов, а также первичных н-алкилмеркаптанов и нек-рых алкилбензолмеркаптанов.
Полиоксиэтиленовые производные алкиламинов составляют весьма разнообразную группу ПАВ, многие из к-рых выпускают в промышленности. Эти ПАВ, будучи по своей природе катионоактивными, с увеличением длины полиоксиэтиленовой цепи приобретают ярко выраженные свойства неионогенных веществ. Наиболее важны в практическом отношении продукты оксиэтилирования первичных н-алкиламинов, трет-алкиламинов и дегидроабиетиламинов.
Выпускают также продукты на основе полиэтиленполиаминов, напр. диэтилентриамина, но они не имеют широкого применения. В промышленном или полупромышленном масштабе производят ПАВ с третичным алифатич. радикалом RС(СН3)2NН (СН2СН2О)mН, содержащим 12-22 атома углерода, и т = 1 — 25; полиоксиэтилендегидроабиетиламины (на основе к-т канифоли и таллового масла); полиоксипропиленовые производные аминов — «пропомины».
Полиоксиэтиленалкиламиды обычно получают оксиэтилированием амидов или предварительно полученных моно- или днэтилоламидов жирвых к-т (лауриновой, пальмитиновой, олеиновой).
Ряд неионогенных ПАВ получают на основе полиатомных спиртов, частично этерифицированных жирными к-тами. Используют спирты, содержащие от 2 до 6 гидроксильных групп, пентаэритрит, полиглицерины, углеводы. При оксиэтилировании к свободным гидроксильным группам исходного продукта присоединяются полиоксиэтиленовые цепи разной длины.
Другой путь получения ПАВ из полиатомных спиртов — сначала оксиэтилирование, а затем этерификация.
Практич. значение блоксополимеров окиси этилена и окиси пропилена как ПАВ постоянно возрастает. Их получают ступенчатой полимеризацией, используя в качестве «затравки» соединения, содержащие реакционноспособные атомы водорода.
Монофункциональные исходные соединения для синтеза таких ПАВ — одноатомные спирты, кислоты, меркаптаны, вторичные амины, N-замещенные амиды и др. Гидрофобной частью молекулы служит остаток исходного вещества, если оно имеет достаточно длинный алифатич. радикал, и полипропиленоксидный блок
Помимо плюроников на основе функционального исходного соединения известны другие ПАВ, такие как плюродаты.
Исходными веществами с тремя функциональными группами в синтезе блоксополимерных неионогенных ПАВ могут быть глицерин и др.
Из тетрафункциональных соединений для синтеза блоксополимерных ПАВ чаще всего используют алифатич. первичные диамины. Наиболее известны тетроники.
Получают также блоксополимеры окисей алкилена на основе пентаэритрита, диатилентриамина, гекситов (сорбита и маннита), сахарозы и др.
Неионогенные ПАВ различных типа используют как исходные продукты для получения ряда ионогенных ПАВ. На основе оксиэтилированных алифатич. спиртов, алкилфенолов и др. рассмотренных выше веществ синтезируют поверхностно-активные сульфаты, фосфаты, карбоксилаты и четвертичные аммониевые соединения.
К большинству оксиэтилированньгх продуктов можно присоединить акрилонитрил с последующим переводом полученного амина в четвертичное аммониевое основание обычными методами.
Фторзамещенные ПАВ составляют обширный класс соединений. Многие фторзамещенные ПАВ разных типов получают на основе фторангидридов перфторкарбоновых и перфторсульфоновых к-т.
Высокомолекулярные ПАВ — растворимые карбо- или гетроцепные полимеры ионогенного или неионогеного типа с мол. массой от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч. Среди них есть природные соединения (белки, альгенаты, пектиновые вещества и т. д.), продукты химич. обработки природных полимеров (напр., производные целлюлозы) и синтетич. полимеры.
В структуре типичных высокомолекулярных ПАВ должно быть четкое разграничение гидрофильных и гидрофобных участков. ПАВ являются сополимеры или гомополимеры, в к-рых вдоль длинной гидрофобной основной цепи расположены через определенные интервалы гидрофильные боковые цепи или группы. Типичные представители анионоактивных ПАВ этой группы — полиакриловая и полиметакриловая к-ты, их соли и нек-рые производные, а также карбоксилсодержащие полимеры на основе поливинилового спирта, полиакриламида, сополимеров малеинового ангидрида с др. непредельными соединениями. Поверхностной активностью обладают сульфированные и сульфоэтерифицированные полимеры (полистирол, поливиниловый спирт, оксиэтилированный поликонденсат п-алкилфенола с формальдегидом и др.).
Катионоактивные полимерные ПАВ получают хлорметилированием, а затем аминированием полистирола, поливинилтолуола и др. виниловых полимеров. Особенно высока поверхностная активность солей полимерных четвертичных аммониевых оснований, в том числе солей поливинилпиридиния. для получения высокомолекулярных ионогенных ПАВ — растворимых полиэлектролитов — пригодно большинство методов и исходных продуктов, к-рые применяют при синтезе ионообменных смол.
Неиноногенные высокомолекулярные ПАВ можно получить оксиэтвлированием практически из любого полимера, содержащего гидроксильные или др. функциональные группы с реакционноспособными атомами водорода.
Свойства поверхностно-активных веществ (ПАВ)
Поверхностную активность удобно оценивать по наибольшему понижению поверхностного натяжения деленному на соответствующую концентрацию — ККМ в случае мицеллообразующих ПАВ. Поверхностная активность обратно пропорциональна ККМ:
Образование мицелл происходит в узком интервале концентраций, который становится уже и определенней по мере удлинения гидрофобных радикалов.
Простейшие мицеллы типичных полуколлоидпых ПАВ, напр. солей жирных к-т, при концентрациях, не слишком превышающих ККМ, имеют сфероидальную форму.
С ростом концентрации ПАВ анизометричных мицелл сопровождается резким возрастанием структурной вязкости, приводящей в нек-рых случаях к гелеебреаованию, т.е. полной потере текучести.
ККМ — важный технологяч. показатель. Его можно определять раз-личными методами, т.к. в области ККМ более или менее резко меняются многие физикохимич. свойства системы ККМ находят по характерным изменениям поверхностного натяжения, светорассеяния, электропроводности, вязкости, диффузии, солюбилизации, спектральных характеристик р-ра и т.д.
ГЛБ — условная и чисто эмпирич. характеристика, не претендующая на универсальность.
Очень специфичны по свойствам фтортензиды, неполярная часть молекулы к-рых образована фторуглеродными цепями. Вследствие слабого межмолекулярного взаимодействия низкомолекулярные фторуглероды обладают чрезвычайно малой поверхностной энергией.
Особенность фторуглеводородных ПАВ — соединений с фторуглеродными и углеводородными радикалами — высокая поверхностная активность в неполярных органич. жидкостях с низкой поверхностной энергией. Адсорбционный слой перфторированных ПАВ на твердой поверхности, ориентированный фторуглеродными радикалами наружу, снижает критическое поверхностное натяжение смачивания до значений меньших, чем поверхностное натяжение углеводородных жидкостей. Это значит, что такая поверхность становится не только гидрофобной, но и олеофобной, тоесть не смачиваемой маслами и другими жидкими углеводородами. Фторуглеродные цепи, вследствие высокой энергии межатомной (внутримолекулярной) связи, химически инертны и термостойки.
Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ)
ПАВ находят широкое применение в промышленности, в сельском хозяйстве, медицине и быту. Мировое производство ПАВ растет с каждым годом, причем в общем выпуске продукции постоянно возрастает доля неионогенных веществ. Широко используют все виды ПАВ при получении и применении синтетич. полимеров. Важнейшая область потребления мицеллообразующих ПАВ — производство полимеров методом эмульсионной полимеризации. От типа и концентрации выбранных ПАВ (эвульгаторов) во многом зависят технологич. и физико-химич. свойства получаемых латексов. ПАВ используют также при суспензионной иолимеризации. Обычно применяют высокомолекулярные ПАВ — водорастворимые полимеры (воливиниловый спирт, производные целлюлозы, растительные клеи и т.п.). Смешиванием лаков или жидких масляносмоляных композиций с водой в присутствии эмульгаторов получают эмульсии, применяемые при изготовлении пластмасс, кожзаменителей, нетканых материалов, импрегированных тканей, водоразбавляемых красок и т.д.
В производстве лакокрасочных материалов и пластмасс. ПАВ добавляют для регулирования их реологич. характеристик.
Разнообразные ПАВ применяют для поверхностной обработки волокнистых (тканых и нетканых) и пленочных материалов ( как антистатики, модификаторы прядильных р-ров, моющие средства. Среди ПАВ, применяемых как гидрофобизаторы, наиболее перспективны кремнийорганические и фторуглеродные соединения. Последние при соответствующей ориентации молекул в поверхностном слое способны предотвратить смачивание материала не только водой, но и углеводородными жидкостями.
В производстве губчатых резин и пенопластов ПАВ применяют как стабилизаторы пен.
Высокомолекулярные водорастворимые ПАВ, помимо использования в указанных выше технологич. процессах, применяют как флокулянты в различных видах водоочистки. С их помощью из сточных и технологич. вод, а также из питьевой воды удаляют загрязнения, находящиеся во взвешенном состоянии.
Тэгов нет
27349 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
Источник
10.6.
Понятие о поверхностно-активных веществах (ПАВ). Мыла. Синтетические
моющие средства
Поверхностно-активные вещества – это химические соединения,
способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух
термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз), и вызывающие
снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.
На межфазной поверхности
Поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации — адсорбционный
слой.
Поверхностно-активные
вещества: принцип действия
Поверхностно-активные вещества:
схема действия
Натриевые
и калиевые соли высших жирных кислот (мыла) являются поверхностно-активными
веществами, способными образовывать стойкие мыльные пленки. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) могут определенным образом
располагаться на границе раздела двух фаз, например таких как вода-
воздух или вода- масло. Такое поведение ПАВ
объясняется особенностью их строения: молекула ПАВ, например мыла, включает как
полярную, способную ионизироваться гидрофильную группировку, так и неполярную
гидрофобную часть – углеводородный радикал. На границе раздела фаз к воде
ориентируется гидрофильная группа, а к масляной фазе или воздуху –углеводородный
радикал.
Мицеллы мыла
В
водной среде при определенной концентрации молекулы ПАВ существуют уже не в
виде изолированных частиц, а как большие агрегаты – мицеллы, у которых все
углеводородные находятся в центре мицеллы, а гидрофильные группы – снаружи
(рис. 2а). Мицелла способна «захватывать» частички водонерастворимых веществ и
создавать стойкие эмульсии, так
как слипанию мицелл препятствует одноименный заряд их поверхностей (рис. 2б).На
этом принципе основано моющее действие мыл. Загрязнение представляют собой
жировую пленку с частичками пыли. Мыла эмульгируют загрязнения, после чего
эмульсия легко смывается водой.
Синтетические ПАВ и моющие средства
Для
производства мыла необходимо большое количество жиров – ценного пищевого и
технического продукта. Между тем поверхностной активностью обладают и другие
органические соединения, имеющие сходное строение с мылами.
К ним
относятся:
·
анионные ПАВ (например, натриевые
соли алкилсульфатов, алкилсульфонатов);
·
катионные ПАВ (например четвертичные алкиламмониевые
соли)
Формулы синтетических
поверхностно-активных веществ
Анионные
и катионные поверхностно-активные вещества обязательно содержат в молекуле
длинный алкильный радикал (С12—
С14)
Синтетические ПАВ получают в промышленности
из доступного углеводородного сырья, главным образом, нефтяного, поэтому они
недороги. Другое достоинство моющих средств на основе синтетических ПАВ
заключается в возможности их использования в жесткой воде, в которой обычные
мыла дают нерастворимые кальциевые и магниевые соли, что снижает эффективность
моющего действия и повышает расход мыла.
Классификация ПАВ
Поверхностно активные вещества можно классифицировать
по разным признакам. Мы приведём три вида классификаций:
По типу гидрофильных
групп:
– анионные
– катионные
– амфотерные
– неионные
По длине гидрофобной
цепи:
– гидрофобные ПАВ
– гидрофильные ПАВ
Классификация по типу
гидрофильных групп:
Для ПАВ эта классификация является основной.
По типу гидрофильных групп ПАВы делят на:
– ионные, или ионогенные,
– анионные,
– катионные,
– амфотерные.
– неионные, или неионогенные.
Классификация по характеру
использования:
– Моющие средства
– Эмульгаторы
– Смачиватели
– Солюблизаторы
Моющие средства – вещества или смеси веществ,
применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от
загрязнений.
Частным случаем эмульгаторов
являются пенообразователи и стабилизаторы пены.
Смачиватели – вещества, вызывающие
пептизацию или диспергирование, т.е. измельчение твёрдых тел на мелкие частички
или жидкой фазы на мелкие капельки.
Смачивание – первая фаза моющего
действия, когда загрязнение распадается на отдельные частички или капельки и
впоследствии обвалакивается ПАВом (солюблизируется), и удаляется водой.
Солюблизаторы – вещества, помогающие
повысить растворение частиц другого вещества, слаборастворимого в данной жидкой
среде.
Молекулы солюблизатора обвалакивают
плохо растворимую в данной среде частичку и образуют вокруг неё, так называемую
мицеллу.
Сама мицелла имеет сродство к среде растворителя
и поэтому растворяется в нём, обеспечивая растворение изначально нерастворимой
в нём частицы.
Эмульгаторы – вещества, обеспечивающие
стабилизацию эмульсий из несмешивающихся жидкостей.
Смачивание, солюблизация,
эмульгирование – все эти процессы являются стадиями моющего действия. Любой
ПАВ, в той или иной степени, одновременно является и смачивателем, и
солюблизатором, и эмульгатором, и моющим веществом. Но при этом, разные ПАВы
проявляют разную эффективность на разных стадиях моющего действия. По этой
причине они могут быть классифицированы на смачиватели, солюблизаторы,
эмульгаторы и моющие средства.
Классификация ПАВ по длине гидрофобной цепи:
Этот вид классификации особенно
важен в случаях, когда поверхностно-активные вещества выполняют роль
стабилизаторов эмульсий (эмульгаторов).
Напомним, что эмульгаторы
представляют собой дифильные вещества, молекулы которых имеют в своём составе,
как полярную (гидрофильную) группу, так и неполярную (гидрофобную) часть.
В зависимости от длины углеводородного
(гидрофобного) «хвоста» и силе полярных групп в молекуле такой молекулы,
эмульгатор, в целом, будет проявлять или гидрофильные или гидрофобные
качества. А от этого всецело будет меняться его роль при стабилизации
разного рода эмульсий.
Гидрофильные эмульгаторы.
Стабилизация эмульсий типа «вода в масле».
Эмульгаторы с относительно короткой
гидрофобной частью, имеют большее сродство с водой и их, поэтому
называют гидрофильными.
Гидрофильные эмульгаторы необходимы для стабилизации
эмульсий типа «масло в воде». При добавлении гидрофильного эмульгатора в такую
эмульсию вокруг капельки масла образуется сплошной слой эмульгатора, сообщающий
ей некоторую гидрофильность и повышающий её устойчивость.
а – гидрофильный эмульгатор,
б – гидрофобный эмульгатор.
Добавление в такую же смесь гидрофобного
эмульгатора, большая часть молекулы которого погружается в капельку масла,
не обеспечивает устойчивости эмульсии, поскольку часть поверхности капельки
остаётся «открытой» и легко может происходить слияние с другими капельками.
Гидрофобные эмульгаторы.
Стабилизация эмульсий типа «вода в масле».
Эмульгаторы, молекулы которых имеют
относительно длинную гидрофобную часть, обладают преимущественно гидрофобными свойствами.
Такие эмульгаторы называют гидрофобными (или липофильными).
Гидрофобные эмульгаторы стабилизируют эмульсии типа
«вода в масле». Их молекула, находящаяся большей своей частью в дисперсионной
среде (масле), удерживается на поверхности капелек воды своей гидрофильной
группировкой (Рис. а).
goog_1081271183
а – гидрофобный эмульгатор,
б – гидрофильный
эмульгатор.
В результате вокруг каждой капельки
воды образуется плотная оболочка из молекул эмульгатора, препятствующая слиянию
дисперсной фазы (воды).
Попытка получить эмульсию такого же
типа с гидрофильным эмульгатором оказалась бы безуспешной, так
как молекулы эмульгатора разместились бы в основном внутри капелек воды
(Рис. б).
Вместо сплошной оболочки вокруг
капелек имелись бы лишь выступающие над их поверхностью отдельные гидрофобные
группы эмульгатора, не препятствующие коалесценции капелек.
Таким образом, эмульгатор
должен обладать сродством к дисперсионной среде.
Использование ПАВ
Мировое производство ПАВ
постоянно возрастает, причём доля
неионных и катионных веществ в общем выпуске всё время увеличивается.
В зависимости от назначения
и химического состава ПАВы выпускают в виде твёрдых продуктов (кусков, хлопьев,
гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей).
Особое внимание всё больше
и больше уделяется производству ПАВ
с линейным строением молекул, которые легко подвергаются биохимическому
разложению в природных условиях и не загрязняют окружающую среду.
ПАВ находят широкое применение в промышленности, сельском
хозяйстве, медицине, быту. Важнейшие области потребления ПАВ: производство мыл
и моющих средств для технических и санитарно-гигиенических нужд;
текстильно-вспомогательных веществ, т. е. веществ, используемых для обработки
тканей и подготовки сырья для них; лакокрасочной продукции.
ПАВ используют
во многих технологических процессах химических, нефтехимических,
химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их применяют:
·
как
присадки, улучшающие качество нефтепродуктов;
·
как
флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых;
·
компоненты
гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д.
ПАВы
·
облегчают
механическую обработку металлов и др. материалов,
·
повышают
эффективность процессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел.
·
Незаменимы
как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий, паст,
эмульсий, пен).
·
Кроме
того, они играют важную роль в биологических процессах и вырабатываются для
«собственных нужд» живыми организмами.
Так,
поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав жидкостей
кишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов растений.
Воздействие ПАВ на человека
Подавляющее количество ПАВ
при использовании имеет непосредственный контакт с кожей, поэтому следует
обращать внимание на их дерматологическое действие.
Известно, что мыла при
длительном контакте вызывают раздражение кожи, причём этоя явление более
характерно для натриевых солей С8
– С10 насыщенных жирных
кислот в сравнении с их высшими гомологами.
Алкилсульфаты с длиной
жирной цепи менее С12 и алкиларилсульфонаты раздражают кожу
сильнее, чем мыла.
Сульфоэтерифицированные
масла и сульфоэфиры, а также продукты конденсации высших жирных кислот и белков
не вызывают заметного раздражения кожи, поэтому многие очищающие и моющие
композиции включают соединения этих типов.
По убыли раздражающего
действия на кожу человека ПАВы можно расположить в следующий ряд:
Катионные > анионные > неионные.
Мыло
До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой и мелким речным
песком. Египтяне умывались смешанной с водой пастой на основе пчелиного
воска. В Древнем Риме при мытье пользовались мелко истолченным мелом, пемзой,
золой. Видимо, римлян не смущало, что при таких омовениях вместе с грязью
можно было «соскоблить» и часть самой кожи. Заслуга в изобретении мыла
принадлежит, вероятно, галльским племенам. По свидетельству Плиния Старшего,
из сала и золы букового дерева галлы делали мазь, которую применяли для
окрашивания волос и лечения кожных заболеваний. А во II веке ее стали использовать в качестве моющего
средства.
Христианская религия считала мытье тела делом «греховодным». Многие
«святые» были известны только тем, что всю свою жизнь не умывались. Но люди
давно заметили вред и опасность для здоровья загрязнения кожи. Уже в 18 веке
на Руси было налажено мыловарение, а в ряде европейских стран еще раньше.
Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на
протяжении многих веков. Сначала составляется жировая смесь, которую
расплавляют и омыляют – варят со щелочью. Для гидролиза жира в щелочной среде
берется немного топленого свиного сала, около 10 мл этилового спирта и 10 мл
раствора щелочи. Сюда же добавляют поваренную соль и нагревают полученную
смесь. При этом образуются мыло и глицерин. Соль добавляют для осаждения
глицерина и загрязнений. В мыльной массе образуется два слоя – ядро (чистое
мыло) и подмыленный щелок.
Также получают мыло в промышленности.
Омыление жиров может протекать и в присутствии серной кислоты
(кислотное омыление). При этом получаются глицерин и высшие карбоновые
кислоты. Последние действием щелочи или соды переводят в мыла. Исходным
сырьем для получения мыла служат растительные масла (подсолнечное, хлопковое
и др.), животные жиры, а также гидроксид натрия или кальцинированная сода.
Растительные масла предварительно подвергаются гидрогенизации, т. е. их
превращают в твердые жиры. Применяются также заменители жиров — синтетические
карбоновые жирные кислоты с большой молекулярной массой. Производство мыла
требует больших количеств сырья, поэтому поставлена задача получения мыла из
не пищевых продуктов. Необходимые для производства мыла карбоновые кислоты
получают окислением парафина. Нейтрализацией кислот, содержащих от 9 до 15
углеродных атомов в молекуле, получают туалетное мыло, а из кислот,
содержащих от 16 до 20 атома углерода, — хозяйственное мыло и мыло для
технических целей.
Обычные мыла состоят главным образом из смеси солей пальмитиновой,
стеариновой и олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла,
калиевые соли — жидкие мыла.
Мыло – натриевые или калиевые соли высших карбоновых
кислот,
полученные в результате гидролиза жиров в щелочной среде
Строение мыла можно описать общей формулой:
R – COOМ
где R – углеводородный радикал, M – металл.
Твёрдое мыло — RCOONa |
Жидкое мыло – RCOOK |
а) простота и удобство в
использовании;
б)
хорошо удаляет кожное сало
в)
обладает антисептическими свойствами
Недостатки
мыла и их устранение:
недостатки | способы устранения |
1. Плохая моющая способность в жесткой воде, | 1. В состав мыла вводят |
2. В водных растворах мыло частично гидролизуется, При этом образуется определенное количество Калиевые соли высших Но при этом оказывает вредное воздействие на кожу | 2. Для уменьшения данного – слабые кислоты (лимонная кислота, борная – крема, глицерин, вазелиновое масло, пальмовое |
Строение мыла –
стеарата натрия.
Молекула стеарата натрия имеет длинный неполярный углеводородный
радикал (обозначен волнистой линией) и небольшую полярную часть:
Молекулы ПАВ на пограничной поверхности располагаются так, что
гидрофильные группы карбоксильных анионов направлены в воду, а углеводородные
гидрофобные выталкиваются из нее. В результате поверхность воды покрывается
частоколом из молекул ПАВ. Такая водная поверхность имеет меньшее
поверхностное натяжение, что способствует быстрому и полному смачиванию
загрязненных поверхностей. Уменьшая поверхность натяжения воды, мы
увеличиваем ее смачивающую способность.
СМС (синтетические моющие средства) – натриевые соли сложных эфиров высших
спиртов и серной кислоты:
R – CH2 – O – SO2 – ONa
Как
синтетическое мыло, так и мыло, получаемое из жиров, плохо моет в жесткой
воде. Поэтому наряду с мылом из синтетических кислот производят моющие
средства из других видов сырья, например из алкилсульфатов — солей сложных
эфиров высших спиртов и серной кислоты. В общем виде образование таких солей
можно изобразить уравнениями:
Эти соли
содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими
моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому
такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих
стиральных порошках.
Синтетические моющие
средства высвобождают сотни тысяч
тонн пищевого сырья — растительных масел и жиров.
СМС образуют растворимые соли кальция, которые также обладают
поверхностно-активными свойствами.
Использование чрезмерного количества этих средств
приводит к загрязнению окружающей среды.
УПРАЖНЕНИЯ
1. Сколько
кальцинированной соды (в г) потребуется для реакции со стеариновой кислотой
массой 28,4 г и сколько (в г) образуется стеарата натрия при 90%-м выходе?
а) 5,3 и 17,2; б) 7,2 и 27,54;
в) 10,6 и 17,2; г) 5,3 и 27,54.
Решение:
Ответ. г.
________________________________________________________________
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
РЕШЕНИЯ
2.
Какое строение имеют молекулы ПАВ.
3.
Какая часть молекулы ПАВ растворяется в водно?