ББЗ классификациясы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Реферат

«Коллоидтық беттік белсенді заттар (ББЗ) »

Орындаған:

Қабылдаған:

Қарағанды

2018-2019 оқу жылы

Жоспар:

Кіріспе
Негізгі бөлім

ББЗ классификациясы
Миццела түзілудің сына концентрациясы (МСК) және оны анықтау
Коллоидты ББЗ-ны қолдану

Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

ББЗ - гетерогенді жүйеге қосылуы кезеңдерді бөлу шекарасында беткейләк тартылысты азайтатын заттар. Сонымен қатар, концентрацияның барлық ауқымында, беттік белсенді заттардың қаныққан ерітіндісіне дейін олар молекулалық дисперсті күйде, яғни, жүйелері біртекті болады. Көмірсутек тізбегі 8-10 көміртегі атомына дейін созылған кезде жаңа қасиет пайда болады - ББЗ мицеллалар деп аталатын ондаған молекулалары бар агрегаттарға біріктіру мүмкіндігі. Төмен концентрацияларда бұл беттік - белсенді заттар нақты шешімдерді құрайды. Ерітінді концентрациясы мицеллалар сыни концентрациясы (МСК) деп аталатын белгілі бір мәнге дейін артқан кезде, мицеллалар беттік активті молекулалармен бірге ерітіндіде кездеседі, яғни жаңа кезең пайда болады. Мұндай жүйелер екі қасиетпен ерекшеленеді: жоғары дисперсия және гетерогенділік, яғни, коллоидты ерітінділердің қасиеттеріне ие.

Коллоидтық ББЗ кезеңдердң бөлу шекарасында беттік кернеуді азайтып, белгілі концентрацияларда ерікті мицелл қалыптастыруға қабілетті заттар болып табылады, яғни, жаңа фазаны қалыптастыру.

Коллоидтық беттік белсенді заттардың әдеттегіден айырмашылығы - көмірсутекті радикалдың ұзындығы.

Негізгі бөлім

ББЗ классификациясы

Анионды ББЗ - беттік активті анионды қалыптастыру үшін суда ерітілген беттік активті заттар.

Анионды ББЗ әлемдегі барлық ББЗ-дың көбін құрайды. Оларға жатады:

а) карбон қышқылдары (RCOOH) және олардың тұздары (сабын) (RCOOM, онда M-метал) ; мысалы, натрий олеаты; - натрий стеараты; - натрий пальмитаты;

б) алкил сульфаттар;

в) алкиларилсульфонаттар;

г) фосфаттар, тиосульфаттар сияқты беткі белсенді аниондардың басқа түрлерін қамтитын заттар.

ББЗ ретінде өсімдіктер мен жануарлардан алынатын қышқылдарды ауыстыратын синтетикалық май қышқылдарының тұздары кеңінен практикалық қолданысқа ие болды. Әртүрлі катиондары бар май қышқылдарының тұздары пайдаланылады: екі және үш еселенген зарядталған катиондары бар, олар су тасымалдағыштарда бірден зарядталған катиондары бар көмірсутегі орталарында қолданылады.

Қышқыл ортада карбон қышқылдарының тұздары нашар ерітілген қышқылдарға айналады және кейбір катиондар болған кезде (кальций, магний) ерімейтін тұздар құрайды, бұл олардың ББЗ ретінде тиімділігін айтарлықтай төмендетеді, әсіресе олардың тазалауын нашарлатады. Күшті қышқылдардың тұздары болып табылатын алкил сульфаттар және алкилсульфонаттар қышқыл мен тұзды ерітінділерде қолданыла алады, осыған байланысты үлкен артықшылықтар бар. Қатты және теңіз суында жууға болатын жуу ұнтағы туралы еске алуға болады.

Катионды ББЗ - бұл беттік активті катионды қалыптастыру үшін су ерітіндісінде диссоциацияланатын беттік белсенді заттар. Оларға жатады:

а) біріншілік, екіншілік және үшінші реттік алифаттық және хош иісті амин тұздары;

б) алкил алмастырылған аммоний негіздерінің тұздары;

в) пиридин қосылыстары.

Катионды беттік-белсенді заттар - барлық улы заттардың ең улы және ең аз биологиялық бөлшектенетіні болып табылады. Олар жиі бактерицидтік, фунгицидтік, дезинфекциялаушы заттар, коррозияға қарсы ингибиторлар ретінде пайдаланылады.

Амфолитикалық ББЗ - екі функционалды топты қамтитын беттік-белсенді заттар, олардың біреуі қышқыл, екіншісі негізгі болып табылады. Ортаға байланысты бұл қосылыс қышқыл ретінде де, негіз ретінде де ажырата алады. Мысалы: аминқышқылдар.

Ионды емес ББЗ - ерітінділерде иондарға ыдырамайтын этилен тотығы негізінде алкоголь, карбон қышқылдары, аминдер және т. б. байланыстыру арқылы алынған қосылыстар.

Иондық емес ББЗ-дың молекулаларында көмірсутекті радикалындв 6-дан 18-ге дейін көміртегі атомдары болуы мүмкін, ал n бірнеше бірліктен 100-ге дейін өзгеруі мүмкін. Ионды емес ББЗ полиоксиэтилен тізбегінің әр түрлі ұзындықтағы гомологтардың қоспасы болып табылады. Полиоксиэтилен тізбегі ионды емес ББЗ-дың гидрофильді қасиеттерін анықтайды.

ББЗ су ерітінділерінің қасиеттері:

ББЗ су ерініділерінің үш негізгі қасиетін атап өтеміз:

1. Кезеңдерді бөлу шекарасы бетіндегі кернеуді едәуір төмендету мүмкіндігі.

2. Мицелланы қалыптастыру мүмкіндігі.

3. Солюбилизация

Кезеңдерді бөлу шекарасы бетіндегі кернеуді едәуір төмендету мүмкіндігі.

Бұл қабiлетi ББЗ-ң беткi қабатының белсендiлiгiмен байланысты: көмiрсутек радикалының ұзақтығына байланысты; оның ұлғаюымен бірге беткейлік белсенділігі артады. Дюкле-Траубе ережесінде айтылады: көмірсутекті радикалдың ұзындығының бір топқа ұлғаюы беттік белсенділіктің 3-3, 5 есе ұлғаюына алып келеді. Көмірсутекті радикалдардың үлкен ұзындығымен, ББЗ молекулалары арасындағы өзара әрекеттесу айтарлықтай көрініс тапқан кезде, беттік белсенділігі Дюкло-Траубе ережесіне қарағанда баяу өседі. Коллоидтық беттік белсенді заттардың (g) беттік белсенділігі мынадай түрде жіктелуі мүмкін:

Ионды емес ББЗ үшін:

Ионды ББЗ үшін:

мұнда судың беттік кернеуі;

ккм - мицеллалар қалыптасуының сыни концентрациясы кезінде ББЗ ерітіндісіндегі беттік кернеу; ККМ - мицель қалыптасудың маңызды концентрациясы; v - бір ББЗ молекуласының диссоциациялану кезінде пайда болған иондардың саны.

ББЗ (g) беттік белсенділігі ББЗ-дың адсорбциялық сыйымдылығын тікелей анықтайды: қаншалықты үлкен болса, адсорбциялық сыйымдылық көп. Диспергирленген фаза бөлшектерін сіңіріп, беттік активті молекулалар бетіндегі адсорбциялық-сольват қорғаныш қабығын жасайды, бұл беттік активті молекулалардың («құйрық» немесе «басы») тиісті бағдарларына байланысты беттік керілуді елеулі түрде азайтады және бөлшектердің жабысуын немесе бірігуін болдырмайды (1-сурет) .

1-сурет.

Кезеңдерді бөлудің кейбір шекаралары

Коллоидтық беттік белсенді заттардың жуғыш заттың әсері коллоидты химиялық процестердің тіркесіміне негізделген.

1. ББЗ-дың беткі кернеуінің төмендеуіне байланысты қатты бетінің ылғалдануы жақсарады, сұйықтық жұқа ұлпалардағы капиллярларға жақсырақ енеді. 2. Талшықты және қатты немесе сұйық ластаушы бөлшектердің бетіне сіңірілетін сабын молекулалары қысымның төмендеуін тудыратын адсорбция қабатын жасайды. Бұл бөлшектердің бөлінуіне және жуу сұйығына көшуіне ықпал етеді. 3. Жер бетіндегі ластану бөлшектерінің бетіндегі адсорбциялық пленкалар бөлшектерге жоғары тұтас тұрақтылықты береді және оларды талшық бетінде басқа жерде жабыстыруына жол бермейді. 4. Коллоидтық беттік белсенді заттар болған кезде, ерітіндіде көбік пайда болады, бұл жер бетіндегі кірдің бөлшектерін механикалық енгізуге ықпал етеді. 5. Мұнайдың ластануы солюбилизацияға байланысты одан әрi талқыланатын су ортасында сақталады.

ББЗ-дың маңызды сандық сипаттамасы гидрофильді-липофильді баланс (ГЛБ) болып табылады. ГЛБ сандары гидрофильді қасиеттердің арасындағы байланысты сипаттайды: ГЛБ саны неғұрлым жоғары болса, онда ББЗ-дың гидрофильді (полярлық) қасиеттеріне қарай тепе-теңдікті жоғарылатады. ГЛБ нөмірлері тәжірибелі түрде анықталады. Дэвис жұмыстарымен ГЛБ-ның ББЗ құрамы мен құрылымына сандық тәуелділігін анықтады. Әрбір құрылымдық бөлімше ГЛБ санына ықпал етеді.

Гриффин бойынша ГЛБ саны құрайды:

гидрофильді топтар үшін: -СООК - 21, 1; -СООNa - 19, 1; -СООН - 2, 4; -ОН - 1, 9; =О - 1, 3;

гидрофобты топтар үшін: =СН-; - СН ₂ ; - СН _з =С=С - 0, 475.

Осы деректер негізінде ГЛБ санын теңдеу арқылы есептеуге болады:

Мұндағы, ∑(ГЛБ) _г барлық гидрофильді тозаңдардың ГЛБ сандарының соммасы; ∑(ГЛБ) _л - липофильді (гидрофобты) топтардың ГЛБ сандарының сомасы.

ГЛБ эмпирикалық санының физикалық мағынасы, олар "май" кезеңді бөлу шекарасында ББЗ молекулар адсорбциясының жұмысын "су" кезеңі бар сол шекарада адсорбция жұмысына қатынасын анықтайды. ББЗ-дың ГЛБ санына байланысты белгілі бір мақсатта немесе басқа қолданылады. Мысалы, егер беттік белсенді заттар 7-ден 9-ға дейінгі ГЛБ сандары болса, олар 13-тен 15-ке дейін жуғыш заттар ретінде, 15-тен 16-ға дейін - су ерітінділеріндегі еріткіштер ретінде пайдаланылады.

Мицелланы қалыптастыру мүмкіндігі .

МСК сыни мицелла түзу концентрациясы шекара деңгейінде жатады. Осы концентрацияға жеткеннен кейін сфералық мицеллалар (Гартли мицеллалары) ерітіндіде өздігінен пайда болады және жүйе гетерогенді болады. Коллоидтық ББЗ жағдайы МСК-не жеткенде келесі түрде жазылуы мүмкін (тұз гидролизін есепке алмағанда) :

Лиофильді кірне мицелласы - дифильді молекулалардың ассоциациясы, лиофильді топтары еріткішке айналады, ал лиофобты топтар бір-бірімен байланысып, ядро құрастырады. 2-суретте Гартли мицелласын схемалық түрде көрсетеді. Мицелладағы дифильді молекулалардың мұндай бағыты «микель-дисперсті орта» шекарасында минималды беттік керілуді қамтамасыз етеді.

2-сурет. Гартли мицелласы

Сұрақ туындайды - неге мицеллалар қалыптастыру өздігінен жүреді, өйткені жаңа кезеңнің қалыптасуы үнемі энергия шығынын талап етеді. Дисперсиялық ортадағы шекарадағы беттік кернеу минималды болғандықтан, мицелланыі пайда болуына жұмсалатын энергия аз. Бұл энергия көмірсутек тізбектерінің тығыз орамасының нәтижесінде пайда болған сұйық көмірсутек болып табылатын, мицелланың ядросына ББЗ-дың молекулаларының көмірсутегі құйрықтарын алып тастау салдарынан энергияны жоғарылатудан асып түседі. Бұл пайда 1, 08 кТ (k - Больцмана тұрақтысы, T - температура), яғни, әрқайсысы 2, 6 кДж тең, Т = 298 К кезінде мицелланы қалыптастыру жүйенің еркін энергиясы азаюымен бірге жүреді. Гартли мицелласының диаметрі ББЗ молекуласының ұзындығынан екі еселенуіне тең. Мицелланы құрайтын ББЗ молекулаларының саны n байланыс қауымдастығының саны деп аталады. Бұл сан тез арада ББЗ концентрациясының тар диапазонында, әдетте, 20-дан 100-ге дейін (кейде көп) өседі. Иондық ББЗ үшін, n температура төмендегенде және электролит қосқанда ұлғаяды. Иондық емес ББЗ үшін температураның жоғарылауы n-ның ұлғаюына әкеледі, ал электролиттерді енгізу қауымдастықтардың санына әсер етпейді. Мицелладағы барлық молекулалардың молекулалық массаларының қосындысы мицеллярлы массасы деп аталады. Белгілі бір концентрацияға жеткенде, сфералық мицеллалар бір-бірімен өзара байланысады, бұл олардың деформациясына әкеледі. Мицелла цилиндрлік, дискі тәрізді, таяқша тәрізді, пластина тәрізді нысандарды алуға бейім. Мұндай мицеллалар Мак-Бен мицеллалары деп аталады. 10-50 есе үлкен МСК концентрацияларында мицеллалар тізбекті бағдарға ие және еріткіш молекулалармен бірге сұйық кристалды құрылымды құрайды. ББЗ концентрациясының одан әрі артуымен сұйық-кристалды құрылым гель тәрізді құрылымға, содан кейін қатты кристалды құрылымға айналады. ББЗ ерітінділерде мицеллярлы түрдегі зат саны молекулярлық жағдайда оның мөлшерінен бірнеше есе артық болуы мүмкін. Бұл нысандар тепе-теңдікке ие, олардың күйі концентрацияға байланысты:

Молекулярлы ерітінді ↔︎ Гартли миццеласы ↔︎ Диск тәрізді ↔︎

↔︎ Цилиндрлі ↔︎ Пластина тәрізді ↔︎

Мак-Бен миццеллалары

↔︎ Сұйық-кристаллды құрылым ↔︎

↔︎ Гельтәрізді құрылым ↔︎

↔︎ ББЗ қатты кристаллдық

Солюбилизация

Солюбилизация - беттік активті мицеллалардағы заттардың еруі туралы құбылыс. Солюбилизация - бұл өздігінен жүретін және қалпына келетін процесс. Сулы мицеллярлық жүйелерде суда ерімейтін заттар, мысалы, бензол, органикалық бояғыштар, майлар солюбилизацияланады. Мицелланың ядросы полярлы емес сұйықтықтың қасиеттерін көрсетеді.

Солюбилизат - ББЗ-мен солюбилизденген зат.

Солюбилизатор - полярлы емес сұйықтықты солюбилиздейтін ББЗ.

Молярлық солюбилизация (Sm) - 1 мицеллярлы беттік активті затқа қатысты солюбилизатор саны.

Сулы ерітінділерде мицеллаларға солюбилизат молекулаларын қосу

Полярлық органикалық заттар (спирттер, аминдер, қышқылдар) олардың полярлық топтары судың алдында тұратындай ББЗ молекулалар арасында мицеллаға салынады, ал молекулалардың липофильді бөліктері ББЗ көмірсутекті радикалдарына параллель бағдарланған. әдісі заттың сипатына байланысты. Ионды емес ББЗ үшін, мицеллаларға солюбилизатты қосудың үшінші тәсілі тән: солюбилизат молекулалары, мысалы, фенол, мицеллаларға енбейді, бірақ олардың бетіне бекітілген полиоксиэтилен тізбектерінің арасында орналастырылады.

Мицеллалардағы полярлы емес көмірсутектерді солюбилизациялануы кезінде көмірсутек тізбектері бір-бірінен ауытқып кетеді, нәтижесінде мицеллалар мөлшері артады. Көмірсутектерді солюбилизациялау ББЗ-дың концентрациясы жоғарылауынан коллоидтық ББЗ-дың қасиеті артады. ББЗ-дың су ерітінділерінде еруі, әдетте, ББЗ-ң гидрофобтығымен және солюбилизаттың гидрофильділігімен артады. Солюбилизация құбылысы ББЗ-дың қолданылуымен байланысты түрлі процестерде кеңінен қолданылады, олардың кейбіреулері:

Эмульсиялық коагуляция;
Эмульсиялық майлау материалдарын өндіру;
Фармацевтика өндірісі;
Тамақ өнімдерін өндіру.

ББЗ-дың жуғыш заттың әсеріндегі шешуші фактор - солюбилизация. Сондай-ақ, ол зат алмасу процесіндегі байланыстардың бірі ретінде тірі ағзалардың өмірлік белсенділігіне кіреді.

2. Миццела түзілудің сына концентрациясы (МСК) және оны анықтау

МСК-ға әсер ететін факторлар:

• көмірсутек тізбегінің құрылымы мен ұзындығы;

• полярлық топтың сипаты;

• ерітіндіде индифферентті электролиттер мен электролит еместердің болуы;

• температура.

Алғашқы екі факторлардың әсер етуін формула көрсетеді:

RT ln МСК = a - bn

Мұнда, а - полярлық топтың еріген энергиясын сипаттайтын тұрақтылық; b - - CH ₂ - бір тобына еріту энергиясын сипаттайтын тұрақтылық; n - - CH ₂ - топтардың саны.

Берілген теңдеуден гидрофобты топтың ерігіштігі неғұрлым көп болған сайын және санның көбеюінен, МСК-ң кішігірім шамасы азаяды, яғни, мицелла соғұрлым оңай түзіледі.

Керісінше, топтағы судың ерігіш қуаты қаншалықты үлкен болса, оның рөлі суда пайда болатын серіктестерді сақтау болып табылады, МСК неғұрлым ауқымды. Иондық ББЗ МСК шамасы бірдей гидрофобты молекулалары бар иондық еместен әлдеқайда үлкен.

Геномдық емес беттік-белсенді заттардың су ерітінділеріне электролиттерді енгізу МСК шамасы мен мицеллалар мөлшеріне аз әсер етеді.

Иондық ББЗ-дың су ерітінділеріне электролиттерді енгізу өте маңызды әсерге ие, бұл мына теңдеу арқылы бағалануы мүмкін:

ln MCK = a’ - b’n - k ln c

мұнда, a’ және b’ тұрақты, яғни жоғарыда берілген теңдеуінде а және b сияқты физикалық мағынаға ие; k - тұрақты; c - индифферентті электролит концентрациясы.

Бұл теңдеуден индифферентті электролит (с) концентрациясының жоғарылауы МСК-ны азайтатыны көруге болады.

ББЗ-дың сулы ерітінділеріне электролит еместерді (органикалық еріткіштерді) енгізу МСК өзгеруіне әкеледі. Еріткіштерді алу кезінде мицеллалардың тұрақтылығы артады, яғни, МСК азаяды. Егер солюбилизация байқалмаса (яғни, электролит емес молекулалар мицеллге енбесе), әдетте, олар МСК-ны көбейтедi.

Температураның әсер етуі

Температураның иондық және иондық емес ББЗ-дың МСК-ға әсері әр түрлі. Температураның жоғарылауы жылу қозғалысының бөлшектеу әсеріне байланысты иондық ББЗ-дың МСК-ның температурасы өсуіне әкеледі.

Температураның жоғарылауы оксиэтилен тізбектерін сусыздандыру салдарынан иондық емес ББЗ МСК-ның төмендеуіне әкеледі.

Мицелла түзілудің критикалық концентрациясын анықтау әдістері

МСК-ны анықтау әдістемесі ББЗ-дың концентрациясының өзгеруі кезінде физикалық-химиялық қасиеттерінің күрт өзгеруін тіркеуге негізделген. Бұл ерітіндідегі ББЗ мицеллдің түзілуі жаңа фазаның пайда болуын білдіреді және бұл жүйенің кез-келген физикалық-химиялық қасиеттерінің түбегейлі өзгеруіне әкеледі.

Тәуелділіктер қисықтары бойынша «ББЗ қасиеті - ББЗ концентрациясы» бұрылыс пайда болады. Бұл жағдайда қисықтардың сол жақ бөлігінде (төмен концентрацияларда) молекулалық (иондық) күйдегі беттік активтің ББЗ ерітіндісінің сәйкес қасиетін сипаттайды, ал оң жақ бөлігі - коллоидтық күйде сипатталады. Үзіліс нүктесінің абсцисі шартты түрде бета-белсенділіктің молекулаларының (иондардың) мицеллаларға өтуіне сәйкес келеді - яғни, сындық мицелла концентрациясы (МСК) .

Осы әдістердің кейбірін қарастырып көрейік.

МСК-ні анықтаудың кондуктометрлік әдісі

Кондуктометрлік әдіс беттік активті ерітінділердің электр өткізгіштігін өлшеуге негізделген. Оны тек ионды ББЗ үшін ғана қолдануға болады. МСК-ге дейінгі концентрация ауқымында ББЗ концентрациясына тән және баламалы электрөткізгіштігінің тәуелділігі орта күшіне ие электролиттердің шешімдеріне ұқсас тәуелділіктерге сәйкес келеді.