Адсорбция пав в системе воздух-вода

Вода является полярной фазой, воздух – неполярной, т.к. состоит из неполярных молекул азота и кислорода. В соответствии с правилом Ребиндера молекула ПАВ ориентируется на границе раздела фаз таким образом, что полярная группа направлена в воду, а гидрофобная часть - к неполярной части (воздух), выравнивая, таким образом, полярность контактирующих фаз. При этом на границе раздела фаз образуется мономолекулярный слой ПАВ.

У дифильных молекул с короткой углеводородной цепью преобладают гидрофильные свойства, поэтому такие молекулы хорошо растворимы в воде. С удлинением углеводородной цепи усиливаются гидрофобные свойства молекул, и понижается их растворимость в воде, поэтому они в большей степени вытесняются на поверхность, вызывая снижение поверхностного натяжения.

Влияние природы ПАВ на их поверхностную активность описывается правилом Траубе-Дюкло (рис. 4):

 Поверхностная активность ПАВ в разбавленных водных растворах при одинаковой молярной концентрации увеличивается в 3-3,5 раза при удлинении гидрофобной части на одну метиленовую группу (–СН₂ –).

И з графика видно: чем длиннее углеводородная цепь, тем больше снижается поверхностное натяжение водного раствора.

Рис. 4. Зависимость поверхностного натяжения от природы ПАВ

Правило Траубе-Дюкло соблюдается для водных растворов некоторых ПАВ при небольшой длине УВ-радикала и комнатной температуре.

В зависимости от концентрации ПАВ в растворе строение поверхностного слоя будет различным. При небольших концентрациях молекул в поверхностном слое углеводородные цепи лежат на поверхности, а полярная группа погружена в воду. По мере увеличения концентрация ПАВ углеводородные цепи поднимаются и при концентрации, которая соответствует мономолекулярному слою, полностью заполняющему поверхность, они размещаются перпендикулярно поверхности. При дальнейшем увеличении концентраций ПАВ в растворе строение адсорбционного слоя, а также поверхностное натяжение не изменяются.

Для характеристики поверхностной активности молекул ПАВ можно использовать их гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ). ГЛБ заключается в том, что в молекуле любого поверхностно-активного вещества имеется определенное соотношение между активностями гидрофильных и гидрофобных групп. От соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств зависит пригодность ПАВ для той или иной цели. Так, для пеногасителей нужны ПАВ, в молекулах которых гидрофобные свойства значительно превосходят гидрофильные. Для получения эмульсий масло в воде необходимы ПАВ, в молекулах которых гидрофильные свойства уже становятся заметными, но гидрофобные свойства еще сильно преобладают. Для получения эмульсий воды в масле нужны ПАВ, в молекулах которых гидрофобные свойства уже близки к гидрофильным свойствам. При использовании ПАВ в качестве моющих средств применяют вещества, в молекуле которых гидрофобные свойства выражены незначительно меньше, чем гидрофильные свойства.

Ж идкости, резко отличающиеся по полярности, например, вода и масло, при смешивании всегда расслаиваются. Появится граница раздела между ними. Если в этой системе растворить ПАВ, то они будут адсорбироваться на границе раздела фаз, снижая межфазное поверхностное натяжение. Молекулы ПАВ своей полярной гидрофильной частью будут ориентированы к воде (полярной жидкости), а гидрофобной - к маслу (неполярной жидкости). Положение молекул ПАВ на границе будет зависеть от соотношения активностей полярного и неполярного фрагментов, т.е. от величины ГЛБ.