4.3 Поверхностно – инактивные вещества

Поверхностно – инактивные вещества являются антиподами ПАВ. Молекулы ПИАВ более полярны, чем молекулы растворителя . Для них силы притяжения молекул растворенного вещества и растворителя больше, чем силы притяжения молекул растворителя между собой,т.е. взаимодействие типа 1-1 < 1-2, и молекулам растворенного вещества выгоднее находиться в окружении молекул растворителя. Вследствии этого молекулы растворенного вещества стремятся мигрировать с поверхности в объем, для системы это термодинамически выгодно. Поэтому ПИАВ характеризуются отрицательной адсорбцией, недостатком вещества на поверхности, для них . ПИАВ обладают высокой растворимостью и значением поверхностного натяжения большим, чем у растворителя, _.

Вследствии высокой растворимости, сродства к растворителю, поверхностно-инактивное вещество хорошо взаимодействует с растворителем и находится в объеме, а не на поверхности. Поверхностное натяжение раствора становится больше, чем чистого растворителя , так как взаимодействие между молекулами ПИАВ и растворителя больше, чем между молекулами растворителя. Поэтому .

Вид изотермы поверхностного натяжения и адсорбции растворов, содержащих ПИАВ, показан на рис. 4.3.

Рис. 3.3 Изотермы поверхностного натяжения (а) и адсорбции (б) растворов ПИАВ.

Наклон изотерм не большой, так как повышение свободной поверхностной энергии невыгодно. Вследствие теплового движения молекулы ПИАВ находятся и в поверхностном слое. Некоторое увеличение поверхностного натяжения, а значит и перекрывается ростом энтропии системы за счет распределения вещества. Если бы в поверхностном слое не было бы молекул адсорбата, энтропия системы была бы меньше.

К ПИАВ относятся неорганические электролиты, образующие гидратированные ионы, кислоты, щелочи, соли, а также хорошо ионизирующиеся органические кислоты, у которых органическая часть отсутствует или мала, например, муравьиная, аминоуксусная кислоты. Так как ионы электролита гидратированы, они не могут подходить к поверхности ближе, чем на толщину гидратной оболочки. Выход иона непосредственно в поверхностный слой термодинамически невыгоден вследствие затраты энергии на гидратацию иона.

Третью группу веществ составляют поверхностно-неактивные вещества. По полярности они близки к растворителю. Для них взаимодействие молекул вещества с молекулами растворителя и взаимодействие молекул растворителя между собой одинаковы, т.е. взаимодействие типа . Поэтому вещество равномерно распределяется в объеме и на поверхности и адсорбция равна нулю, . Значения поверхностного натяжения раствора и чистого растворителя равны, . К поверхностно-неактивным веществам относятся сахара. Изотермы поверхностного натяжения ПАВ, ПИАВ и поверхностно-неактивных веществ показаны на рис. 4.4.

Рис. 4.4 Изотермы поверхностного натяжения.

1 - ПАВ. ; .

2 - неактивные вещества ; .

3 - ПИВ. ; .

После качественного рассмотрения связи адсорбции с поверхностным натяжением перейдем к количественному.