РЕФЕРАТ
Натему: Поверхностно-активные вещества
Поверхностно-активныевещества
Поверхностно-активные вещества,вещества, способные накапливаться (сгущаться) на поверхности соприкосновениядвух тел, называемой поверхностью раздела фаз, или межфазной поверхностью. Намежфазной поверхности ПАВ. образуют слойповышенной концентрации — адсорбционный слой.
Любое вещество в виде компонента жидкого раствора или газа (пара) присоответствующих условиях может проявить поверхностную активность, т. е.адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или инойповерхности понижая её свободнуюэнергию. Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества,адсорбция которых из растворов уже при весьма малых концентрациях (десятые исотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения.
Типичные ПАВ — органические соединения дифильного строения, т. е. содержащие вмолекуле атомные группы, сильно различающиеся по интенсивности взаимодействия сокружающей средой (в наиболее практически важном случае — водой). Так, вмолекулах ПАВ имеются один или несколькоуглеводородных радикалов, составляющих олео-, или липофильную, часть (она же — гидрофобная часть молекулы), и одна или несколько полярных групп — гидрофильнаячасть Слабо взаимодействующие с водой олеофильные (гидрофобные) группыопределяют стремление молекулы к переходу из водной (полярной) среды вуглеводородную (неполярную). Гидрофильные группы, наоборот, удерживают молекулув полярной среде или, если молекула ПАВ находится в углеводородной жидкости,определяют её стремление к переходу в полярную среду.Т.О.поверхностнаяактивность ПАВ растворённых в неполярных жидкостях, обусловлена гидрофильнымигруппами, а растворённых в воде — гидрофобными радикалами.
По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные, или ионогенные, и неионные, илинеионогенные. Ионные ПАВ диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладаютадсорбционной (поверхностной) активностью, другие (противоионы) — адсорбционнонеактивны. Если адсорбционно активны анионы, ПАВ называются анионными, илианионоактивными, в противоположном случае — катионными, или катионо-активными.Анионные ПАВ — органические кислоты и их соли, катионные — основания, обычноамины различной степени замещения, и их соли. Некоторые ПАВ. содержат и кислотные,и основные группы. В зависимости от условий они проявляют свойства или анионных,или катионных ПАВ поэтому их называют амфотерными, или амфолитными, ПАВ.
Все ПАВ. можно разделить на две категории по типу систем, образуемых ими привзаимодействии с растворяющей средой. К одной категории относятсямицеллообразующие ПАВ., к другой — не образующие мицелл. В растворахмицеллообразующих ПАВ. выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ)возникают коллоидные частицы (мицеллы), состоящие из десятков или сотен молекул(ионов). Мицеллы обратимо распадаются на отдельные молекулы или ионы приразбавлении раствора (точнее, коллоидной дисперсии) до концентрации ниже ККМ.Таким образом, растворы мицеллообразующих ПАВ. занимают промежуточное положениемежду истинными (молекулярными) и коллоидными растворами (золями),поэтому их часто называют полуколлоидными системами. К мицеллообразующимПАВ. относят все моющие вещества, эмульгаторы, смачиватели, диспергаторы и др.
В мировом производстве ПАВ. большую часть составляют анионные вещества. Срединих можно выделить следующие основные группы: карбоновые кислоты, а также ихсоли, алкилсульфаты (сульфоэфиры), алкилсульфонаты и алкил-арилсульфонаты, пр.продукты. Наиболее распространены натриевые и калиевые мыла жирных и смоляныхкислот; нейтрализованные продукты сульфирования высших жирных кислот, олефинов,алкилбензолов. Второе место по объёму промышленного производства занимаютнеионные ПАВ. — эфиры полиэтиленгликолей. Большинство неионных ПАВ. получаютприсоединением окиси этилена к алифатическим спиртам, алкилфенолам, карбоновымкислотам, аминам и др. соединениям с реакционноспособным атомом водорода.Ассортимент ПАВ. чрезвычайно велик. Приведённые ниже данные (1971) позволяютвидеть соотношение объёмов производства ПАВ. различных типов.
Поверхностно-активные вещества
тыс. т
%
Анионные
Неионные
Катионные и пр.
2480
1160
360
62
29
9
Всего
4000
100
Мировоепроизводство ПАВ. постоянно возрастает, причём доля неионных и катионныхвеществ в общем выпуске всё время увеличивается. В зависимости от назначения ихимического состава ПАВ. выпускают в виде твёрдых продуктов (кусков, хлопьев,гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей). Особоевнимание всё больше и больше уделяется производству ПАВ. с линейным строениеммолекул, которые легко подвергаются биохимическому разложению в природныхусловиях и не загрязняют окружающую среду.
ПРИМЕНЕНИЕ В БЫТУ И НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ
ПАВ. находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине,быту. Важнейшие области потребления ПАВ.: производство мыл и моющих средствдля технических и санитарно-гигиенических нужд; текстильно-вспомогательныхвеществ, т. е. веществ, используемых для обработки тканей и подготовки сырьядля них; лакокрасочной продукции. ПАВ. используют во многих технологическихпроцессах химических, нефтехимических, химико-фармацевтических, пищевойпромышленности. Их применяют как присадки, улучшающие качество нефтепродуктов;как флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых компонентыгидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д. ПАВ. облегчаютмеханическую обработку металлов и др. материалов, повышают эффективностьпроцессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел. Незаменимы ПАВ. какстабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий,паст, эмульсий, пен). Кроме того, они играют важную роль в биологическихпроцессах и вырабатываются для «собственных нужд» живыми организмами.Так, поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав жидкостейкишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов растений.
Моющие средства. Основное и традиционное применение ПАВ как мыло ичистящих средств в различных процессах чистки изделий. Мыла использовалисьчеловеком на протяжении 2000 лет для чистки различных изделий и личной гигиены.С тех пор состав мыла практически не изменился. Сегодня в магазинах можноувидеть мыла различных цветов и ароматов с различными добавками(антиперсперанты и т.д.). Синтетические моющие средства используются для чисткиодежды, посуды и прочих вещей в доме. В прошлом такая чистка занимала многовремени, требовала больших механических затрат и использования большогоколичества воды. Современные ПАВ позволяют уменьшить эти затраты и повыситькачество чистки. ПАВ обладают дезинфицирующими свойствами и широкоиспользуются больницами и поликлиниками вместо обыкновенного мыла. Косметика. Основное направление использование ПАВ в косметике — заменить натуральные компоненты (масла) на синтетические (растворы и эмульсиии ПАВ) с более низкими токсическими и аллергическими свойствами. Текстильная промышленность. ПАВ используются в основном для снятия статического электричества на волокнах синтетической ткани. Кожевенная промышленность. Защита кожаных изделий от легких повреждений и слипания Лакокрасочная промышленность. ПАВ используются для снижения поверхностного натяжения для того чтобы красочный материал мог легко проникнуть в маленькие углубления на поверхности обрабатываемого материала и заполнить их, вытесняя при этом другое вещество из углубления (например, воду). Бумажная промышленность. ПАВ используются для разделения чернил и варёной целлюлозы при переработке использованой бумаги. Молекулы ПАВ адсорбируются на пигменте чернил. Пигмент становится гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента чернил всплывают на поверхность. См. флотация. Металлургия. Эмульсии ПАВ используются для смазки прокатных станов. Снижают трение и устойчивы при высоких температурах, тогда как масло сгорает. Защита растений. ПАВ широко используются в агрономии и сельском хозяйстве для образования эмульсий. ПАВ используются для повышения эффективности транспортировки питательных компонентов в растения через мембранные стенки. Пищевая промышленность. ПАВ используются в двух случаях: при подготовке упаковки для продуктов, а также для мойки тары. В продуктах ПАВ применяется в мороженом, шоколаде, взбитых сливках и соусах для салатов и других блюд. Нефтедобыча. ПАВ применяются для гидрофобизации призабойной зоны пласта (ПЗП) с целью увеличения нефтеотдачи.