ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Типы поверхностных пленок из "Курс коллоидной химии 1995" Практически нерастворимыми являются гомологи органических соединений с большим числом неполярных углеводородных групп (например, пс 12 для одноосновных жирных кислот). В то же время для образования пленки необходимо, чтобы вещество растекалось по поверхности воды. [c.98] Этому условию удовлетворяют молекулы с полярными группами, хорошо взаимодействующие с водой. Так, некоторые вещества жидкие (олеиновая кислота) и твердые (камфора)] растекаются по поверхности воды самопроизвольно. Этот процесс может быть назван двумерным растворением. Пленки других веществ (стеариновая кислота) получают нанесением на поверхность воды раствора этих веществ в каком-либо летучем растворителе (например, бензоле) с последующим его испарением. [c.98] Возможность прямого, непосредственного определения величин я и п . дает большое преимущество по сравнению с исследованием поверхностных слоев ПАВ. Так, можно сразу же найти площадь, приходящуюся на молекулу в пленке А, а также толщину пленки б=У/з, как показал в своих классических работах Франклин. [c.99] Первые количественные исследования были проведены в ХУП в. Франклином. Из данных по измерению 5 пленки, зная объем нанесенного масла, Франклин нашел, что толщина пленки б = У1з обычно равна 25 10 см = = 2,5 нм, и высказал предположение, что она соответствует размеру мельчайших частиц, составляющих вещество. Наряду с этой важной, первой в истории естествознания, оценкой размеров молекул, Франклин использовал найденную величину для практического расчета количества масла, необходимого для гашения волн так, чайная ложка масла образует пленку площадью 2000 м . [c.99] Не входя в подробное рассмотрение истории исследования поверхностных пленок, отметим лишь важнейшие этапы —труды лорда Рэлея, показавшие, что а уменьшается при образовании пленки, и позволившие ему в конце XIX в. сформулировать представление о мономолекулярном слое на поверхности воды, а также работы Ленгмюра (начало XX в.), который впервые исследовал пленки индивидуальных химических веществ и разработал метод прямого измерения давления пленок. [c.99] Накопленный экспериментальный материал показывает, что пленка при достаточной площади представляет собой монослой если доступная площадь мала, то в монослое образуются линзы (капли) излишнего масла. Если же площадь велика и вокруг пленки остается свободная поверхность воды, то на нее из пленки вылетают молекулы, кинетическая энергия которых превышает W (число таких горячих молекул определяется законом Больцмана). Таким образом, вокруг плотной мономолекулярной пленки все свободное пространство о хваты-вает пленка двумерного газа, находящаяся в динамическом равновесии со сплошной пленкой. [c.99] Распространяющиеся по поверхности воды молекулы масла ударяют о преграду, сдвигают плавающие частицы талька или сплошные барьеры, например тончайшие листочки слюды, помещенные на поверхности воды, создавая поверхностное давление я. [c.100] Эта работа равна изменению свободной поверхностной энергии при замене поверхности чистой воды (с энергией ао) на поверхность, занятую пленкой (б) л1с1х= (ао—а) 1з = 1йх, т. е. [c.100] Это уравнение вполне эквивалентно уравнению (VI.38), но получено для другого класса систем — поверхностных пленок, и не путем формального введения величины л, а на основании рассмотрения реальных молекулярных ударов, смещающих подвижный барьер. [c.100] Отметим, что в этой модели представление о а как о силе упругой стягивающейся пленки также не имеет ясного физического истолкования, поскольку, проводя трехмерную аналогию, нам пришлось бы говорить о втягивающей силе вакуума, тогда как представление о молекулярных ударах, приводящее в подобной аналогии к обычному давлению, имеет совершенно определенный смысл. Это поверхностное давление вполне реально, его можно измерить весьма точно, соединяя подвижный поплавок с динамометрическим устройством. [c.100] На этом принципе основаны пленочные весы Ленгмюра , которые позволяют измерять я с чувствительностью до 10 Н/м [6, с. 39 . На этих измерениях основаны механические методы исследования пленок. [c.100] Пленки изменяют не только механические, но и другие свойства поверхности раздела, в частности оптические и электрические. Соответственно существуют оптические и электрические методы исследования пленок. [c.100] Второй метод, предложенный Фрейндлихом еще в 1922 г., заключается в пропускании сквозь пленку плоскополяризованного луча света. При этом возникает эллиптичность поляризации, характеризуемая отношением двух взаимно перпендикулярных электрических векторов, и тем большая, чем больше толщина пленки (или слоя измененного состава в растворах ПАВ). На этом основан современный метод измерения толщины пленки — эллипсометрия [7]. [c.101] Уравнение (VII.7) дает связь между потенциалом пленки и ориентацией молекул. Современные измерительные схемы см. [7]. [c.102] Зная Y в пленке, можно использовать электрический метод для суждения о величине б и, следовательно, о характере ориентации молекул в пленке. Данные, полученные этим методом, рассматриваются ниже. [c.102] Простота и непосредственность измерения столь важных параметров, как Ао, я, 0 в пленках, делает исследование поверхностных пленок весьма ценным для суждения о размерах, форме и тонком строении органических молекул, в частности весьма сложных. Исследование подобных двумерных структур имеет большое значение для биологии. [c.102] Выдающийся физикохимик Доннан пишет Ориентацию молекул и ионов на поверхности раздела мы можем воспринимать как первые признаки организованной структуры жизни . [c.102] Измеряя л методом Ленгмюра и зная молекулярную площадь А=1/у, можно построить кривые сжатия, характеризующие состояние пленки. Пример такой кривой (пока без масштаба) представлен на рис. VU.2. Кривая имеет ступенчатый характер, свидетельствующий об изменениях агрегатного состояния. Познакомимся на примере этой кривой с различными типами поверхностных пленок, с тем чтобы в дальнейшем рассмотреть основные типы более подробно. [c.102] Вернуться к основной статье