ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение адсорбционного слоя на границе раствор — газ из "Курс коллоидной химии" Выше мы рассматривали адсорбцию на поверхности раздела раствор — газ в основном с термодинамической точки зрения. Рассмотрим теперь ориентацию молекул поверхностно-активных веществ на границе раствор — газ и строение адсорбционного слоя. [c.128] Чтобы получить представление о строении адсорбционного слоя на поверхности раздела, рассмотрим результаты исследования строения пленок, образуемых пр.и нанесении на поверхность воды различных жидкостей, мало растворимых в воде. Небольшое количество такой жидкости, нанесенное на неограниченно большую поверхность воды, либо образует линзообразную каплю, когда притяжение молекул жидкости больше друг к другу, чем к молекулам воды, либо растекается по воде, образуя тончайший мономолеку-лярный слой, когда притяжение молекул жидкости к воде больше, чем друг к другу. Образование капель наблюдается в том случае, когда наносимая на поверхность воды жидкость неполярна. Растекание и образование мономолекулярного слоя происходит тогда, когда молекулы жидкости дифильны. Растекающимися на поверхности воды, но практически не растворяющимися в ней являются высшие жирные кислоты, спирты, амины. [c.128] Мономолекулярные пленки на поверхности воды могут находиться в трех состояниях газообразном, жидком и твердом. Жидкие и твердые поверхностные пленки называются также конденсированными пленками. Агрегатное состояние мономолекулярной пленки определяется молекулярными силами, действующими между молекулами пленки. [c.128] Газообразные поверхностные пленки. Если силы, действующие между молекулами в пленке, сравнительно невелики, то. молекулы поверхностно-активного вещества при достаточно большой предоставленной им поверхности воды стремятся рассеяться по ней и удалиться друг от друга на возможно большие расстояния. В результате теплового движения молекулы все время перемещаются по поверхности воды независимо друг от друга, что обусловливает поверхностное давление, действующее в направлении, противоположном поверхностному натяжению. Такую пленку с полным основанием можно считать двухмерным газом, поскольку молекулы этого газа не могут оторваться от воды и вынуждены двигаться только в двух измерениях. [c.128] Расположение молекул двухмерного газа на поверхности воды схематически показано на рис. V, 4а. [c.129] Аналогия между трехмерным и двухмерным газом не ограничивается существованием в том и другом случае давления газа. Существенно, что и для того и для другого газа может быть применено уравнение состояния одного и того же вида. Это легко показать следующим образом. [c.129] В самом деле, в уравнении Менделеева — Клапейрона V — объем трехмерного газа, а в уравнении (V, 26) со — объем двухмерного газа, т. е. его поверхность. В уравнении Менделеева — Клапейрона р — давление, а в уравнении (V, 26) А — уменьшение поверхностного натяжения в результате действия поверхностного давления, т. е. величина, равная давлению двухмерного газа. [c.130] В уравнении (V, 27) величины аир отвечают постоянным а и Ь Б уравнении Вак-дер-Ваальса. При этом поправка а/ш , обусловленная существованием сил притяжения между углеводородными радикалами лолекул, начинает сказываться только при их достаточной длине. [c.130] Конденсированные (жидкие и твердые) пленки. Если тангенциально действующие силы между углеводородными радикалами молекул поверхностно-активных веществ в поверхностной пленке велики, то молекулы слипаются и образуют крупные конденсированные острова , в которых тепловое движение молекул сильно затруднено. В таких островах молекулы обычно ориентируются параллельно друг другу и перпендикулярно поверхности воды, образуя своеобразный частокол . Впрочем, согласно высказываниям некоторых исследователей, молекулы в такой пленке могут быть ориентированы и под некоторым углом к поверхности. Отдельные молекулы, конечно, могут отрываться от этих островов и заполнять поверхность между ними в, виде разреженной газообразной пленки. Такое явление аналогично испарению жидкости или сублимации твердого тела. Строение конденсированных пленок показано схематически на рис. V, 4 б. [c.130] Конденсированные пленки обычно жидкие и молекулы в них перемещаются довольно свободно. Однако если действующие между радикалами молекул силы настолько велики, что молекулы не могут перемещаться, то конденсированные пленки можно рассматривать как твердые. Это имеет место при относительно очень длинных углеводородных радикалах дифильных молекул, содержащих больше 20—24 атомов углерода. О наличии у конденсированных пленок свойств твердого тела можно убедиться, нанося на них легкий порошок. Если пленка твердая, то при осторожном сдувании порошок остается неподвижным. Если пленка жидкая, порошок передвигается по поверхности. Другой метод определения агрегатного состояния пленки состоит в том, что в жидкость наполовину погружают маленький стеклянный диск, подвешенный на кварцевой нити к горизонтально вращающейся головке. Если пленка твердая, то при вращении головки образуется некоторый угол закручивания, прежде чем диск, разорвав пленку, последует за головкой. Если же пленка жидкая, диск следует за закручиваемой головкой без образования угла закручивания. [c.131] Следует указать, что помимо описанных выше типов пленок существуют еще так называемые растянутые пленки, промежуточные по свойствам между газообразными и конденсированными пленками. Такие пленки образуются, например, из конденсированных пленок при повышении температуры. В определенном интервале температур конденсированные пленки расширяются, после чего площадь, занимаемая пленкой, уже почти не зависит от температуры. Полагают, что в растянутых пленках углеводородные цепи молекул не ориентированы параллельно, а до известной степени переплетены между собой или, по крайней мере, энергетически взаимодействуют друг с другом (слипаются), лежа плашмя на воде, что и препятствует неограниченному растеканию пленки. Полярные же группы молекул в таких пленках относительно свободно движутся в приповерхностном слое воды. Измерения, проведенные с помощью весов Ленгмюра (которые описаны нил е), показали, что в растянутых пленках площадь, занимаемая молекулой, имеет промежуточное значение, между площадями молекул, ориентированных по нормали к поверхности воды и лежащих на ней плашмя . [c.131] Вернуться к основной статье