ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхностно-активные вещества. Адсорбция на границе раздела 1 водный раствор — воздух (собственный пар) из "Курс коллоидной химии" Поверхностное натяжение воды при 20°С равно 72,75 эрг1см . Его можно уменьшить, растворяя в воде некоторые вещества, называемые поверхностно-активными. Поверхностно-активными веществами являются органические соединения, в молекулы которых входят одновременно и Лолярная группа (например, ОН, СООН, МНг) и неполярная углеводородна цепь-Примерами таких соединений могут служить одноосновные жирные кислоты и одноатомные спирты. Схематически молекула поверхностно-активного вещества изображена на рис, 22. [c.56] Молекулы поверхностно-активного вещества называют ди-фильными, т. е. обладающими двойным сродством—одновременно и с полярной и с неполярной фазой. [c.57] Концентрируясь на поверхности раздела фаз, дифильные молекулы (например, молекулы бутилового спирта) покрывают поверхность раствора слоем толщиной в одну молекулу поверхностное натяжение воды при этом уменьшается, так как сам бутиловый спирт обладает значительно меньшим поверхностным натяжением, чем чистая вода. [c.57] В противоположность поверхностно-активным веществам существуют поверхностно-неактивные, например сильные электролиты. Последние обычно не понижают, а несколько повышают поверхностное натяжение воды и не адсорбируются на поверхности раздела водного раствора с собственным паром. [c.57] На рис. 26 представлен график уравнения Лангмюра, показывающий, что адсорбция Г растет с ростом концентрации с до предельного значения Г, после чего дальнейшее увеличение концентрации не изменяет адсорбцию. [c.59] Уравнение Шишковского было положено американским физико-химиком Лангмюром в основу его обобщающих работ по адсорбции дифильных молекул на поверхности водный раствор — воздух, опубликованных в 1917 г. Константы а и й в уравнении Шишковского непосредственно связаны с константами Лангмюра а — постоянная для всего данного гомологического ряда (она равна / Т), й —вторая постоянная из уравнения Лангмюра, обозначаемая той же буквой, что и в уравнении Шишковского. Как уже указывалось, й изменяется в гомологическом ряду, увеличиваясь при переходе к каждому высшему гомологу в постоянное число раз (в 3—3,5 раза). Поверхностная активность вещества, или его способность понижать поверхностное натяжение, также увеличивается при переходе к каждому высшему гомологу в 3— 3,5 раза. Эта зависимость была установлена и сформулирована как эмпирическое правило Траубе и затем подтверждена опытами Шишковского. [c.60] На рис. 28 представлен график зависимости поверхностного натяжения от концентрации для водных растворов гомологического ряда предельных жирных кислот. Как видно на рисунке, чем выше стоит вещество в гомологическом ряду, тем сильнее оно понижает поверхностное натяжение воды при данной концентрации. [c.61] Таким образом, выясняется физический смысл и второй константы уравнений Лангмюра и Шишковского константа Ь — это удельная поверхностная (или адсорбционная) активность вещества, выражающая стремление его молекул собираться на поверхности раздела водного раствора с собственным паром. [c.61] Если капля жидкости растекается по поверхности или об-рдзует с ней острый краевой угол, принято говорить, что жидкость смачивает данную твердую поверхность (см. рис. 29, а). [c.62] Мы видим, таким образом, что понижают поверхностное натяжение твердых тел и смачивают их поверхности только, жидкости, родственные им по своей природе — по химическому строению и полярности. [c.63] Гидрофобные поверхности можно гидрофилизировать слоями поверхностно-активных веществ. Можно, например, добиться смачивания гидрофобной поверхности парафина водой, если растворить в воде небольшое количество поверхностно-активного вещества. [c.64] В технике размолотую а порошок руду энергично размешивают в воде, к которой прибавляют небольшое количество масла. Основная пустая порода кварц, известняк, гранит — обычно гидрофильна она целиком остается в воде и оседает на дно. Ценная часть — частицы полезного минерала — гидрофоб-на, избирательно смачивается маслом и переходит в масляный слой, из которого собирается в отстойный сосуд. Если ценная часть недостаточно гидрофобна, ее можно гидрофобизировать, до авив к воде поверхностно-активные вещества, которые должны избирательно адсорбироваться крупинками полезного минерала. Вместо того чтобы добавлять к воде масло, можно создать на поверхности воды пену, энергично пропуская воздух через воду. Тогда гидрофобные частицы руды будут прилипать к пузырькам воздуха и удаляться вместе с пеной в отстойник. Такая флотация называется пенной в отличие от описанной выше масляной. [c.64] Экспериментально адсорбцию растворенных веществ на твердых адсорбентах обычно изучают, измеряя концентрацию раствора до того, как раствор был в контакте с адсорбентом (начальная концентрация Со моль/л), и после наступления адсорбционного равновесия (равновесная концентрация моль л). [c.65] Таким образом, эксперпметальное изучение адсорбции из раствора на твердых веществах, заключается, прежде всего, в измерении начальной и равновесной концентраций. Методы измерения концентрации могут быть любыми, но, измеряя равновесную концентрацию, надо иметь в виду, что адсорбци онное равновесие наступает очень быстро лишь на гладких поверхностях, где можно ускорить процесс перемешиванием. Большинство же твердых адсорбентов, (например, активированный уголь, силикагель) пористы, и скорость адсорбции на них зависит от скорости диффузии вещества в порах (капиллярах). Поэтому адсорбционное равновесие для мелкопористых адсорбентов устанавливается иногда в течение нескольких суток. Для крупнопористых углей равновесие устанавливается быстрее— менее чем за час. [c.65] В противоположность уравнению Лангмюра, выведенному на основании теоретических предпосылок, это уравнение эмпирическое. [c.66] Общая теория адсорбции растворенных веществ на твердой поверхности пока еще не разработана, однако мы имеем право качественно характеризовать явление с термодинамической точки зрения. Основное уравнение Гиббса, экспериментально подтвержденное для жидких поверхностей раздела, должно быть применимо и здесь. [c.66] Вернуться к основной статье