Свойства поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Поверхностно-активные вещества – это химические соединения, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз), и вызывающие снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.

На межфазной поверхности Поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации — адсорбционный слой.

Что такое ПАВ?

Поверхностно-активными веществами (ПАВ) называются вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела фаз и снижающие межфазное поверхностное натяжение.

Строение ПАВ

Строго говоря, очень многие вещества при соответствующих условиях могут проявить поверхностную активность, т. е. адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную энергию.

Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, присутствие которых в растворах уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения вещества этих растворов.

Как правило, такие вещества имеют дифильное строение молекул.

Слово дифильный можно перевести как «двояколюбящий» (от philéo — люблю). Или, выражаясь по-русски, дифильными можно назвать молекулы, имеющие сродство к веществам с разной природой.

Например, вода и масло почти не взаимодействуют друг с другом. Если их смешать в одной ёмкости, то такая смесь через некоторое время расслоится. Вода, как более тяжёлая, окажется внизу ёмкости, а масло соберётся в верхней её части.

Расслоение происходит потому, что масло и вода относятся к разным средам. Между молекулами этих сред действуют принципиально разные силы.

Молекулы воды взаимодействуют друг с другом при помощи ориентационных сил, а молекулы масла – при помощи дисперсионных сил. Таким образом, при встрече вода и масло проявляют друг к другу безразличие.

В молекулах дифильных веществ одновременно присутствуют как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Примером полярных групп могут служить –OH, -COOH, -NO2, -NH2, -CN, -OSO3 и т.д. Неполярной частью молекулы обычно являются углеродные радикалы.

К ПАВам относятся карбоновые кислоты, их соли, спирты, амины, сульфокислоты и другие вещества.

Самым распространённым примером веществ с дифильной структурой являются мыла – натриевые и калиевые соли высших жирных кислот.

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность – способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования или ККМ), с достижением которого при добавлении ПАВ в раствор концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходит самоорганизация молекул ПАВ в объемном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы.

Свойства

Главным физико-химическим свойством, которым обладают поверхностно-активные вещества является их поверхностная, или капиллярная активность, то есть их способность понижать свободную поверхностную энергию (поверхностное натяжение). Это основное свойство ПАВ связано с их способностью адсорбироваться в поверхностном слое на границе раздела двух соприкасающихся фаз: «жидкость-газ» (пар), «жидкость-жидкость», «жидкость-твердое тело». Поверхностно-активные вещества обладают и рядом других свойств, важнейшие из них следующие:

• Пенообразующая способность, то есть способность раствора образовывать устойчивую пену.
• Адсорбция на поверхностях, то есть переход растворенного вещества из объемной фазы в поверхностный слой.
• Смачивающая способность жидкости — это способность смачивать твердую поверхность или растекаться по ней. Например, такого типа вещество представлено в компании «Zfire» в виде пылеподавитель-смачиватель на основе синтетических ПАВ, используемых в горнодобывающей промышленности.
• Эмульгирующая способность, то есть способность раствора веществ образовывать устойчивые эмульсии.
• Диспергирующая способность, то есть способность растворов ПАВ образовывать устойчивую дисперсию.
• Стабилизирующая способность, то есть способность растворов ПАВ сообщать устойчивость дисперсной системе (суспензии, эмульсии, пена) путем образования на поверхности частиц дисперсной фазы защитного слоя.
• Солюбилизационная способность — это способность повышать коллоидную растворимость мало- или совсем нерастворимых в чистом растворителе веществ.
• Моющая способность, то есть способность ПАВ или моющего средства в растворе осуществлять моющее действие.
• Биологическая разлагаемость, то есть способность ПАВ подвергаться разложению под воздействием микроорганизмов, что приводит к потере их поверхностной активности.

Кроме того, компания «Zfire» выпускает пылеподавитель на основе ПАВ и полимеров производимый в компании под торговой маркой пылеподавитель РЗ-Д (для дорожной пыли).

Принцип действия

Если представить действие ПАВ упрощенно, то описать можно следующим образом: благодаря тому, что, ПАВ обладают поверхностной активностью, они снижают поверхностное натяжение воды, поэтому загрязнение лучше отстаёт от поверхности (кожи, волос). Что и обеспечивает перевод загрязнения в раствор, т.е. отмывание загрязнений. Происходит это благодаря тому, что молекула ПАВ имеет двойственную структуру один ее конец гидрофильный (т.е. любит воду) другой липофильный (т.е. любит жир).

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) могут определенным образом располагаться на границе раздела двух фаз, например, таких как вода- воздух или вода- масло. Такое поведение ПАВ объясняется особенностью их строения: молекула ПАВ, например, мыла, включает как полярную, способную ионизироваться гидрофильную группировку, так и неполярную гидрофобную часть – углеводородный радикал. На границе раздела фаз к воде ориентируется гидрофильная группа, а к масляной фазе или воздуху –углеводородный радикал.

В водной среде при определенной концентрации молекулы ПАВ существуют уже не в виде изолированных частиц, а как большие агрегаты – мицеллы, у которых все углеводородные находятся в центре мицеллы, а гидрофильные группы – снаружи. Мицелла способна «захватывать» частички водонерастворимых веществ и создавать стойкие эмульсии, так как слипанию мицелл препятствует одноименный заряд их поверхностей. На этом принципе основано моющее действие мыл. Загрязнение представляют собой жировую пленку с частичками пыли. Мыла эмульгируют загрязнения, после чего эмульсия легко смывается водой.

Области применения

Мировое производство ПАВ постоянно возрастает, причём доля неионных и катионных веществ в общем выпуске всё время увеличивается.

В зависимости от назначения и химического состава ПАВы выпускают в виде твёрдых продуктов (кусков, хлопьев, гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей).

Особое внимание всё больше и больше уделяется производству ПАВ с линейным строением молекул, которые легко подвергаются биохимическому разложению в природных условиях и не загрязняют окружающую среду.

Поверхностно-активные вещества находят применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Важнейшие области потребления ПАВ: производство мыл и моющих средств для технических и санитарно-гигиенических нужд; текстильно-вспомогательных веществ, т. е. веществ, используемых для обработки тканей и подготовки сырья для них; лакокрасочной продукции.

ПАВ используют во многих технологических процессах химических, нефтехимических, химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их применяют:

• как присадки, улучшающие качество нефтепродуктов;
• как флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых;
• компоненты гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д;
• как антипирогенный состав на основе ПАВ (для предотвращения самовозгорания полезных ископаемых).

ПАВы:

• облегчают механическую обработку металлов и др. материалов,
• повышают эффективность процессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел.
• необходимы как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий, паст, эмульсий, пен);
• используются как растворы пылеподавления, снижающие концентрацию пыли в различных областях промышленности;
• вдобавок, они играют важную роль в биологических процессах и вырабатываются для «собственных нужд» живыми организмами.

Как оформить заказ

Для того чтобы узнать цену и скорректировать заказ оставьте заявку или позвоните нашим менеджерам. При оформлении заказа на сайте, вы получите консультацию от наших специалистов. Стоимость продуктов имеющих в составе ПАВ рассчитывается совместно с менеджером компании исходя из производственной мощности каждого отдельного предприятия и завяленных требований к свойствам продукта и условий эксплуатации.