повърхностна активност. Повърхностно активни и повърхностно неактивни вещества. Правилото на Дюкло-Траубе. Правило на Duclos-Traube Формула на правилото на Duclos-Traube

Адсорбция - феноменът на спонтанно натрупване на едно вещество върху повърхността на друго. Веществото, което се адсорбира, се нарича адсорбент;вещество, върху чиято повърхност се извършва адсорбция адсорбент.

Адсорбция върху повърхността на течности

Частиците от вещества, разтворени в течности, могат да се адсорбират върху повърхността на течностите. Адсорбцията съпътства процеса на разтваряне, оказвайки влияние върху разпределението на частиците на разтвореното вещество между повърхностните слоеве на разтворителя и вътрешния му обем.

Адсорбцията върху повърхността на течността може да се изчисли с помощта на уравнението на Гибс:

G - стойността на специфичната адсорбция, mol / m 2;

C - моларна концентрация, mol / m 3;

dσ - промяна в повърхностното напрежение, съответстваща на промяна в концентрацията ΔС;

повърхностна активност.

Ако с увеличаване на концентрацията на веществото, повърхностното напрежение намалява Δ σ< 0, то его адсорбция Г считается положительной (Г >0). Това означава, че концентрацията на веществото в повърхностния слой е по-голяма, отколкото в обема на разтвора.

Ако с увеличаване на концентрацията на вещество повърхностното напрежение на границата на фазите се увеличава Δ σ > 0, тогава адсорбцията се счита за отрицателна Г< 0, это означает, что концентрация вещества в объеме раствора больше, чем в поверхностном слое.

Адсорбция на повърхностно активно вещество

Повърхностно активните вещества са дифилни вещества по природа, те имат полярни (хидрофилни) и неполярни (хидрофобни) части.

Например сапун: C 17 H 35 COONa

неполярен символ полярен символ

части части

Повърхностно активните вещества са положително адсорбиращи вещества, те включват: мазнини, мастни киселини, кетони, алкохоли, холестерол, сапуни и други органични съединения. Когато такива вещества се разтварят във вода, настъпва положителна адсорбция, придружена от натрупване на веществото в повърхностния слой. Процесът на освобождаване на молекулите на тези вещества на повърхността е много полезен, т.к. води до намаляване на повърхностното напрежение на интерфейса. Схема на адсорбция на повърхностно активно вещество:

Способността на веществото да понижава повърхностното напрежение на границата се нарича повърхностна активност.

Правилото на Дюкло-Траубе

Стойността на повърхностната активност на повърхностноактивните вещества - членове на една и съща хомоложна серия органични съединениязависи от дължината на въглеводородния радикал: удължаването на повърхностно активното вещество с една група -CH 2 - увеличава повърхностната активност на веществото с 3-3,5 пъти.

Помислете за правилото на Duclos-Traube, като използвате примера на четири представители на хомоложната серия алкохоли.

Изотерма на повърхностното напрежение:

PIAV адсорбция

По отношение на полярната вода такива вещества са електролити: неорганични киселини, сол, алкали. Разтварянето на тези вещества увеличава повърхностното напрежение, така че повърхностноактивните вещества ще бъдат изтласкани от повърхностния слой в адсорбента. Такава адсорбция се нарича отрицателна. Например: разтварянето на KS1 във вода е придружено от дисоциация на солта, последвано от хидратиране на получените йони.

Схема на адсорбция на PIAV.

Прочети: Анемии, които се развиват в резултат на нарушение на синтеза на глобиновата ДНК, като правило, са хиперхромни макроцитни с мегалобластен тип хематопоеза. инкрементален анализ. Правило за максимизиране на печалбата за инкрементален анализ. По правило белодробният оток се развива много бързо. В тази връзка тя е изпълнена с обща остра хипоксия и значителни нарушения на CBS. Коагулация на золите от електролити. праг на коагулация; зависимост на критичната концентрация на коагулиращия електролит от заряда на коагулиращия йон (правилото на Шулце-Харди). Повърхностна активност на веществата, нейното физическо значение. Правилото на Дюкло-Траубе. Експериментирайте. Определяне на нивата на активност на повърхностно активното вещество.

Както вече беше отбелязано, молекулите на повърхностно активните вещества (повърхностно активни вещества), способни да се адсорбират на интерфейса разтвор-газ, трябва да бъдат амфифилни, т.е. да имат полярни и неполярни части.

Полярната част на молекулите на повърхностноактивното вещество може да бъде групи с достатъчно голям диполен момент: -СООН, - ОН, -NH 2, - SH, -CN, -NO 2 .-СNS,

CHO, -SO 3 N.

Неполярната част на молекулата на повърхностно активното вещество обикновено е алифатни или ароматни радикали. Дължината на въглеводородния радикал оказва силно влияние върху повърхностната активност на молекулата.

Duclos и след това Traube, изучавайки повърхностното напрежение на водните разтвори от хомоложната серия от наситени мастни киселини, установиха, че повърхностната активност на тези вещества на интерфейса разтвор-въздух е по-голяма, колкото по-дълъг е въглеводородният радикал. Освен това, когато въглеводородният радикал е удължен с една - CH 2 - група, повърхностната активност се увеличава с 3-3,5 пъти (средно 3,2 пъти). Тази позиция стана известна като Правилото на Дюкло-Траубе .

Друга негова формулировканамалява до следното: с увеличаване на веригата на мастните киселини в аритметична прогресияповърхностната активност нараства експоненциално.

Каква е причината (физическото значение) на такава зависимост, установена първо от Дюкло, а след това, в по-голяма степен общ изглед, Траубе? Той се крие във факта, че с увеличаване на дължината на веригата, разтворимостта на мастната киселина намалява и по този начин се увеличава тенденцията на нейните молекули да се движат от обема към повърхностния слой. Например, маслената киселина се смесва с вода във всички отношения, валерианова киселина дава само 4% разтвор, всички други мастни киселини с по-високо молекулно тегло са още по-малко разтворими във вода.

Правилото на Duclos-Traube, както се установи по-късно, се спазва не само за мастните киселини, но и за други повърхностноактивни вещества, които образуват хомоложни серии, алкохоли, амини и т.н. Неговото теоретично (термодинамично) обосноваване е дадено от Langmuir.

Когато повърхностно активното вещество се въведе във водата, практически нехидратиращи въглеводородни вериги разтласкват водните молекули, включвайки се в нейната структура. За да се постигне това, трябва да се работи срещу молекулярните сили, тъй като взаимодействието между водните молекули е много по-голямо, отколкото между молекулите на водата и молекулите на повърхностноактивното вещество. Обратният процес - отделянето на молекули на повърхностно активното вещество към повърхността на повърхността с ориентацията на въглеводородните вериги в неполярната фаза на газа - протича спонтанно с намаляване на енергията на Гибс на системата и "усилване" на работата на адсорбция. Колкото по-дълъг е въглеводородният радикал, толкова Повече ▼разделя водните молекули и толкова по-голямо е желанието на молекулите на повърхностноактивното вещество да достигнат повърхността, т.е. толкова по-голяма е тяхната адсорбция и работата на адсорбцията. Работата на адсорбция, когато веригата е удължена от една връзка - CH 2 - се увеличава със същата стойност, което води до увеличаване на константата на адсорбционното равновесие (коефициент на адсорбция K) със същия брой пъти (3,2 пъти при 20 ° C ) . Това от своя страна води до увеличаване на повърхностната активност с ~3,2 пъти.

Трябва да се отбележи, че при тази формулировка правилото на Duclos-Traube се спазва само за водни разтвории за температури близки до стайна температура.

За разтвори на същите повърхностно активни вещества в неполярни разтворители, правилото на Duclos-Traube е обратно: с увеличаване на дължината на въглеводородния радикал, разтворимостта на повърхностно активните вещества се увеличава и те са склонни да преминат от повърхностния слой в разтвора.

С повече високи температурисредният коефициент 3,2 намалява, стремейки се към единица в границата: с повишаване на температурата повърхностната активност намалява в резултат на десорбция на молекулите и разликата между повърхностната активност на членовете на хомоложния ред се изглажда.

органична материя с дължината на въглеводородния радикал в неговата молекула. Съгласно това правило, с увеличаване на дължината на въглеводородния радикал с една СΗ 2 група, повърхностната активност на веществото се увеличава средно с 3,2 пъти.

Напишете отзив за статията "Правило на Дюкло-Траубе"

Бележки

K: Уикипедия: Изолирани статии (тип: не е посочено)

Откъс, описващ правилото на Дюкло-Траубе

И като се качи до леглото, извади портмоне изпод чистите възглавници и нареди да донесат вино.
„Да, и ще ти дам парите и писмото“, добави той.
Ростов взе писмото и, като хвърли пари на дивана, се облегна с лакти на масата с две ръце и започна да чете. Прочете няколко реда и ядосано погледна Берг. Срещнайки погледа му, Ростов покри лицето си с писмо.
„Изпратиха ти обаче прилична сума пари“, каза Берг, като погледна тежката чанта, притисната в дивана. - Ето ни със заплата, граф, си проправяме път. Ще ти разкажа за себе си...
— Ето какво, скъпи Берг — каза Ростов, — когато получиш писмо от вкъщи и се срещнеш с твоя човек, когото искаш да попиташ за всичко, и аз ще бъда тук, сега ще си тръгна, за да не безпокоя ти. Слушай, махни се, моля те, някъде, някъде... по дяволите! — извика той и веднага, като го хвана за рамото и се вгледа умилено в лицето му, явно опитвайки се да смекчи грубостта на думите си, добави: „Знаеш ли, не се сърди; мила, мила моя, говоря от дъното на сърцето си, за нашия стар познат.
— А, извинете, графе, много добре разбирам — каза Берг, като стана и си заговори с гърлен глас.
- Отиваш при собствениците: извикаха те - добави Борис.
Берг облече чисто потник, без петно ​​или петънце, разроши слепоочията пред огледалото, както беше Александр Павлович, и, убеден от погледа на Ростов, че сюртукът му е забелязан, с приятна усмивка си отиде стаята.
- О, какъв звяр съм обаче! - каза Ростов, четейки писмото.
- И какво?
- О, каква свиня съм обаче, че никога не съм писал и така ги уплаших. О, какво прасе съм — повтори той, внезапно се изчерви. - Ами прати Гаврила за вино! Добре, стига! - той каза…
В писмата на роднините имаше и препоръчително писмо до принц Багратион, което, по съвет на Анна Михайловна, старата графиня получи чрез своите познати и изпрати на сина си, като го помоли да го свали по предназначение и го използвайте.
- Това са глупости! Наистина имам нужда от него - каза Ростов, хвърляйки писмото под масата.
- Защо го остави? — попита Борис.
- Какво препоръчително писмо, дяволът е в моето писмо!
- Какво, по дяволите, има в писмото? – каза Борис, като вдигна и прочете надписа. Това писмо е много важно за вас.
„Нямам нужда от нищо и няма да бъда адютант на никого.
- От това, което? — попита Борис.
- Лакейска позиция!

Характеристики на структурата на повърхностния слой на фазата.

Междинна фаза, съдържаща един или повече молекулярни слоеве

особености:

– В обема на чистото вещество всички сили на междумолекулно взаимодействие са балансирани

– Резултатът от всички сили, действащи върху повърхностните молекули, е насочен вътре в течността

– Повърхностните явления са незначителни, ако съотношението между телесната маса и повърхността е в полза на телесната маса

– Повърхностните явления придобиват значение, когато веществото е във фрагментирано състояние или под формата на най-тънкия слой (филм)

1 cm 3 стрелка 10 -7, S = 6 000 m 2

1 мм кръвна стрелка 4 - 5 милиона еритроцити; 1l стрелка> 30 mlr клетки, S = 1000 m 2

S алвеоли = 800 -1000 m 2; S чернодробни капиляри = 600 m 2

Повърхностна енергия на Гибс

σ– повърхностно напрежение

Намаляване на енергията на Gibbs:

Чрез намаляване на повърхността (груби частици)

Чрез намаляване на повърхностното напрежение (сорбция)

403)повърхностно напрежение

Извършена работа за създаване на единица повърхност

Единици J / m 2

Сила, действаща на единица дължина на линия, ограничаваща повърхността на течност и насочена в посока на намаляване на тази повърхност

Единици N/m2

Зависимост на повърхностното напрежение от естеството на веществата, температура и налягане.

Повърхностното напрежение на течностите намалява с повишаване на температурата и става нула близо до критичната температура. С увеличаване на налягането повърхностното напрежение на границата течност-газ намалява, тъй като концентрацията на молекулите в газовата фаза се увеличава и силата намалява. Разтворените вещества могат да увеличат, намалят и практически да повлияят на практическото напрежение на течностите. Повърхностното напрежение на границата течност-течност зависи от естеството на съседните фази. Тя е колкото по-голяма, толкова по-малка е силата на молекулярно взаимодействие между различни молекули.

Методи за измерване на повърхностното напрежение на течност.

Методът за откъсване на пръстена от повърхността на течността

Метод за преброяване на броя на капките от определен обем от тестовата течност, изтичащи от капиляра (сталагмометричен)

Метод за определяне на налягането, необходимо за отделяне на въздушен мехур от капиляр, потопен в течност (метод на Ребиндер)

Метод за измерване на височината на издигане на течност в капиляр, чиито стени са добре намокрени от нея

Разпределението на разтвореното вещество между повърхностния слой и обема на фазата.

теоретично е възможно да си представим три случая на разпределение на разтвореното вещество между повърхностния слой и обема на фазата: 1) концентрацията на разтвореното вещество в повърхностния слой е по-голяма, отколкото в обема на фазата. ) концентрацията на разтвореното вещество в повърхностния слой е по-малка, отколкото в обема на фазите 3) концентрацията на разтвореното вещество в горния слой е същата като в обема на фазите.

Класификация на разтворените вещества според ефекта им върху повърхностното напрежение на течност (вода).

класификация 1) разтворен в по-ниско напрежение p-la. Алкохоли, към вас 2) разтвореното съдържание леко увеличава съдържанието на натрий. Неорган за вас, основи, соли. Захароза.

Уравнение на Гибс за характеризиране на адсорбцията на разтворени вещества. Анализ на уравнение.

Г=-(C/RT)*(∆σ/∆C). G-стойност на адсорбция на повърхността на разтвора. ∆σ/∆C-pov активност in-va Анализ: ∆σ/∆C=0, Г=0. Това е NVD. ∆σ/∆C>0, G<0-поверхностно инактивные в-ва. ∆σ/∆C<0, Г>0-повърхностно активно вещество.

Молекулна структура и свойства на повърхностноактивните вещества.

sv-va: Ограничена разтворимост

Имат по-ниско повърхностно напрежение от течностите

Променете драстично повърхностните свойства на течността

Структура: Амфифилна - различните части на молекулата се характеризират с различна връзка с разтворителя

Хидрофобни свойства: въглеводороден радикал

Хидрофилни свойства: OH, NH 2 , SO 3 H

Класификация на повърхностноактивните вещества, примери.

Молекулярни или нейонни - алкохоли, жлъчка, протеини

Йонни анионни - сапуни, сулфонови киселини и техните соли, карбоксилни киселини

Йонни катионни - органични азотсъдържащи основи и техните соли

Влияние на природата на повърхностноактивните вещества върху тяхната повърхностна активност. Правилото на Дюкло-Траубе.

Удължаването на веригата от радикал - CH 2 - увеличава способността на мастните киселини да се адсорбират с 3,2 пъти

Приложим само за разредени разтвори и за температури близки до стайна, т.к десорбцията се увеличава с повишаване на температурата

повърхностна активност, способността на веществото по време на адсорбция на границата да понижава повърхностното напрежение (междуфазно напрежение). Адсорбция г in-va и причиненото от него намаляване на повърхностното напрежение s е свързано с концентрацията от in-va във фазата, от която веществото се адсорбира към повърхностната повърхност, уравнението на Гибс (1876): където R-газова константа, т-коремни мускули. температура (вж Адсорбция).Производна служи като мярка за способността на веществото да понижава повърхностното напрежение на дадена граница на повърхността и се нарича още. повърхностна активност. Обозначава се G (в чест на Дж. Гибс), измерено в J m / mol (gibbs).

Повърхностноактивни вещества (повърхностноактивни вещества), вещества, чиято адсорбция от течност на границата с друга фаза (течна, твърда или газообразна) води до средно. понижаване на повърхностното напрежение (вижте Повърхностна активност). В най-общия и практичен случай адсорбираните повърхностноактивни молекули (йони) имат амфифилна структура, т.е. състоят се от полярна група и неполярен въглеводороден радикал (амфифилни молекули). Повърхностната активност по отношение на неполярна фаза (газ, въглеводородна течност, неполярна повърхност на твърдо тяло) се притежава от въглеводороден радикал, който се изтласква от полярната среда. Във воден разтвор на повърхностноактивни вещества на границата с въздуха се образува адсорбционен мономолекулен слой с въглеводородни радикали, ориентирани към въздуха. Когато стане наситен, молекулите (йони) на повърхностноактивното вещество, кондензиращи в повърхностния слой, са разположени перпендикулярно на повърхността (нормална ориентация).

Концентрацията на повърхностноактивните вещества в адсорбционния слой е с няколко порядъка по-висока, отколкото в обема на течността, следователно, дори при незначително съдържание във вода (0,01-0,1% тегловни), повърхностно активните вещества могат да намалят повърхностното напрежение на водата при граница с въздух от 72,8 до 10 -3 до 25 10 -3 J/m 2 , т.е. почти до повърхностното напрежение на въглеводородните течности. Подобно явление протича на границата на воден разтвор на повърхностно активно вещество - въглеводородна течност, което създава предпоставки за образуване на емулсии.

В зависимост от състоянието на повърхностноактивните вещества в разтвора, условно се разграничават истински разтворими (молекулярно диспергирани) и колоидни повърхностно активни вещества. Условността на такова разделение е, че едно и също повърхностно активно вещество може да принадлежи към двете групи, в зависимост от условията и хим. естеството (полярността) на разтворителя. И двете групи повърхностно активни вещества се адсорбират на границите на фазите, т.е. проявяват повърхностна активност в разтвори, докато само колоидни повърхностно активни вещества проявяват обемни свойства, свързани с образуването на колоидна (мицеларна) фаза. Тези групи повърхностноактивни вещества се различават по стойността на безразмерно количество, което се нарича. хидрофилно-липофилен баланс (HLB) и се определя от съотношението:

Правилото на Дюкло-Траубе- зависимост, свързваща повърхностната активност на воден разтвор на органична материя с дължината на въглеводородния радикал в неговата молекула. Съгласно това правило с увеличаване на дължината на въглеводородния радикал с една СН 2 група, повърхностната активност на веществото се увеличава средно с коефициент 3,2 Повърхностната активност зависи от структурата на молекулите на повърхностноактивното вещество; последните обикновено се състоят от полярна част (групи с голям диполен момент) и неполярна част (алифатни или ароматни радикали). В границите на хомоложната серия от органични вещества концентрацията, необходима за понижаване на повърхностното напрежение на воден разтвор до определено ниво, намалява с 3-3,5 пъти с увеличаване на въглеродния радикал с една -СΗ 2 -група.