Поверхнева активність. Поверхнево-активні та поверхнево-неактивні речовини. Правило Дюкло-Трауб. Правило дюкло-траубе Правило дюкло траубе

Адсорбція - Явлення мимовільного накопичення однієї речовини на поверхні іншої. Речовина, яка адсорбується називається адсорбтивом;речовина, на поверхні якої відбувається адсорбція – адсорбентом.

Адсорбція на поверхні рідин

На поверхні рідин можуть адсорбуватися частинки речовин, розчинених у рідинах. Адсорбція супроводжує процес розчинення, впливаючи на розподіл частинок розчиненої речовини між поверхневими шарами розчинника та його внутрішнім об'ємом.

Адсорбцію на поверхні рідини можна розрахувати за рівнянням Гіббса:

Г - величина питомої адсорбції, моль/м 2;

С - молярна концентрація, моль/м3;

dσ - зміна поверхневого натягу, що відповідає зміні концентрації ΔС;

Поверхнева активність.

Якщо зі збільшенням концентрації речовини поверхневий натяг зменшується Δ σ< 0, то его адсорбция Г считается положительной (Г >0). Це означає, що концентрація речовини в поверхневому шарі більша, ніж в об'ємі розчину.

Якщо зі збільшенням концентрації речовини поверхневий натяг на межі розділу фаз збільшується Δσ > 0, то адсорбція вважається негативною Г< 0, это означает, что концентрация вещества в объеме раствора больше, чем в поверхностном слое.

Адсорбція ПАР

ПАР – дифільні за природою речовини, мають полярну (гідрофільну) та неполярну (гідрофобну) частини.

Наприклад, мило: З 17 Н 35 COONa

символ неполярної символ полярної

частини частини

ПАР - це позитивно адсорбуються речовини, до них відносяться: жири, жирні кислоти, кетони, спирти, холестерин, мила та інші органічні сполуки. При розчиненні таких речовин у воді відбувається позитивна адсорбція, що супроводжується накопиченням речовини у поверхневому шарі. Процес виходу молекул цих речовин поверхню дуже вигідний, т.к. призводить до зниження поверхневого натягу межі розділу фаз. Схема адсорбції ПАР:

Здатність речовини знижувати поверхневе натяг на межі розділу фаз називається поверхневою активністю.

Правило Дюкло-Траубе

Величина поверхневої активності ПАР – членів одного гомологічного ряду органічних сполукзалежить від довжини вуглеводневого радикала: подовження ПАР однією групу –СН 2 – збільшує поверхневу активність речовини в 3-3,5 разу.

Розглянемо правило Дюкло-Траубе з прикладу чотирьох представників гомологічного низки спиртів.

Ізотерма поверхневого натягу:

Адсорбція ПІАВ

По відношенню до полярної води такими речовинами є електроліти: неорганічні кислоти, солі, луги. Розчинення цих речовин збільшує поверхневий натяг, тому ПІАВ виштовхуватимуться з поверхневого шару всередину адсорбенту. Таку адсорбцію називають негативною. Наприклад: розчинення КС1 у воді супроводжується дисоціацією солі з подальшою гідратацією іонів, що утворюються.

Схема адсорбції ПІАВ.

Прочитайте: Анемії, що розвиваються внаслідок порушення синтезу глобінових ДНК, як правило, гіперхромні макроцитарні з мегалобластним типом кровотворення. Інкрементальний аналіз. Правило максимізації прибутку під час інкрементального аналізу. Як правило, набряк легень розвивається дуже швидко. У зв'язку з цим він загрожує загальною гострою гіпоксією та суттєвими розладами КОС. Коагуляція золів електролітами. поріг коагуляції; залежність критичної коагулюючої концентрації електроліту від заряду коагулюючого іона (правило Шульце – Гарді). Поверхнева активність речовин, її фізичний сенс. Правило Дюкло-Траубе. Експеримент. Визначення пов активності ПАР.

Як уже зазначалося, молекули поверхнево-активних речовин (ПАВ), здатних адсорбуватися на межі розчин-газ, повинні бути дифільними, тобто мати полярну та неполярну частини.

Полярною частиною молекул ПАР можуть бути групи, які мають досить великий дипольний момент: -СООН,- ВІН, -NН 2 ,- SН, -CN,-NO 2 .-СNS,

СНТ, -SО 3 Н.

Неполярною частиною молекули поверхнево-активної речовини є аліфатичні або ароматичні радикали. Довжина вуглеводневого радикала сильно впливає на поверхневу активність молекули.

Дюкло, а потім Траубе, вивчаючи поверхневий натяг водних розчинів гомологічного ряду граничних жирних кислот, виявили, що поверхнева активність цих речовин на межі розчин-повітря тим більша, чим більша довжина вуглеводневого радикала. Причому при подовженні вуглеводневого радикала на одну - СН 2 - групу поверхнева активність зростає в 3-3,5 рази (в середньому в 3,2 рази). Це становище стало відомим як правило Дюкло-Траубе .

Інше його формулюваннязводиться до наступного: при зростанні ланцюга жирної кислоти арифметичної прогресіїповерхнева активність збільшується в геометричній прогресії.

У чому причина (фізичний сенс)такої залежності, встановленої спочатку Дюкло, а потім, більш загальному вигляді, Трауб? Вона полягає в тому, що зі збільшенням довжини ланцюга зменшується розчинність жирної кислоти і тим самим збільшується прагнення її молекул перейти з обсягу поверхневий шар. Наприклад, масляна кислота змішується з водою у всіх відношеннях, валеріанова дає тільки 4-відсотковий розчин, всі інші жирні кислоти, з більшою молекулярною масою, розчиняються у воді ще меншою мірою.

Правило Дюкло-Траубе, як було потім встановлено, дотримується не тільки для жирних кислот, але і для інших ПАР, що утворюють гомологічні ряди, спиртів, амінів тощо. Йоготеоретичне (термодинамічне) обґрунтування було дано Ленгмюром.

При введенні ПАР у воду вуглеводневі ланцюги, що практично негідратуються, розсувають молекули води, вбудовуючись у її структуру. На запровадження цього потрібно виконання роботи, проти молекулярних сил, оскільки взаємодія між молекулами води значно більше, ніж між молекулами води та молекулами ПАР. Зворотний процес - вихід молекул ПАР на міжфазну поверхню з орієнтацією вуглеводневих ланцюгів у неполярну фазу газу - йде мимоволі зі зменшенням енергії Гіббса системи та «виграшем» роботи адсорбції. Чим довший вуглеводневий радикал, тим більша кількістьмолекул води він роз'єднує і більше прагнення молекул ПАР до виходу поверхню, тобто. тим більше їх адсорбція та робота адсорбції. Робота адсорбції при подовженні ланцюга на одну ланку - СН 2 - зростає на ту саму величину, що призводить до збільшення константи адсорбційної рівноваги (адсорбційного коефіцієнта К) в одне і те ж число разів (в 3,2 рази при 20 °С) . Це своє чергу призводить до зростання поверхневої активності в ~3,2 разу.

Слід зазначити, що з даному формулюванні правило Дюкло-Траубе дотримується лише для водних розчинівта для температур, близьких до кімнатної.

Для розчинів цих ПАР в неполярних розчинниках правило Дюкло-Траубе звертається: зі збільшенням довжини вуглеводневого радикалу розчинність ПАР зростає і вони прагнуть перейти з поверхневого шару в розчин.

При більш високих температурахсередній множник3,2 зменшується, прагнучи межі одиниці: з підвищенням температури поверхнева активність у результаті десорбції молекул падає і різницю між поверхневою активністю членів гомологічного низки згладжується.

органічної речовини з довжиною вуглеводневого радикалу у складі його молекули. Згідно з цим правилом, при збільшенні довжини вуглеводневого радикала на одну групу Η 2 поверхнева активність речовини збільшується в середньому в 3,2 рази.

Напишіть відгук про статтю "Правило Дюкло - Траубе"

Примітки

До:Вікіпедія:Ізольовані статті (тип: не вказано)

Уривок, що характеризує Правило Дюкло – Траубе

І, підійшовши до ліжка, з-під чистих подушок дістав гаманець і велів принести вина.
– Так, і тобі віддати гроші та лист, – додав він.
Ростов узяв листа і, кинувши на диван гроші, обійшовся обома руками на стіл і почав читати. Він прочитав кілька рядків і зло глянув на Берга. Зустрівши його погляд, Ростов закрив обличчя листом.
- Проте грошей вам порядно прислали, - сказав Берг, дивлячись на важкий гаманець, що вдавився в диван. - Ось ми так і скаржимося, граф, пробиваємося. Я вам скажу про себе.
- Ось що, Бергу милий мій, - сказав Ростов, - коли ви отримаєте з дому листа і зустрінетеся зі своєю людиною, у якої вам захочеться розпитати про все, і я буду тут, я зараз піду, щоб не заважати вам. Послухайте, йдіть, будь ласка, куди-небудь, куди-небудь... до біса! - крикнув він і зараз же, схопивши його за плече і лагідно дивлячись у його обличчя, мабуть, намагаючись пом'якшити грубість своїх слів, додав: - ви знаєте, не гнівайтесь; милий, голубчик, я щиро кажу, як нашому старому знайомому.
- Ах, помилуйте, граф, я дуже розумію, - сказав Берг, підводячись і кажучи в собі горловим голосом.
– Ви до господарів ідіть: вони вас звали, – додав Борис.
Берг одягнув чистий, без цятки і смітника, сюртучок, збив перед дзеркалом скроні догори, як носив Олександр Павлович, і, переконавшись на погляд Ростова, що його сюртучок був помічений, з приємною усмішкою вийшов із кімнати.
- Ах, яка я худоба, однак! - промовив Ростов, читаючи листа.
- А що?
- Ах, яка я свиня, однак, що я жодного разу не писав і так налякав їх. Ах, яка я свиня, – повторив він, раптом почервонівши. - Що ж, пішли за вином Гаврило! Ну, гаразд, годі! - сказав він…
У листах рідних було вкладено ще рекомендаційний лист до князя Багратіона, який, за порадою Ганни Михайлівни, через знайомих дістала стара графиня і посилала синові, просячи його знести за призначенням і скористатися ним.
– Ось дурниці! Дуже мені треба, - сказав Ростов, кидаючи листа під стіл.
– Навіщо ти це покинув? – спитав Борис.
- Лист якийсь рекомендаційний, чи чорта мені в листі!
- Як чорта в листі? – піднімаючи та читаючи напис, сказав Борис. – Лист цей дуже потрібний для тебе.
- Мені нічого не потрібно, і я в ад'ютанти ні до кого не піду.
- Чому ж? – спитав Борис.
– Локейська посада!

Особливості будови поверхневого шару фази.

Проміжна фаза, що містить один або кілька молекулярних шарів

особливості:

– Усередині обсягу чистої речовини всі сили міжмолекулярної взаємодії врівноважені

– Рівнодіюча всіх сил, що впливають на поверхневі молекули, спрямована всередину рідини

– Поверхневі явища незначні, якщо співвідношення між масою тіла та поверхнею на користь маси тіла

– Поверхневі явища набувають значення, коли речовина знаходиться у роздробленому стані або у вигляді тонкого шару (плівки)

1 см 3 стрілка 10 -7 S = 6 000 м 2

1мм крові стрілка 4 – 5 млн еритроцитів; 1л стрілка > 30 мл клітин, S = 1000 м 2

S альвеол = 800 -1000 м2; S капілярів печінки = 600 м 2

Поверхнева енергія Гіббса

σ– поверхневий натяг

Зменшення енергії Гіббсу:

За рахунок зменшення площі поверхні (укрупнення частинок)

За рахунок зменшення величини поверхневого натягу (сорбція)

403)поверхневий натяг

Робота, що здійснюється на створення одиниці поверхні

Одиниці виміру Дж/м 2

Сила, що діє на одиницю довжини лінії, що обмежує поверхню рідини та спрямовану у бік зменшення цієї поверхні

Одиниці виміру Н/м 2

Залежність поверхневого натягу від природи речовин, температури та тиску.

Поверхневий натяг рідин зменшується зі зростанням температури та поблизу критичної температури стає рівним нулю. Зі збільшенням тиску поверхневе натяг на межі рідина-газ зменшується, тому що зростає концентрація молекул у газовій фазі і сила зменшується. Розчинені в-ва можуть підвищувати, знижувати і впливати на практичне натяг рідин. Поверхневе натяг на межі жид-жид залежить від природи сприк фаз. Воно тим більше, що менше сили молекулярної взаємодії між різнорідними молекулами.

Способи виміру поверхневого натягу рідини.

Метод відриву кільця від поверхні рідини

Метод підрахунку числа крапель певного обсягу досліджуваної рідини, що з капіляра (сталагмометричний)

Метод визначення тиску, який потрібний для відриву бульбашки повітря від капіляра, зануреного в рідину (метод Ребіндера)

Метод вимірювання висоти підняття рідини в капілярі, стінки якого добре нею змочуються

Розподіл розчиненої речовини між поверхневим шаром та обсягом фази.

теоретично можна уявити три випадки розподілу розчиненого в-ва між поверхневим шаром і об'ємом фази:1) кінець розчиненого в-ва в повному шарі більше, ніж в об'ємі фази.2) кінець розчиненого в-ва в повному шарі менше, ніж в обсязі фаз.3) конц розчиненого в-ва в повному шарі така ж як в об'ємі фаз.

Класифікація розчинених речовин за впливом на поверхневе натяг рідини (води).

класифікація.1) розчинене в-во зниж ків натяж р-ля. Спирти, к-ти.2) розчинене в-во трохи підвищує пов натр –ля. Неорг к-ти, основи, солі.3) розчинене в-во практично не ізм пов нат р -ля. Сахароза.

Рівняння Гіббса для характеристики адсорбції розчинених речовин. Аналіз рівняння.

Г=-(C/RT)*(∆σ/∆C). Г-величина адсорбції на пов-ті розчину. ∆σ/∆C-пов активність в-ва.Аналіз: ∆σ/∆C=0,Г=0. Це ПНВ. ∆σ/∆C>0, Г<0-поверхностно инактивные в-ва. ∆σ/∆C<0, Г>0-ПАВ.

Будова молекул та властивості поверхнево-активних речовин.

св-ва: Обмежено розчинні

Мають менший поверхневий натяг, ніж рідини

Різко змінюють поверхневі властивості рідини

Будова: Дифільна – різні ділянки молекули характеризуються різним ставленням до розчинника

Гідрофобні властивості: вуглеводневий радикал

Гідрофільні властивості: OH, NH 2 , SO 3 H

Класифікація поверхнево-активних речовин, приклади.

Молекулярні чи неіоногенні – спирти, жовч, білкові речовини

Іоногенні аніонактивні – мила, сульфокислоти та їх солі, карбонові кислоти

Іоногенні катіонактивні – органічні азотовмісні основи та їх солі

Вплив природи ПАР на їхню поверхневу активність. Правило Дюкло – Траубе.

Подовження ланцюга на радикал – CH 2 – збільшує здатність жирних кислот до адсорбції у 3,2 рази

Застосовується лише розбавлених розчинів й у температур, близьких до кімнатної, т.к. з підвищенням температури збільшується десорбція

Поверхнева активність, здатність речовини при адсорбції на межі розділу фаз знижувати поверхневий натяг (міжфазний натяг). Адсорбція Гв-ва та викликане нею зниження поверхневого натягу s пов'язані з концентрацією зв-ва у фазі, з якої речовина адсорбується на міжфазну поверхню, рівнянням Гіббса (1876): де R-газова постійна, Т-Абс. температура (див. Адсорбція).Похідна служить мірою можливості речовини знижувати поверхневе натяг на даної межфазной межі і також зв. поверхневою активністю. Позначається G (на честь Дж. Гіббса), вимірюється Дж м/моль (гіббсах).

Поверхнево-активні речовини (ПАР), речовини, адсорбція яких з рідини на поверхні розділу з іншою фазою (рідкою, твердою або газоподібною) призводить до значить. зниження поверхневого натягу (див. Поверхнева активність). У найбільш загальному і важливому з практичної точки зору випадку адсорбуються молекули (іони) ПАР мають дифільну будову, тобто складаються з полярної групи та неполярного вуглеводневого радикалу (дифільні молекули). Поверхневою активністю щодо неполярної фази (газ, вуглеводнева рідина, неполярна поверхня твердого тіла) має вуглеводневий радикал, який виштовхується з полярного середовища. У водному розчині ПАР на кордоні з повітрям утворюється адсорбційний мономолекулярний шар із вуглеводневими радикалами, орієнтованими у бік повітря. У міру його насичення молекули (іони) ПАР, ущільнюючись у поверхневому шарі, розташовуються перпендикулярно поверхні (нормальна орієнтація).

Концентрація ПАР в адсорбційному шарі на кілька порядків вище, ніж в обсязі рідини, тому навіть при мізерно малому вмісті у воді (0,01-0,1% за масою) ПАР можуть знижувати поверхневе натяг води на кордоні з повітрям з 72,8 10 -3 До 25 10 -3 Дж/м 2 , тобто. практично до поверхневого натягу вуглеводневих рідин. Аналогічне явище має місце на межі водного розчину ПАР - вуглеводнева рідина, що створює передумови для утворення емульсій.

Залежно від стану ПАР у розчині умовно розрізняють істинно розчинні (молекулярно-дисперговані) та колоїдні ПАР. Умовність такого поділу полягає в тому, що те саме ПАР може відноситися до обох груп залежно від умов і хімічних. природи (полярності) розчинника. Обидві групи ПАР адсорбуються на фазових межах, тобто виявляють у розчинах поверхневу активність, у той час як об'ємні властивості, пов'язані з виникненням колоїдної (міцелярної) фази, виявляють лише колоїдні ПАР. Зазначені групи ПАР відрізняються значенням безрозмірної величини, що зв. гідрофільно-ліпофільним балансом (ГЛБ) і визначається відношенням:

Правило Дюкло-Траубе- залежність, що пов'язує поверхневу активність водного розчину органічної речовини з довжиною вуглеводневого радикалу у складі його молекули. Згідно з цим правилом, при збільшенні довжини вуглеводневого радикала на одну групу Η 2 поверхнева активність речовини збільшується в середньому в 3,2 рази. Поверхнева активність залежить від будови молекул ПАР; останні зазвичай складаються з полярної частини (групи, що мають великий дипольний момент) і неполярної частини (аліфатичні або ароматичні радикали). У межах гомологічного ряду органічних речовин концентрація, необхідна для зниження поверхневого натягу водного розчину до певного рівня, знижується в 3-3,5 рази при збільшенні вуглецевого радикала на одну -С2 -групу.