мицелярные системы презентация. Мицеллярные системы. Мицеллярные системы Гришина Анастасия
 Скачать 7.31 Mb.
|
Мицеллярные системыГришина АнастасияСанкт-Петербургский Государственный Университет Промышленных Технологий и Дизайна Слайд 1 Тема 1 ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА Слайд 2 Слайд 3 ВОПРОС 1. Какие вещества называются поверхностно-активными? Каковы главные области применения ПАВ в коллоидной химии Поверхностно активными веществами называются вещества, которые могут адсорбироваться на поверхности раздела различных фаз. (жидкость-газ, жидкость-жидкость, жидкость-твердое тело, твердое тело-газ) Поверхностно активные вещества применяют. o для регулирования поверхностных свойств коллоидных систем, основанных на адсорбции пав. o обеспечение устойчивости коллоидных систем основанный на структурно механических свойствах адсорбционных слоев пав o изменение механических свойств материалов за счет адсорбционного понижения прочности o в коллоидно-химических технологиях флотация, нанесение пленок полиграфия эмульсионная полимеризация, биотехнологиях и многих других областях ВОПРОС 2. Назовите основные группы ПАВ при их классификации по степени диссоциации в воде. Слайд 4 Промышленные пав классифицируют, главным образом по их диссоциации в воде. Анионные пав В воде анионные пав диссоциируют и образуют поверхностно - активные анион, наряду с катионными пав - анионные пав относятся к ионногенным диссоциирующим пав анионные пав RCOO- SO42- полярные группы SOR анионных пав PO43- Na+ K+ NH4+ Противоионы Ca2+ Mg2+ главный недостаток анионных пав - они плохо работают в жесткой воде, чувствительность анионных пав к жесткости воды уменьшается в ряду карбоксилаты > фосфаты > сульфаты, сульфонаты ВОПРОС 2. Назовите основные группы ПАВ при их классификации по степени диссоциации в воде. катионные пав эти пав, диссоциируют в воде, образуя поверхностно - активные катионы к ним относят алифатический и ароматические амины и их соли, 4-х замещенные аммониевые основания, пиридиниевые соединения основную массу катионных пав составляют азотсодержащие соединения, достаточно широко используют также фосфониевые, сульфаниевые и сульфатоксониевые пав катионные пав хорошо адсорбируются на отрицательно заряженных поверхностях Области использования катионных пав очень разнообразно. o в качестве антистатиков и антикоррозийных средств. o для флотации минералов o в бактерицидных препаратах высокая адсорбируемость катионных пав обеспечивает модифицирование (изменения поверхностного слоя) свойств твердых поверхностей различных химической природы Слайд 5 ВОПРОС 2. Назовите основные группы ПАВ при их классификации по степени диссоциации в воде. Слайд 6 неиногенные пав Эти пав не диссоциирует в воде По потреблению они занимают 2 место после анионных пав. они не чувствительны к жесткости воды и могут использоваться в сочетании с пав других типов. В качестве полярных групп неиногенных пав содержат полиэфирный и полигидроксильные фрагменты наиболее важные тип неионогенных пав этоксилированные алифатические спирты они входят в состав многих моющих средств другая важная группа этоксилированные метиловые эфиры жирных кислот. этокислаты метилового спирта сочетают высокую растворимость в воде с достаточно большой поверхностной активностью. при повышении температуры растворимость неионогенных пав воде уменьшается ВОПРОС 2. Назовите основные группы ПАВ при их классификации по степени диссоциации в воде. амфотерные (амфолитные) пав включают в состав кислотные ( карбоксильные) группы, так и основные группы(замещенные аминогруппы) поведение этих пав зависит от ph раствора при ph меньше 4 они диссоциируют как катионные пав при ph больше 9 как анионный в интервале ph от 4 до 9 не диссоциирует то есть ведут себя как неиногенные пав типичные примеры аминокислоты белки и многие другие природные пав Слайд 7 ВОПРОС 2. Назовите основные группы ПАВ при их классификации по степени диссоциации в воде. Слайд 8 цвиттер-ионные пав Молекулы цвиттер-ионных пав содержат положительно заряженную (обычно аммониевую) и отрицательно заряженную (обычно карбоксилат ион) группу типичный цвиттер ионные пав n алкилпроизводные аминокислот (глицин, бетанин аминопропионовая кислота) другие представители этих пав имидазолины, цвиттер ионные пав занимают промежуточное положение между ионными и неиногенными пав ,основным достоинством цвиттер ионных пав они не вызывают раздражение кожи и глаз поэтому их широко используют в моющих средствах шампунях лекарственных кремах Слайд 9 ВОПРОС 3. Назовите основные типы полимерных ПАВ Слайд 11 полимерные пав в которых гидрофильные боковые цепи привиты к гидрофобному скелету к ним относится липополисахариды природные и синтетические (например крахмал, целлюлоза) широкое применение в промышленности имеет препарат эмульсол полианионный липополисахарид он является весьма эффективным эмульгатором и энергично адсорбируется на поверхности раздела вода нефть. благодаря этому эмульсан применяют например для очистки почвы от нефтяных загрязнений для стабилизации прямых эмульсии. отметим особенности полимерных поверхностно активных веществ этого типа А) эффективность, влияние пав на поверхностное натяжение значительно возрастает при добавлении пептидов, например, поверхностное натяжение на границе раздела вода гексадекан под действием полимерного пав удается снизить до 30 мдж/м^2, однако при добавлении пептидов оно снижается до 14 мдж/м^2 Б) действие эмулсана очень специфично, то есть сильно зависит от химического состава граничащих фаз, например, стабилизация нефтяных эмульсий в воде, особенно эффективны при определенном составе сырой нефти, смесь алифатических углеводородов и алкиларильных соединений синтетические полимерные пав этого типа получает гидрофобизацией крахмала и целлюлозы ВОПРОС 3. Назовите основные типы полимерных ПАВ полимерные пав в которых гидрофобные боковые цепи привиты к гидрофильному скелету Природные полимерные пав этого типа гликопротеины синтетические пав сополимеры с полиэтиленгликолем, этоксилированный, полиакрилаты, этоксилированные, этоксилированные, лигиосульфонаты и смолы. К этой группе относятся также силиконовые пав на основе полидиметилоксана. Они сильно снижают поверхностное натяжение воды являются хорошими смачивателями, обеспечивает смачивания гидрофобных поверхностей, эффективными антивспенивателями Основной недостаток плохая биоразлагаемость и высокая стоимость. Особо следует отметить использование полимерных пав этого типа в биологии и медицине при адсорбции таких пав из водного раствора на твердый гидрофобный поверхности образуется монослой в котором соответствии с правилом уравнивание полярности гидрофильный полиэтиленгликолевые цепи обращены в сторону раствора такой адсорбционный слой очень эффективно снижает адсорбцию белков и обеспечивает малую адгезию клеток в результате существенно подавляется адсорбции белков плазмы крови и кровяных телец что резко снижает возможность образования тромбов Слайд 12 ВОПРОС 3. Назовите основные типы полимерных ПАВ полимерный пав c гидрофильными и гидрофобные блокаторами К природным пав этого типа относят многие белки например белки молока многие белки слюны. Полярный сегменты макромолекул имеет высокую концентрацию фосфатных групп, а гидрофобность обеспечивает гидрофобные аминокислоты. Синтетические пав это например сополимер полиэтиленгликоля. для сополимеров характерно уменьшение растворимости при повышении температуры то есть они лучше растворяется в холодной воде, а не в теплой. Пав с большим содержанием оксипропилена весьма эффективно регулируют смачивание различных материалов. Эти полимерный пав и белки обладают высокой поверхностной активностью и могут адсорбироваться на поверхностях различной химической природы то есть представляет универсальные пав Слайд 13 Слайд 14 ВОПРОС 4. Объясните, по каким причинам важна проблема биодеградации промышленных ПАВ Среди немногих исключений - алкилсульфаты, которые при обычных условиях хранения химически неустойчивы из-за кислотного гидролиза. Проблема устойчивости ПАВ возникла в связи с загрязнением окружающей среды. Широкое использование ПАВ в промышленности и в быту (например, моющие средства) приводит к попаданию их в больших количествах в сточные воды и далее - в водоемы и почвы. Масштабы последствий загрязнения этими ПАВ весьма велики. Во многих странах законодательно определены нормы ПАВ в воде. Скорость биоразложения (биодеградации) ПАВ в значительной степени зависит от их молекулярной структуры. Биодеградация происходит быстрее, если ПАВ растворимо в воде. Другой важный фактор - молекула ПАВ должна содержать связи, которые легко разрушаются при ферментативном катализе. Поэтому для увеличения скорости биоразложения в молекулу ПАВ вводят слабые, легко разрываемые связи. Обычно их вводят между гидрофобным радикалом и полярной группой. К числу слабых относят эфирные и амидные связи. Их разрушение катализируют липазы и пептидазы. Еще один фактор, связанный с проблемой биодеградации, разветвленность неполярной части молекулы ПАВ. Сильная разветвлённость затрудняет разложение из-за стерических препятствий, создаваемых боковыми группами. Показателен здесь следующий пример. Разветвленные алкилбензолсульфонаты (R-O-SO2-Me), ранее использовались как один из основных компонентов бытовых моющих средств. Однако из-за стабильности этих ПАВ они были заменены аналогами с линейными алкильными цепями, последние хорошо разрушаются в анаэробных условиях. Для решения экологических проблем синтезирован ряд поверхностно-активных веществ с молекулами, расщепляющимися в при-родных условиях. Основные типы этих веществ – амфифильные ПАВ, а также ПАВ, разлагаемые под действием ультрафиолетового излучения и озона. В последнее время проблему биодеградации ПАВ пытаются решить следующим образом: соответствующую реакцию проводят так, чтобы получить полезные вещества. Примером может служить разложение ПАВ с хорошей моющей способностью с получением спирта Большинство промышленных ПАВ химически стабильны ВОПРОС 5. Охарактеризуйте классификацию ПАВ по физико-химическому механизму их действия по этому признаку выделяют несколько групп пав 1.смачиватели и пенообразователи, пав, обладающие умеренным снижением поверхностного натяжения водного раствора на границе, жидкость, газ ( среднее и высшие гомологи спиртов и жирных кислот). 2.диспергаторы. пав которые адсорбируются на любых границах раздела фаз (жидкость газ ;жидкость жидкость ;жидкость твердое тело )и существенно снижают их поверхностное натяжение в результате значительно облегчают процессы диспергирования и разрушения 3.стабилизаторы- адсорбционный слои этих пав обладает механической прочностью и поэтому создают структурно механические барьер обеспечивающий устойчивость эмульсии пен и других дисперсных систем. такими свойствами обладает высокомолекулярные пав с большим числом полярный групп белки, производные целлюлозы, поливиниловый спирт 4.пав моющего действия. вещества обладающая всеми указанными выше свойствами и вместе с тем способные при определенных условиях к образованию в растворе мицелл способность к мицеллообразованию характерно для различных типов пав (ионогенных неионогенных )с числом атомов углерода в углеводородной цепи 10 20. наличие мицелл важное условие моющего действия пав так как отмываемые органические загрязнения коллоидно растворяются Слайд 15 ВОПРОС 6. Охарактеризуйте понятие «гидрофильно-липофильный баланс». Объясните принцип его расчёта Способность ПАВ адсорбироваться на различных поверхностях определяется прежде всего спецификой строения их молекул, а именно - их дифильностью. Молекула ПАВ состоит из полярной и неполярной частей. Поверхностная активность и другие свойства ПАВ зависят от соотношения свойств этих частей. В гомологическом ряду низкомолекулярных ПАВ (смачивателей и пенообразователей) поверхностная активность гомологов (спиртов, жирных кислот) на границе раствор - газ растет с увеличением длины углеводородного радикала по правилу Дюкло - Траубе. При этом низшие гомологи (СН3ОН, С2Н5ОН) поверхностную активность не проявляют. Из-за преобладающего влияния гидроксильной группы они очень хорошо растворяются в воде и поэтому для них нет термодинамического стимула для концентрирования на поверхности (адсорбции), В то же время спирты и карбоновые кислоты с очень длинной углеводородной цепью (число атомов углерода более 10) плохо растворяются в воде из-за преобладающего влияния неполярной части молекулы Поэтому их нельзя применять в качестве смачивателей или пенообразователей. Таким образом, оптимальному действию ПАВ соответствует определенная сбалансированность полярной и неполярной частей молекулы ПАВ. Количественной мерой коллоидно-химических свойств поверхностно-активных веществ служит гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ, φ), определяемый действием полярной(гидрофильной) и неполярной (липофильной) частей молекулы ПАВ. Существует несколько эмпирических методов определения ГЛБ. Наиболее распространен метод групповых чисел. Каждой группе, входящей в состав молекулы ПАВ, приписывают определенное групповое число (qi.). Гидрофильно-липофильный баланс определяется как сумма групповых чисел (подобно расчету парахорамолекулы по парахорам составляющих ее атомов) φ= 7 + (1) , где 7 – уровень отсчёта Слайд 16 ВОПРОС 7. Напишите уравнение для расчета работы переноса молекулы ПАВ из полярной фазы в неполярную Слайд 17 W=kBTln(Cп/Cн) Где kB – постоянная Больцмана Т- абсолютная температура Отношение (Cп/Cн) представляет равновесную константу распределения ПАВ между полярной и неполярной фазами Слайд 18 ВОПРОС 8. Какой физико-химический смысл имеет критический параметр упаковки? Физико-химическое значение критического параметра упаковки заключается в следующем. На образование структур из молекул ПАВ (мицелл и др.) сильное влияние оказывают два фактора: взаимное отталкивание головных полярных групп соседних молекул и притяжение между гидрофобными цепями. Взаимодействие головных групп характеризует их эффективная площадь. Например, для ионных ПАВ это взаимодействие сильно зависит от концентрации электролита: с увеличением концентрации площадь поперечного сечения молекулы уменьшается. Для неионных ПАВ эта площадь сильно зависит от температуры. Критический параметр упаковки связан с кривизной поверхности агрегата ПАВ: при а < 1 поверхность выпуклая, при а > 1 поверхность вогнутая. Тема 2 МИЦЕЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ Слайд 19 Слайд 20 ВОПРОС 1.Опишите, что представляют собой мицеллы поверхностно-активных веществ. Какие мицеллы называют прямыми, какие – обратными? Многие поверхностно-активные вещества обладают замечательной способностью к самоорганизации в водных растворах и неполярных растворителях. Самоорганизация заключается в том, что при определенных условиях в растворе самопроизвольно образуется ансамбль наноразмерных агрегатов, которые состоят из десятков и сотен индивидуальных молекул или ионов ПАВ; эти агрегаты называют мицеллами Слайд 21 ВОПРОС 1.Опишите, что представляют собой мицеллы поверхностно-активных веществ. Какие мицеллы называют прямыми, какие – обратными? Мицелла представляет собой самоорганизованную структуру с определенным расположением и упаковкой образующих ее молекул ПАВ. Форма мицелл весьма разнообразна — известны сферические, цилиндрические, пластинчатые мицеллы. Вместе с тем сами мицеллы. располагаясь относительно друг друга в определённом порядке, создаю более сложные упорядоченные структуры — кубические. гексагональные и др. Слайд 22 ВОПРОС 1.Опишите, что представляют собой мицеллы поверхностно-активных веществ. Какие мицеллы называют прямыми, какие – обратными? Мицеллярные системы обладают несколькими уникальными свойствами. Одно из них — солюбилизация (коллоидное растворение) - растворение внутри мицеллы веществ, которые плохо растворяются в жидкой дисперсионной среде. Солюбилизация играет важную роль по многих технологических и биологических процессах. Другое важнейшее свойство этих систем — мицеллярный катализ - ускорение химических реакций в присутствии мицелл ПАВ. Слайд 23 ВОПРОС 1.Опишите, что представляют собой мицеллы поверхностно-активных веществ. Какие мицеллы называют прямыми, какие – обратными? Мицеллы ПАВ бывают
Слайд 24 ВОПРОС 2.Дайте определение концентрации мицеллообразования. Как записать этот показатель от длины углеводородной цепи в гомолитическом ряду ПАВ? При малых концентрациях ПАВ свойства раствора меняются монотонно. Однако при определенной для каждого ПАВ концентрации ход зависимости свойство — концентрация резко изменяется. Этот скачок свидетельствует о появлении в растворе дисперсных частиц (мицелл), размеры которых больше размера молекул или ионов ПАВ. Приведенные примеры скачкообразного изменения свойств раствора при достижении определенной концентрации ПАВ свидетельствуют об образовании компактных агрегатов из десятков и сотен молекул (ионов) ПАВ — мицелл. Концентрацию, при которой начинается образование мицелл, называют критической концентрацией мицеллообризования (ККМ). Слайд 25 ВОПОС 2. Дайте определение концентрации мицеллообразования. Как записать этот показатель от длины углеводородной цепи в гомолитическом ряду ПАВ? Экспериментально установлены определённые закономерности в зависимости ККМ от состава и строения молекул ПАВ. При увеличении длины углеводородной цепи в гомологическом ряду ПАВ значения ККМ резко убывают. Для многих ПАВ выполняется зависимость: lgСккм = А- ВnC где nC — число атомов углерода в углеводородной цепи; А — константа, приблизительно постоянная для гомологов с разным числом nC, зависящая от природы и числа гидрофильных групп или заместителей в углеводородной цепи; В = lg2 (значения из таблицы). Слайд 26 ВОПРОС 3.Назовите основные методы определения критической константы мицеллообразования различных ПАВ. Объясните суть этих методов. . Критическую концентрацию мицеллообразования определяют по той точке, которая соответствует излому на кривых зависимостей свойств растворов от концентрации. Считается, что при концентрациях, меньших ККМ в растворах ПАВ, присутствуют лишь молекулы и зависимость любого свойства определяется именно концентрацией молекул. При образовании мицелл в растворах свойство будет претерпевать резкое изменение в связи со скачкообразным увеличением размера растворенных частиц. Слайд 27 ВОПРОС 3.Назовите основные методы определения критической константы мицеллообразования различных ПАВ. Объясните суть этих методов. Методы определения ККМ Для определения ККМ по изменению поверхностного натяжения растворов ПАВ часто используются методы максимального давления в газовом пузырьке, сталагмометра, отрыва кольца или уравновешивания пластины, измерения объема или формы висящей или лежащей капли, взвешивания капель и др. Определение ККМ по изменения поверхностного натяжения. Определение ККМ этими методами основано на прекращении изменения поверхностного натяжения раствора при предельном насыщении адсорбционного слоя на поверхности раздела «вода - воздух», «углеводород - вода», «раствор - твердая фаза». Исследования показывают, что наиболее точные результаты получаются при измерении поверхностного натяжения растворов ПАВ методом уравновешивания пластины. Слайд 28 ВОПРОС 3.Назовите основные методы определения критической константы мицеллообразования различных ПАВ. Объясните суть этих методов. Методы определения ККМ При определении ККМ вискозиметрическим методом экспериментальные данные выражают обычно в виде зависимости относительной вязкости от концентрации растворов ПАВ. Вискозиметрический метод также позволяет определить наличие граничных концентраций мицеллообразования и гидратацию мицелл по характеристической вязкости. Этот метод особенно удобен для неионогенных ПАВ в связи с тем, что у них отсутствует электровязкостный эффект. Определение ККМ по вязкости. Слайд 29 ВОПРОС 3.Назовите основные методы определения критической константы мицеллообразования различных ПАВ. Объясните суть этих методов. Методы определения ККМ Широко распространенный кондуктометрический метод ограничен только растворами ионогенных веществ. Кроме ККМ он позволяет определить степень диссоциации молекул ПАВ в мицеллах, что необходимо знать для корректировки мицеллярных масс, найденных по светорассеянию, а также для введения поправки на электровязкостный эффект при расчете гидратации и чисел ассоциации методами, связанными с явлениями переноса. Определение ККМ кондуктометрическим методом. Рис. 6. Зависимость электропроводности раствора ПАВ от концентрации. Слайд 30 ВОПРОС 3.Назовите основные методы определения критической константы мицеллообразования различных ПАВ. Объясните суть этих методов. Определение ККМ по светорассеянию основано на том, что при образовании мицелл в растворах ПАВ резко возрастает рассеяние света частицами и увеличивается мутность системы. По резкому изменению мутности раствора и определяют ККМ. При измерении оптической плотности или светорассеяния растворов ПАВ часто наблюдают аномальное изменение мутности, особенно в том случае, если ПАВ содержит некоторое количество примесей. Данные светорассеяния используют для определения мицеллярной массы, чисел агрегации мицелл и их формы. Определение ККМ по светорассеянию. Методы определения ККМ Рис. 7. Зависимость мутности растворов ПАВ от концентрации. Слайд 31 ВОПРОС 4.Объясните физико-химический смысл точки Крафта. Какие способы используют для получения ПАВ с низкими точками Крафта? При низких температурах растворимость ионных ПАВ в воде очень мала и достижение ККМ невозможно. При достаточном повышении температуры происходит резкое увеличение растворимости, которое вызывает образование мицелл. Температуру, соответствующую началу образования мицелл, называют точкой Крафта (ТК). Фактически переход истинный раствор ПАВ —› мицеллярный раствор совершается в узком температурном интервале вблизи точки Крафта. на ККМ обусловлено температурной зависимостью растворимости ПАВ, При низких температурах Т < ТК предельная растворимость C0 < CKKM, поэтому мицеллообразование в растворе не происхолит. При достижении точки Крафта и более высоких температурах C0 > CKKM , в растворе образуются мицеллы данного ПАВ. Влияние температуры Слайд 32 ВОПРОС 4.Объясните физико-химический смысл точки Крафта. Какие способы используют для получения ПАВ с низкими точками Крафта? |) дополнительную метильную группу или боковые заместители в алкильную цепь; 2) двойную связь в алкильную цепь; 3) полярный сегмент (обычно — оксиэтиленовую группу) между ионной (полярной) группой и алкильной цепью. Для получения ПАВ с низкими точками Крафта вводят: ВОПРОС 5. Охарактеризуйте строение прямых и обратных мицелл ПАВ. Что представляет собой ядро мицеллы? Слайд 33 важнейшие свойства мицелл заключается в том что они имеют организованную внутреннюю структуру . в прямых мицеллах неполярные части молекул поверхностно активных веществ располагаются во внутренней части мицеллы они образуют так называемое ядро прямой мицеллы, наружную часть мицеллы называют оболочкой прямой мицеллы. оболочка образована полярными группами при такой структуре полярные группы молекул пав обращены в сторону полярной дисперсионной среды водный раствор, а неполярные гидрофобные группы экранируются полярной оболочкой от прямого контакта с водой Слайд 34 ВОПРОС 5. Охарактеризуйте строение прямых и обратных мицелл ПАВ. Что представляет собой ядро мицеллы? в мицеллах ионных пав оболочка несет электрический заряд, она представляет собой свои потенциалопределяющих ионов в двойном электрическом слое в обратных мицеллах расположение пав диамитрально противоположно по сравнению с прямыми целыми . ядро обратной мицеллы состоит из полярных групп, а в сторону неполярной дисперсионной среды обращены углеводородные цепи. такое строение обратных мицелл также соответствует правилу уравнения полярностей ВОПРОС 6. Назовите основные основные формы мицелл ПАВ. Слайд 35 форма мицелл весьма разнообразна диаметр мицеллы определяется длинной молекулы пав dm=2lm радиус ядра мицеллы близок к длине алкильной цепи (1,5-3,0нм) существование различных форм мицелл в зависимости от концентрации пав называют полиморфизмом мицелл. размеры индивидуальных мицелл могут быть разными то есть мицеллярная система характеризуется распределением мицелл по размерам в некотором интервале от минимального до максимального ВОПРОС 7. Определите число агрегации при образовании мицелл ПАВ. Слайд 36 Важнейшей количественной характеристикой мицелл является агрегатное число (m) — число молекул (ионов) ПАВ в одной мицелле. В прямых мицеллах агрегатное число составляет несколько десятков (как правило, не менее 20); в обратных мицеллах — в несколько раз меньше. Агрегатное число зависит от строения и размеров молекул ПАВ, а также от размеров мицеллы: где Vn – объем углеродного ядра прямой мицеллы Vm – объем неполярной части молекулы ПАВ где l- длина развернутой углеводородной цепи Объем сферической мицеллы равен: Из этих уравнений следует, что агрегатное число сферической мицеллы равно: ВОПРОС 8. Назовите основные положения квазихимической теории образования мицелл. Слайд 37 Сложное строение мицелл ПАВ вызывает большие трудности при создании теории их образования. Для расчета термодинамических условий перехода раствора ПАВ от молекулярной (ионной) формы к мицеллярной применяют главным образом квазихимический подход. Основное положение квазихимического подхода: мицеллы представляют собой продукт обратимой химической реакции между отдельными молекулами (ионами) ПАВ Где m — агрегатное число; [ПАВ] — конкретное поверхностно- активное вещество; [ПАВ]m, — мицелла из m молекул ПАВ Другое принципиальное допущение квазихимического подхода: агрегатное число не зависит от концентрации ПАВ, т.е. с увеличением концентрации растет число мицелл в единице объема Раствора, но размеры и форма мицелл при этом не меняются. В рамках квазихимического подхода агрегирование молекул ПАВ в мицеллу рассматривают как прямое направление «реакции» мицеллообразования, а дезагрегирование — как обратное направление данной реакции. Этот подход соответствует экспериментальным результатам. По данным спектроскопии ядерного магнитного резонанса время «жизни» индивидуальной молекулы ПАВ в мицелле составляет около 10^-7 с, а в период полураспада мицеллы — от 10 ^-3до 1 c. ВОПРОС 9. Приведите термодинамические уравнения квазихимической теории образования мицелл. Слайд 38 Квазихимический подход позволяет охарактеризовать процесс мицеллообразования по аналогии с законом действующих масс. Квазихимический подход позволяет рассчитать термодинамические параметры процесса мицеллообразования. Изменение энергии Гиббса при переходе молекулярного раствора в мицеллярную систему с агрегатным числом m равно: По определению имеем: Таким образом, формирование мицелл описывается следующими квазихимическими уравнениями: ВОПРОС 10. В чем заключается явление солюбилизации (коллоидного растворения)? Слайд 39 Солюбилизация - самопроизвольный переход нерастворимых или малорастворимых низкомолекулярных соединений в водную фазу в присутствии коллоидного ПАВ). В водных растворах ПАВ солюбилизируются вещества, практически нерастворимые в воде, например, углеводороды – бензол, гексан, красители, жиры. Эти неполярные вещества – солюбилизаты, вводимые в водный раствор ПАВ, входят в состав мицелл и растворяются в ее неполярном ядре. В растворах ПАВ в органических растворителях, в которых образуются обратные мицеллы, солюбилизируются полярные жидкости, например, вода. В этом случае солюбилизация обусловлена растворением полярных веществ в ядрах мицелл, состоящих из полярных частей молекул ПАВ. Интересна солюбилизация в водных растворах фосфолипидов. Фосфолипиды являются сложными эфирами фосфатидных кислот и аминоспиртов образуют лиофильные коллоидные растворы. ВОПРОС 11. Дайте определение солюбилизационной емкости мицелл ПАВ. Приведите термодинамическое уравнение для ее расчета Солюбилизация заключается в способности мицелл аккумулировать внутри себя значительное количество веществ которые растворяются в жидкой дисперсионной среде поэтому солюбилизацией называется коллоидное растворение, прямые мицеллы солюбилизируют неполярные вещества, обратные мицеллы - полярные вещества. Поглощенные мицеллами вещества называют солюбилизатаром. наиболее наглядно солюбилизация характеризуется зависимость от концентрации поверхностно активного вещества количественной характеристикой солюбилизации служит солюбилизационная емкость S= при теоретическом описание солюбилизации одна из основных задач заключается в расчете солюбилизационной емкости для этого используют следующую модель. в прямой мицелле ядро рассматривают как жидкую неполярную фазу условия термодинамического равновесия заключается в равенстве химических потенциалов солюбилизатора в мицелле и в виде самостоятельной жидкой фазе Слайд 40 Слайд 41 ВОПРОС 11. Дайте определение солюбилизационной емкости мицелл ПАВ. Приведите термодинамическое уравнение для ее расчета сферическая мицелла находится под действием капиллярного давления. соответственно, стандартный химический потенциал вещества в мицелле больше, чем в объемной фазе выражение представляет собой аналог уравнение Гиббса Кюри Фрейндлиха для расчета растворимости вещества в зависимости от кривизны поверхности. уравнение позволяет рассчитать не только солюбилизыционную емкость мицелл но и поверхностное натяжение другая важная задача заключается в расчете энтальпии солюбилизация. которая определяется работой переноса 1 молля солюбилизата из макрофазы этого вещества в мицеллу. этот расчет строится на основе квазихимической модели мицеллообразования по аналогии с температурной зависимостью ККМ энтальпия солюбилизация рассчитывается по уравнению в теоретическом и прикладном отношений важным параметром солюбилизация является скорость этого процесса, ее характеризуют количеством солюбилизата перенесенного в мицеллу из раствора в единицу времени, через единицу площади . скорость стабилизации растет с увеличением концентрации пав. для мицелл образованных неиногенными пав скорость солюбилизации растет с увеличением температуры. прикладное значение солюбилизации очень велико это явление используется в эмульсионной полимеризации, мицеллярном катализе, нефтедобычи. солюбилизация жиров в мицеллах желудочных холневых кислот определяет усвоение жиров в организме. ВОПРОС 13. Охарактеризуйте гидрофобные взаимодействия, объясните природу их взаимодействия гидрофобными взаимодействиями называют специфические взаимодействия вызывающие выталкивания полярных молекул из воды и имеющие энтропийную природу. специфика гидрофобных взаимодействий проявляется например в том что плохая растворимость углеводородов в воде обусловлена не повышением энтальпии системы а уменьшением энтропии поэтому при повышении температуры растворимость углеводородов в воде уменьшается а не растет как для ионных кристаллов .это положение иллюстрирует следующим премьером при растворении бутанол воде при температуре 298 К уменьшение энтропии составляет - 96,6 увеличении энтальпии 4200 джоуль на моль общее значение энергии гиббса будет равно таким образом, в этой системе уменьшение энтальпии примерно в 7,5 раз меньше энтропийного вклада гидрофобное взаимодействие играет важную роль не только в адсорбции пав и образование мицелл но и в свойствах растворах водорастворимых полимеров белков. гидрофобные взаимодействия вносят определенный вклад в формирование глобулярноц структуры белковых макромолекул поскольку именно эти структуры обладают биологической функциональностью .значение гидрофобных взаимодействий в биологии и медицине очень велико Слайд 42 ВОПРОС 13. Охарактеризуйте гидрофобные взаимодействия, объясните природу их взаимодействия Для этого используют 3-и способа:
Для многих практических приложений коллоидной химии важно регулировать гидрофобные взаимодействия. Слайд 43 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ |