Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и их классификация Гопанюк. Поверхностноактивные вещества (пав) и их классификация по дисциплине
 Скачать 190.72 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ярославский государственный технический университет» Кафедра «Химическая технология биологически активных веществ и полимерных композитов» Реферат защищен с оценкой_________ Преподаватель канд. хим. наук, доцент ___________А.В. Комин «____»_________2021 г. Реферат на тему: «Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и их классификация» по дисциплине «Физикохимия растворов и дисперсных систем» ЯГТУ 18.03.01 Отчет выполнил студент гр. ДСХб-30 Гопанюк Л.И. «____» __________ 2021 г. Содержание Введение…………………………………………………………………………...3 1. Химический состав и строение………………………………………………..4 2. Классификация ПАВ…………………………………………………………...6 Заключение……………………………………………………………………….12 Список использованной литературы…………………………………………...13 Введение Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Однако в понятие «поверхностно-активные вещества» обычно вкладывают более узкий смысл, относя его лишь к группе органических соединений, адсорбция которых из их растворов даже очень малой концентрации приводит к резкому снижению поверхностного (межфазного) натяжения на поверхности раздела раствора с газом (паром), др. жидкостью или твердым телом. Термин «поверхностное натяжение» принято употреблять по отношению к поверхности раздела конденсированной фазы с газом, а термин «межфазное натяжение» - по отношению к поверхности раздела двух конденсированных фаз. Актуальность данной темы обусловлена узким распространением термина «Поверхностно-активные вещества», что в свою очередь означает не высокий уровень осведомленности людей на данную тему. Для того, чтобы наиболее полно раскрыть эту тему, необходимо: - Определить химический состав и строение ПАВ. - Классифицировать ПАВ. Химический состав и строение Типичные ПАВ - органические соединения дифильного строения, то есть содержащие в молекуле атомные группы, сильно различающиеся по интенсивности взаимодействия с окружающей средой. Так, в молекулах ПАВ имеются один или несколько углеводородных радикалов, составляющих олео-, или липофильную, часть (она же - гидрофобная часть молекулы), и одна или несколько полярных групп - гидрофильная часть. Слабо взаимодействующие с водой олеофильные (гидрофобные) группы определяют стремление молекулы к переходу из водной (полярной) среды в углеводородную (неполярную). Гидрофильные группы, наоборот, удерживают молекулу в полярной среде или, если молекула ПАВ находится в углеводородной жидкости, определяют её стремление к переходу в полярную среду. Таким образом поверхностная активность ПАВ, растворённых в неполярных жидкостях, обусловлена гидрофильными группами, а растворённых в воде - гидрофобными радикалами [2]. По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные и неионные. Ионные ПАВ диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладают адсорбционной активностью, другие (противоионы) - адсорбционно неактивны. Если адсорбционно активны анионы, ПАВ называются анионными, или анионоактивными, в противоположном случае - катионными, или катионоактивными. Анионные ПАВ - органические кислоты и их соли, катионные - основания, обычно амины различной степени замещения, и их соли. Некоторые ПАВ. содержат и кислотные, и основные группы. В зависимости от условий они проявляют свойства или анионных, или катионных ПАВ, поэтому их называют амфотерными, или амфолитными ПАВ [5]. Все ПАВ можно разделить на две категории по типу систем, образуемых ими при взаимодействии с растворяющей средой. К одной категории относятся мицеллообразующие ПАВ, к другой - не образующие мицелл. В растворах мицеллообразующих ПАВ. выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ) возникают коллоидные частицы (мицеллы), состоящие из десятков или сотен молекул (ионов). Мицеллы обратимо распадаются на отдельные молекулы или ионы при разбавлении раствора (точнее, коллоидной дисперсии) до концентрации ниже ККМ. Таким образом, растворы мицеллообразующих ПАВ. занимают промежуточное положение между истинными (молекулярными) и коллоидными растворами (золями), поэтому их часто называют полуколлоидными системами. К мицеллообразующим ПАВ. относят все моющие вещества, эмульгаторы, смачиватели, диспергаторы и др [2]. В мировом производстве ПАВ большую часть составляют анионные вещества. Среди них можно выделить следующие основные группы: карбоновые кислоты, а также их соли, алкилсульфаты (сульфоэфиры), алкилсульфонаты и алкил-арилсульфонаты, пр. продукты. Наиболее распространены натриевые и калиевые мыла жирных и смоляных кислот; нейтрализованные продукты сульфирования высших жирных кислот, олефинов, алкилбензолов. Второе место по объёму промышленного производства занимают неионные ПАВ - эфиры полиэтиленгликолей. Большинство неионных ПАВ. получают присоединением окиси этилена к алифатическим спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам и др. соединениям с реакционноспособным атомом водорода. Ассортимент ПАВ чрезвычайно велик [4]. ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде и те, которые не разрушаются и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде - понижение поверхностного натяжения. Например, в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы. Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемых в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека [3]. 2. Классификация ПАВ Ионогенные ПАВ Анионоактивные вещества составляют большую часть мирового производства ПАВ. Эта группа тензидов является самой несовместимой с грязью. Анионные и криптоанионные соединения лучше всех других групп ПАВ удаляют грязь с контактных поверхностей. Поэтому без них не обходится ни одно действенное очищающее средство. Эту группу моющих субстанций люди научились производить раньше других (вспомним пассаж про пепел, котором посыпали себе голову древние мудрецы). По мере развития прогресса анионные тензиды стали варить из белков и жиров, ощелоченных (натриевая гидролизация) при помощи золы (самое популярное щелочное природное сырье - зола дерева Salasola soda) и других щелочных соединений. В качестве сырья для анионных и криптоанионных ПАВ используется кокосовое, пальмовое, рапсовое, соевое масло, свиной жир, спермацет, масло из коровьего и козьего молока [3]. Выдающиеся очищающие качества анионных тензидов объясняются строением их молекул, которые состоят из двух частей - гидрофильной (любящей воду) и, наоборот, гидрофобной. Первые позволяют им растворяться в воде (или полярных растворителях) и полностью смываться ею с поверхности кожи, а вторые - контактировать с неполярными веществами (углеводородами, смолами, мочевиной, пылью, жирами, маслами). Во время мытья с шампунем или мылом гидрофобные «челюсти» связывают захваченные частички грязи, помещая их в центр мицеллы (полого шара, образованного рядом молекул, гидрофильные «хвосты» которых направлены наружу, а внутрь - гидрофобные «головы») [1]. Быстрая, полноценная, качественная эвакуация грязи с поверхности кожи и ее придатков, пенообразование, бактерицидное (ликвидация грамположительных микроорганизмов) и бактериостатическое, липолитическое (растворение окисленного жирового секрета сальных желез и смолисто-минеральных загрязнений кожи) действие. В производстве мыл и многих ионо- и неионогенных мылоподобных ПАВ используют карбоновые кислоты, получаемые гидролизом из растительных и животных жиров, и синтетические жирные кислоты. Промышленное значение имеют также смоляные и жирные кислоты таллового масла - побочного продукта целлюлозного производства - смоляные кислоты канифоли, среди которых преобладает абиетиновая [5]. Наибольшее значение, как ПАВ из солей монокарбоновых кислот, имеют мыла (натриевые, калиевые и аммонийные) жирных кислот RСООН, где R - насыщенный или ненасыщенный нормальный алифатический радикал с числом атомов углерода 12-18, и мыла (натриевые, реже - калиевые) смоляных кислот. Практическое значение имеют также дикарбоновые кислоты. Катионоактивные ПАВ Катионные тензиды - это соединения, которые диссоциируют (растворяются) в водном растворе с образованием катионов (положительно заряженных молекул). Четвертичные аммониевые основания, представляют собой полисахариды, получаемые из молочных продуктов, ланолина, картофеля, кукурузы, сахарного тростника, свеклы, подсолнечника [1]. В силу своего положительного заряда катионные тензиды притягиваются к отрицательно заряженным волосам и роговым чешуйкам эпидермиса, ускоряя их смачивание, фиксируют на их поверхности ценные лечебные компоненты, содержащиеся в косметическом препарате, а также оказывают брадикиназное действие (устраняют раздражение, зуд, жжение, отечность). Они захватывают и удерживают отрицательно заряженные частицы, убивают грамотрицательные бактерии. Катионные тензиды - ценные компоненты косметических препаратов: они активизируют пенообразование, повышают продуктивность кислородообмена кожи и волос, эмульгируют масляные и ароматические субстанции в водном растворе, оказывают бактерицидное действие, устраняют остаточный электрический заряд на волосах после мытья (антистатическое действие), обеспечивают легкое расчесывание, укладку и повышают КПД лечебных компонентов на кожу и волосы [2]. Их можно разделить на следующие основные группы: амины различной степени замещения и четвертичные аммониевые основания, др. азотсодержащие основания, четвертичные фосфониевые и третичные сульфониевые основания. Сырьем для катионоактвных ПАВ, имеющих хозяйственное значение, служат амины, получаемые из жирных кислот и спиртов, алкгалогенидов, а также алкилфенолов. Четвертичные аммониевые соли синтезируют из соответствующих длинноцепочечных галоидных алкилов реакцией с третичными аминами, из аминов хлоралкилированием или другими путями из синтетических спиртов, фенолов и фенольных смесей [4]. Большее значение как катионоактивные ПАВ и как исходные продукты в синтезе неионогенных ПАВ имеют не только моно-, но и диамины, полиамины и их производные. Амфотерные ПАВ Производители качественной косметики для того, чтобы смягчить действие лучших, то есть анионных очищающих ингредиентов (в частности, для того чтобы анионные ПАВ не повредили жировой комплекс гидролипидной мантии) и при этом не снизить очищающей активности препарата, обязательно вводят в мылящуюся формулу соПАВы. Амфотерные и неионные тензиды нейтрализуют кислотную реакцию анионов, способствуют их быстрому расщеплению, при этом увеличивая плотность и уменьшая «воздушность» пузырьков пены. Амфотерные ПАВ являются одним из самых дорогих ингредиентов мылящейся основы. Их получают выжимкой, экстракцией, настаиванием, ректификацией и окислением природного сырья (как растительного, так и животного толка). Наиболее известные сырьевые источники амфотерных тензидов, а именно кокоамфоацетата, лактата, альфа-аминокислот, пектинов, восков, - это мыльнянка, водоросли, мякоть плодов яблони, корнеплоды (свекла, морковь, топинамбур), пальмовое масло, молочные продукты, ланолин [4]. Даже элементарные познания в химии дают основания для сомнений в возможности совмещения в единой формуле катионных и анионных ПАВ, поскольку противоположно заряженные вещества, попарно притягиваясь друг к другу, уменьшают свое сродство с водой (выпадают в осадок), и, естественно, снижается очищающая активность. Только благодаря амфотерным тензидам эта проблема была разрешена: эти поверхностно-активные вещества благодаря своей способности легко отдавать и присоединять электронную пару проявляют как кислотные, так и основные свойства в зависимости от реакции среды, в которой они находятся (так в щелочной среде они становятся анионами, а в кислотной - катионами) [1]. Свойства амфотерных ПАВ: Амфотерные тензиды защищают кожу и волосы от сухости и раздражения, реставрируют роговой слой эпидермиса и кератин волос, смягчают, повышают эластичность соединительной ткани, придают волосам шелковистость, а пене мылящегося вещества - кремообразную текстуру. Получены из анионоактивных введением в них аминогрупп или из катионоактивных введением кислотных групп. Такие соединения получают взаимодействием первичного амина и метилакрилата с последующим омылением сложноэфирной группы щелочью. Промышленностью амфотерные ПАВ выпускаются в небольшом количестве, и их потребление расширяется медленно [2]. Неионогенные ПАВ Соединения, которые растворяются в воде без образования ионов, называют неионными. Их группу представляют полигликолевые и полигликоленовые эфиры жирных спиртов. Получают неионные ПАВы оксиэтилированием растительных масел (касторовое, ростков пшеницы, льна, кунжута, какао, календулы, петрушки, риса, зверобоя). Неионные ПАВ существуют только в жидкой или пастообразной форме, поэтому не могут содержаться в твердых моющих средствах (мыло, порошки). Водные растворы сложных эфиров жирных кислот являют собой дисперсионный мицельный раствор, который часто называют «умным мылом», поскольку он эмульгирует грязь и жир, удаляя их с поверхности кожи и волос, не повреждая защитную мантию. Свойства неионных ПАВ: Этот вид ПАВ привносит моющему средству мягкость, безопасность, экологичность. Они стабилизируют мыльную пену, обладают мягкими свойствами загустителя, оказывают брадикиназное и полирующее действие, реставрируя наружные слои эпидермиса и волос, способствуют активизации действия лечебных добавок очищающего препарата [6]. Это наиболее перспективный и быстро развивающийся класс ПАВ. Не менее 80-90% таких ПАВ получают присоединением окиси этилена к спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам и другим соединениям с реакционноспособными атомами водорода. Полиоксиатиленовые эфиры алкилфенолов - самая многочисленная и распространенная группа неионогенных ПАВ, включающая более сотни торговых названий. Заключение Итак, типичные ПАВ - это органические соединения дифильного строения. Все ПАВ можно разделить на две категории по типу систем, образуемых ими при взаимодействии с растворяющей средой. К одной категории относятся мицеллообразующие ПАВ, к другой - не образующие мицелл. Классификация ПАВ выглядит следующим образом: - Ионогенные ПАВ. - Катионоактивные ПАВ. - Амфотерные ПАВ. - Неионогенные ПАВ. Моющее действие ПАВ обусловлено наличием в системе поверхностно-активных веществ, способных создавать вокруг частиц (капель) дисперсной фазы и на очищаемой поверхности так называемый адсорбционно-сольватный защитный слой. Применение ПАВ находят в самых разнообразных областях: в пищевой, в лакокрасочной, косметической, текстильной и кожевенной промышленности, в медицине, металлургии, нефтедобычи и во многих других сферах. Таким образом, в работе были рассмотрены поверхностно-активные вещества с нескольких углов зрения, приведены примеры и описан принцип действия ПАВ. Список использованной литературы 1. Биологически активные вещества растительного происхождения. В 3 томах. Том 1. А - К / Б.Н. Головкин и др. - М.: Наука, 2001. - 368 c. 2. Биологически активные вещества растительного происхождения. В 3 томах. Том 3. Указатели: моногр. / Б.Н. Головкин и др. - М.: Наука, 2002. - 216 c. 3. Вережников, В. Н. Коллоидная химия поверхностно-активных веществ. Учебное пособие / В.Н. Вережников, И.И. Гермашева, М.Ю. Крысин. - М.: Лань, 2015. - 304 c. 4. Киселева, А.В. Биологически активные вещества лекарственных растений Южной Сибири: моногр. / А.В. Киселева, Т.А. Волхонская, В.Е. Киселев. - М.: Наука, 2001. - 133 c. 5. Подколзин, А. А. Действие биологически активных веществ в малых дозах / А.А. Подколзин, К.Г. Гуревич. - М.: КМК, 2002. - 170 c. 6. Шехтер, Ю. Н. Маслорастворимые поверхностно-активные вещества / Ю.Н. Шехтер, С.Э. Крейн, Л.Н. Тетерина. - М.: Химия, 2015. - 304 c. |