Физико-химические свойства растворов поверхностно-активных веществ
Добавление небольших количеств ПАВ к воде (0,1 —2%) резко изменяет ее свойства. Водные растворы подобных веществ обладают небольшим поверхностным натяжением, хорошей смачивающей и моющей способностью, образуют пену. Свойства, которые приобретает вода после добавления к ней небольших ко личесТв ПАВ, повышают ее огнетушащую способность. В основном эти свойства связаны с изменением поверхностных свойств воды и проявляются на границах раздела водных растворов с пограничной фазой. Граница раздела двух фаз может быть образована водными растворами ПАВ с твердыми телами, воздухом, насыщенных паром, водонерастворимой жидкостью. Физико-химические свойства веществ на поверхности раздела двух фаз отличаются от таких же свойств н объеме. Это различие обусловлено запасом свободной энергии на поверхности раздела.
![[image]](pav/pav-1.jpg)
Поверхностное натяжение характеризует поверхность раздела двух фаз и является результатом межмолекулярного взаимодействия. Межмолекулярные силы
Рис. 2. Расположение молекул НЛВ п поверхностном CJKlC
/ - I идрофоОпая часть молекулы; 2 — гидрофильная часть мотек" лы
проявляются на определенном, очень небольшом расстоянии ко трое он ре i »ястси рл шусом окружностей с центрами в точках V], н ,М2 (рис. 1). С молекулами Mi и М2 взаимодействуют молекулы, находящиеся внутри этих сфер. Молекула Л1( равномерно притйгивается окружающими ее молекулами, находящимися от нее на равных расстояниях Молекула А притягивает молекулу М\ с такой же силой, как и молекула Л,. Так же действуют молекулы В и В|. Таким образом, силы, действующие на молекулу Mi уравновешены. Равнодействующая этих (Гил равна нулю. Следовательно, для перемещения молекул, находящихся внутри жидкостей, не требуется затрачивать никакой работы. Силы межмолекулярного воздействия оказывают па молекулу М2 неравномерное влияние. Действие молекул, находящихся в жидкости, не уравновешивается действием молекул, находящихся в газовой среде, так как в газообразной фазе молекулы находятся на большем расстоянии друг от друга (плотность газовой среды значительно меньше плотности жидкости). Силы молекулярного воздействия на воздух остаются неуравновешенными. Сила, действующая на молекулу направлена внутрь жидкости. Для «вытягивания» молекулы на поверхность требуется совершить определенную работу. Работа изотермического образования новой поверхности, отнесенной к единице площади, называется поверхностным натяжением и измеряется обычно в Ньютонах на метр или Джоулях на квадратный метр.' Работа создания поверхности колеблется в широких пределах и зависит от химического строения молекул и расстояния между ними. Для воды эта работа велика из-за большой силы сцепления между молекулами, а для углеводородных жидкостей намного меньше.
Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается. Для большей части жидких веществ падение поверхностного натяжения с ростом температуры имеет линейный характер. Поверхностное натяжение жидких веществ, например воды, можег быть снижено и г.ри обычной температуре добавлением ПАВ. Обладав меньшим поверхностным натяжением, чем вода, и концентрируясь в поверхностном слое, они уменьшают поверхностное натяжение. Процесс концентрирования вещества в поверхностном слое называется адсорбцией.
Для того чтобы вещество было поверхностно-активным в водной среде, его молекулы должны иметь резко выраженное асимметричное строение. Они должны иметь небольшую полярную гидсофильную (родственную воде) группу, например ОН; NH2; СООН; 0S02H, и гидрофобный (не имеющий сродства к воде) сравнительно большой органический радикал, состоящий из бензольного кольца, алкильной цепочки либо соединения того и другого.
Молекулы ПАВ в поверхностном слое располагаются таким образом, что их полярная гидрофильная часть обращена к воде, а гидрофобная — к менее полярной фазе, и понижают поверхностное натяжение воды (рис. 2). При добавлении небольшого количества вещества поверхностное натяжение сначала резко снижается и при достижении определенной концентрации практически становится постоянным.
Вода, растворяя твердые неорганические вещества, хорошо смачивает их. К подобным веществам относятся соли, кислоты и т. п. Водой, как правило, приходится тушить органические вещества, например древесину, ткани и другие неродственные воде и не растворяющиеся в ней. Воде трудно проникнуть в поры подобных веществ и при тушении она с них стекает. Если добавить ПАВ, вода сможет проникнуть в поры веществ, растечься по их поверхности и, следовательно, можно быстро достичь эффекта тушения.
