Механизм мицеллообразования и строение мицелл в растворах коллоидных ПАВ

Классификация коллоидных ПАВ

По способности к диссоциации в воде ПАВ подразделяют на:

ПАВ

Неионогенные Ионогенные

R - OH

	Анионные RCOONa RCOO^– + Na^+ соли высших карбоновых кислот R-COONa соли высших сульфокислот R-SO3Na

Катионные ПАВ используют как бактерицидные средства. Они адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности микроорганизмов и подавляют их жизнедеятельность. Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде.

Коллоидные ПАВ имеют невысокую растворимость из-за длинных углево­дородных радикалов. Их растворение обусловлено главным образом увеличе­нием энтропии. Концентрация их истинных растворов невелика

(10^-6-10^-3моль/л). Благодаря своей дифильной структуре и малой растворимости колло­идные ПАВ могут образовывать два вида растворов в одном и том же раствори­теле:

1. При низких концентрациях, пока ПАВ растворяются, образуются истин­ные растворы. При этом дифильные молекулы ПАВ выталкиваются раствори­телем на поверхность, здесь накапливаются (адсорбируются), образуя частокол Ленгмюра. Происходит выравнивание полярностей контактирующих фаз и, следовательно, уменьшение поверхностного натяжения и избыточной поверхностной энергии (Рис.1.6).

2. При более высоких концентрациях ПАВ, когда поверхностный слой за­полнен, в объеме жидкости дифильные молекулы ПАВ начинают самопроиз­вольно объединяться в мицеллы. Под действием сил Ван-дер-Ваальса гидро­фобные хвосты притягиваются друг к другу и образуют компактное гидрофоб­ное ядро мицеллы, а гидрофильные головки направлены наружу к водной среде, поэтому система термодинамически устойчива.

В неполярных растворителях в ядро объединяются полярные головки

(Рис. 3.1). С образованием мицелл система становится гетерогенной, поскольку мицеллы образуют новую фазу. Размер мицелл новой фазы со­ставляет 10^-9-10^-7м, т.е. система является коллоидной.

Рис.3.1. Строение сферических мицелл в растворах коллоидных ПАВ

а) в полярном растворителе б) в неполярном растворителе

При увеличении концентрации ПАВ в растворе их содержание в поверхно­стном слое не изменяется (частокол Ленгмюра), и поверхностное натяжение тоже останется постоян­ным (рис. 3.2).

Минимальная концентрация коллоидного ПАВ, при которой начинается образование мицелл, называется критической концентрацией мицеллообразо­вания, КММ. При этой концентрации истинный раствор переходит в коллоидный (золь).

σ

При концентрациях ПАВ, несколько превышающих КММ, мицеллы имеют сферическую форму. Причем число молекул ПАВ в таких мицеллах не превышает 100 (20-100) молекул. Поэтому при дальнейшем увеличении кон­центрации ПАВ растет не размер мицелл, а число сферических мицелл.

		Рис. 3.2. Изотерма поверхностного натяжения раствора коллоидного ПАВ
	σ

При достижении определенной концентрации сферические мицеллы на­чинают взаимодействовать между собой. Это приводит к образованию цилинд­рических мицелл, а затем пластинчатых мицелл, имеющих форму бислоя (Рис. 3.3). Такие пластические мицеллы являются моделью биологической мембраны.

а. б. в. г.

Рис. 3.3 Мицеллообразование в растворе коллоидных ПАВ

При очень высоких концентрациях ПАВ система теряет текучесть и пре­вращается в связнодисперсную – гель. Изменения, происходящие в растворе ПАВ с увеличением его концентрации можно отразить следующей схемой:

1. Адсорбция молекул ПАВ на поверхность.

2. Частокол Ленгмюра.

3.Сферические мицеллы.

4. Увеличение числа сферических мицелл.

5. Эллипсовидные мицеллы.

6. Цилиндр- ические мицеллы.

7. Ассоциаты цилиндрических мицелл.

8. Пластинчатые мицеллы.

9.Многослойные пластинчатые мицеллы.

10. Гель (связнодисперсная система).

Дата добавления: 2014-11-20