Адсорбція на границі розчин-газ

Вище були розглянуті подання про поверхневий натяг індивідуальних рідин. На поверхневий натяг розчинів сильно впливає адсорбція.

Кількісно співвідношення між адсорбцією розчинної речовини (у кмоль на 1 м² поверхні) і зміною поверхневого натягу (s) з концентрацією розчину С (кмоль/м³) визначається рівнянням Гіббса:

З рівняння видно, що при <0 Г>0, тобто відбувається нагромадження речовини в поверхневому шарі; при >0 Г< 0 - зменшення концентрації речовини в поверхневому шарі (- поверхнева активність).

Всі розчинні речовини по їхній здатності адсорбуватись на границі рідина-повітря можна розділити на дві групи:

- поверхнево-активні речовини (Г >0 <0);

- поверхнево-неактивні речовини (Г <0 >0).

Поверхнево-активні речовини здатні накопичуватися в поверхневому шарі. Вони повинні мати поверхневий натяг менший поверхневого натягу розчинника (інакше нагромадження речовини на поверхні термодинамічно невигідно) і володіти порівняно малою розчинністю (інакше вони б прагнули проникнути з поверхні в глиб розчину).

Рис. 4.11 Залежність поверхневого натягу від концентрації розчину:

1 - для поверхнево-активної речовини;

2 - для поверхнево-неактивної речовини;

3 – для речовини, яка не впливає на поверхневий натяг розчинника.

Характерною рисою будови ПАР є їх дифільність, тобто молекула складається із двох частин — полярної групи й неполярного вуглеводневого радикалу. Має значний дипольний момент і добре гідратується полярна група (ОН, СООН, RН₂) обумовлює спорідненість ПАР до води. Гідрофобний вуглеводневий радикал є причиною неповної розчинності цих сполук.

ПАР щодо води: жирні кислоти, солі жирних кислот, сульфокислоти і їх солі, спирти, аміни.

Рис. 4Розташування молекул у поверхневому шарі:

а - висока концентрація ПАР;

б - мала концентрація ПАР.

Поверхнева активність і адсорбуємість залежать від природи полярної групи, будови молекули й довжини радикала (СН₃СООН - оцтова кислота розчинна; С₅Н₁₁СООН - капронова кислота - не розчинна).

Правило Дюкло-Траубе: у будь-якому гомологічному ряді, при малих концентраціях, подовження вуглеводневого ланцюга на СН₂ групу, збільшує поверхневу активність в 3-3,5 раз.

Правило Дюкло-Траубе справедливо при вільному розташуванні адсорбованих молекул у поверхневому шарі паралельно поверхні (рис. 4б).

Для водяних розчинів жирних кислот залежність поверхневого натягу від концентрації виражається емпіричним рівнянням Шишковського:

де: в і К - емпіричні постійні, причому в постійна для всього гомологічного ряду, а К - збільшується в 3-3,5 рази для кожного наступного члена, відповідно до правила Дюкло-Траубе.

Дата добавления: 2014-01-07