Неионогенные пав. Введение
на неск. порядков выше, чем в объеме жидкости , поэтому даже при ничтожно малом содержании в воде (0,01-0,1% по массе) ПАВ могут снижать поверхностное натяжение воды на границе с воздухом с 72,8·10 -3 до 25·10 -3 Дж/м 2 , т.е. практически до поверхностного натяжения углеводородных жидкостей . Аналогичное явление имеет место на границе водный р-р ПАВ - углеводородная жидкость , что создает предпосылки для образования эмульсий .
Неорганические почвы включают ржавчину, окалину, отложения твердой воды и минералы, такие как песок, ил и глина. Зачастую кислоты используются для удаления неорганических отложений, таких как ржавчина и масштаб. Минералы часто очищаются очистителями общего назначения.
Комбинированные почвы часто представляют собой сложную задачу для уборщика, поскольку в почве содержатся как органические, так и неорганические компоненты. Правильная идентификация имеет решающее значение. Большинство комбинированных почв удаляют с помощью очень концентрированного высокопроизводительного очистителя, который также содержит растворитель.
Основной количественной характеристикой ПАВ является - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз - это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю.
В объеме жидкой фазы ПАВ могут находиться
- или в виде отдельных молекул (истинно растворимые ПАВ),
-или объединяться в группы по нескольку десятков молекул - Предельная концентрация ПАВ в растворе, при которой начинается образование мицелл, называется ).
Поверхностно-активное вещество является наиболее важной частью любого чистящего средства. Слово «поверхностно-активное вещество» недостаточно для «поверхностного активного агента». В общем, это химикаты, которые при растворении в воде или другом растворителе ориентируются на границе раздела между жидкостью и твердым телом и изменяют свойства интерфейса.
Все они имеют общую молекулярную подобие. Один конец молекулы имеет длинную неполярную цепь, которая притягивается к маслам, жиру и грязи. Другая часть молекулы притягивается к воде. Поверхностно-активное вещество выходит на интерфейс, как показано ниже. Гидрофобный конец молекулы уходит от воды, а гидрофильный конец остается рядом с водой. Когда грязь или жир присутствуют, поверхностно-активные вещества окружают его до тех пор, пока он не выйдет из границы. Обратите внимание на диаграмме 4, что молекулы грязи фактически суспендированы в растворе.
Строение ПАВ
Как правило, ПАВ - органические соединения, имеющие амфифильное строение , то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент(функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент. Примером ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот - олеата , стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты , карбоновые кислоты , амины и т. п.
Следует отметить, что поверхностно-активное вещество может быть либо мылом, либо синтетическим моющим средством. Мыло использовалось на протяжении веков, потому что они сделаны из натуральных материалов, таких как животный жир и щелочь. Синтетика появилась только в течение последних 40 лет. Мыло все еще широко используется в продуктах личной гигиены из-за их мягкости. Синтетические моющие средства являются поверхностно-активными веществами по выбору практически для всех других чистящих средств.
Удаление грунта - сложный процесс, который гораздо более активен, чем просто добавление мыла или поверхностно-активного вещества к воде. Одной из основных проблем, с которыми мы сталкиваемся в отношении очищающих соединений, является жесткость воды. Вода становится «твердой» из-за присутствия ионов кальция, магния, железа и марганца. Эти ионы металлов мешают очищающей способности моющих средств. Ионы металлов действуют как грязь и «используют» поверхностно-активные вещества, что делает их недоступными для воздействия на поверхность, которую мы хотим очистить.
Классификация ПАВ
- Ионогенные ПАВ
- Катионные ПАВ
- Анионные ПАВ
- Амфотерные
- Неионогенные ПАВ
- Алкилполиглюкозиды
- Алкилполиэтоксилаты
Анионактивные ПАВ
- содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Это группы: COOH(M), OSO
2
OH(M), SO
3
H(M), где M-металл (одно-, двух- или трехвалентный). Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими цепями или алкилароматическими радикалами.
Хелатный агент объединяется с этими разрушающими ионами металлов в воде. Ионы металлов окружены когтяподобным хелатообразующим агентом, который изменяет электронный заряд ионов металла от положительного до отрицательного. Это делает невозможным осаждение ионов металлов поверхностно-активными веществами. Таким образом, ионы хелатированного металла остаются в растворе в безопасном состоянии, где они не будут использовать поверхностно-активные вещества.
Моющие средства, как мы узнали до сих пор, состоят из поверхностно-активных веществ и хелатирующих агентов. Помните, что поверхностно-активные вещества удаляют грязь с загрязненной поверхности, а хелатирующие агенты используются для охлаждения нежелательных ионов металлов, обнаруженных в чистящих растворах. Хелатирующий процесс, хотя и очень эффективный, не всегда необходим и увеличивает стоимость разработки моющих средств. Строители часто являются хорошей альтернативой.
В анионактивных ПАВ катион м.б. не только металлом, но и органическим основанием. Часто это ди- или триэтаноламин. Поверхностная активность начинает проявляться при длине углеводородной гидрофобной цепи C
8
и с увеличением длины цепи увеличивается вплоть до полной потери растворимости ПАВ в воде. В зависимости от структуры промежуточных функциональных групп и гидрофильности полярной части молекулы длина углеводородной части может доходить до C
18
.
Катионактивные ПАВ
- диссоциируют в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона (обычно галогенида, иногда аниона серной или фосфорной кислоты).
Строители добавляются к очищающему составу для обновления и защиты эффективности очистки поверхностно-активного вещества. Строители имеют ряд функций, включая размягчение, буферизацию и эмульгирование. Они делают это одним из двух способов. Секвестрация - удерживание ионов металлов в растворе.
Осаждение - удаление ионов металлов из раствора в виде нерастворимых материалов. Строители, в дополнение к размягчению, обеспечивают желаемый уровень щелочности, который помогает в очистке. Они также действуют как буферы для поддержания надлежащей щелочности в воде для стирки.
Среди катионактивных ПАВ преобладают азотсодержащие соединения; также используются вещества, не содержащие азот: соединения сульфония +X-и сульфоксония +Х-, фосфония +X-, арсония +Х-, иодония.
Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они химически взаимодействуют с поверхностью адсорбента, напр. с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие.
Наконец, строители помогают эмульгировать маслянистую и жирную почву, разбивая ее на крошечные глобулы. Многие строители на самом деле пептизируют или приостанавливают ослабленную грязь и не дают ей оседать на очищенной поверхности. Ниже представлены три из наиболее распространенных строителей, используемых в современных сильных детергентах. Ниже приводится краткое описание каждого из них.
Фосфаты, обычно триполифосфат натрия, широко использовались в качестве строителей в тяжелых промышленных детергентах. Они сочетаются с минералами твердости с образованием растворимого комплекса, который удаляется с промывной водой. Они также поглощают растворенное железо и марганец, которые могут мешать моющим средствам.
Амфолитные ПАВ
– в зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ.
Содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп, могут содержать также и неионогенную полигликолевую группу. При некоторых значениях рН, наз. изоэлектрической точкой, ПАВ существуют в виде цвиттер-ионов. Константы ионизации кислотных и основных групп истинно растворимых амфотерных ПАВ весьма низки, однако чаще всего встречаются катионно-ориентированные и анионно-ориентированные цвиттер-ионы. В качестве катионной группы обычно служит первичная, вторичная или третичная аммониевая группа, остаток пиридина или имидазолина. Вместо N м.б. атомы S, P, As и т. п. Анионными группами являются карбоксильные, сульфонатные, сульфоэфирные или фосфатные группы.
Неионогенные ПА
– высокомолекулярные соединения, не образующие ионов в водном растворе.
Карбонат натрия используется в качестве строителя, но может только смягчать воду через осадки. Осажденные частицы кальция и магния могут накапливаться на поверхностях, особенно в одежде, и поэтому карбонат натрия не используется в стиральных машинах для стирки.
Силикат натрия служит в качестве строителя в некоторых моющих средствах при использовании в высоких концентрациях. При использовании в более низких концентрациях он ингибирует коррозию и добавляет хрустящую корочку в моющие гранулы. Моющие средства, как мы узнали до сих пор, состоят из поверхностно-активных веществ, хелатообразователей и строителей. Помните, что поверхностно-активные вещества предназначены для удаления грязи с загрязненной поверхности. Хелатирующие агенты и строители добавляются к формуле, чтобы поддерживать жесткость воды от вмешательства в процесс очистки.
Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего полиэтиленгликолевой цепи. При растворении образуются гидраты вследствие образования водородной связи между кислородными атомами полиэтиленгликолевого остатка и молекулами воды. Вследствие разрыва водородной связи при повышении температуры растворимость неионогенных ПАВ уменьшается, поэтому для них точка помутнения - верх. температурный предел мицеллообразования- является важным показателем. Mногие соединения., содержащие подвижной атом H (кислоты, спирты, фенолы, амины), реагируя с этиленоксидом, образуют неионогенные ПАВ RO (C2H4O)nH. Полярность одной оксиэтиленовой группы значительно меньше полярности любой кислотной группы в анионактивных ПАВ. Поэтому для придания молекуле требуемой гидрофильности и значения ГЛБ в зависимости от гидрофобного радикала требуется от 7 до 50 оксиэтиленовых групп. Характерная особенность неионогенных ПАВ - жидкое состояние и малое пенообразование в водных растворах.
Вода составляет большой процент большинства жидких чистых формул. Немаловажно, что моющие средства на водной основе содержат 50% воды или более. Некоторые готовые к употреблению препараты могут содержать от 90% до 95% воды! С этим большим количеством воды, присутствующей в уборщике, почему они работают так хорошо? Вода может считаться активным ингредиентом, который фактически добавляет к моющим средствам чистящих средств. Он выполняет несколько очень важных функций в жидких чистящих средствах. Самое главное, это добавляет к «моющей способности» уборщика.
Неионогенные ПАВ хорошо комбинируются с другими ПАВ и часто включаются в рецептуры
Благодаря моющим, смачивающим, эмульгирующим, диспергирующим и другим ценным свойствам ПАВ находят широкое применение в производстве моющих и чистящих средств, косметических и фармацевтических препаратов. латексов, каучука. полимеров, химических средств защиты растений, текстиля, кожи и бумаги, строительных материалах, ингибиторов коррозии, при добыче, транспортировке и переработке нефти и др. Большая часть ПАВ применяется для производства синтетических моющих средств (СМС).
Вода действует как растворитель, который разрушает частицы почвы после того, как поверхностно-активные вещества уменьшают поверхностное натяжение и позволяют воде проникать в почву. Можно представить, как это работает, если вы думаете о своей собственной стиральной машине для одежды. Подумайте о том, что произойдет, если вы добавите чашку моющего средства в свою стиральную машину и вымойте груз одежды без добавления другой воды. Ваша одежда, конечно, не выйдет чистым! Для стирки белья необходимо использовать воду.
Вода также помогает в суспензии и против повторного осаждения почв. После того, как почва была растворена и эмульгирована вдали от поверхности, мы хотим предотвратить ее повторное осаждение. Вода удерживает почву от чистой поверхности, чтобы ее можно было легко унести во время процесса полоскания. Понятно, что без этой воды наши формулы очистки были бы намного менее эффективными.
Поверхностно-активные вещества обладают относительно низкой токсичностью для организма человека и животных. По степени увеличения токсичности ПАВ можно распределить в следующем порядке: неионогенные, анионактивные, катионактивные. При воздействии на кожу и слизистые оболочки синтетические ПАВ могут проявлять раздражающее и резорбтивное действие. Установлено, что композиции из анионных и неионогенных соединений оказывают менее выраженное биологическое и токсическое действие. Неионогенные ПАВ снижают адсорбцию анионных веществ и только в больших дозах могут оказывать повреждающее действие на кожу. Наибольшая опасность поверхностно-активных веществ и препаратов на их основе для людей, заключается в их сенсибилизирующем действии, способности вызывать аллергические реакции. Сенсибилизация может происходить при любых путях поступления ПАВ в организм.
В дополнение к воде, другие химические растворители часто добавляют в чистящие средства для повышения производительности. Их основная функция состоит в том, чтобы сжижать жир и масла или растворять твердую почву в очень мелкие частицы, поэтому поверхностно-активные вещества могут более легко выполнять свою функцию. Консервант - не что иное, как вещество, которое защищает мыло и моющие средства от естественных эффектов старения, таких как распад, обесцвечивание, окисление и бактериальная деградация.
Синтетические моющие средства сохраняются по-разному от мыла, как мы увидим. В мылах консерванты используются для предотвращения естественной тенденции к развитию прогорклости и окислению при старении. В этой заявке обычно используют бутилированный гидроксидитолуол и хлорид олова. В детергентах консерванты используются для предотвращения бактерий от порчи раствора. Метилпарабен и пропилпарабен очень распространены для этого применения. Моющие средства не сохраняются, если они не подлежат биологическому разложению.
Источники поступления ПАВ в водную среду
В водные объекты ПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми (использование синтетических моющих средств в быту) и промышленными сточными водами (текстильная, нефтяная, химическая промышленность, производство синтетических каучуков), а также со стоком с сельскохозяйственных угодий (входят в состав инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и дефолиантов в качестве эмульгаторов).
Бактерии, находящиеся в воздухе, системы очистки сточных вод и в почве, разлагают поверхностно-активные вещества и другие ингредиенты, найденные в наших очистителях, как только они попадают в окружающую среду. Вычисляли скорость реакции и энергию активации гидролиза натрия барбитала.
Бромид цетилтриметиламмония. Чтобы понять, что необходимо для эффективной очистки, полезно иметь базовые знания о химии мыла и моющих средств. Вода, обычно используемая для очистки, имеет свойство, называемое поверхностным натяжением. В теле воды каждая молекула окружена и притягивается другими молекулами воды. Однако на поверхности эти молекулы окружены другими молекулами воды только на водной стороне. Напряжение создается, когда молекулы воды на поверхности втягиваются в тело воды. Это напряжение заставляет воду оседать на поверхности, что замедляет смачивание поверхности и препятствует процессу очистки.
ПАВ находят широкое применение в промышленности, в сельском хозяйстве, медицине и быту. Мировое производство ПАВ растет с каждым годом, причем в общем выпуске продукции постоянно возрастает доля неионогенных веществ. Широко используют все виды ПАВ при получении и применении синтетических полимеров. Важнейшая область потребления мицеллообразующих ПАВ - производство полимеров методом эмульсионной полимеризации. От типа и концентрации выбранных ПАВ (эмульгаторов) во многом зависят технологические и физико-химические свойства получаемых латексов. ПАВ используют также при суспензионной полимеризации. Обычно применяют высокомолекулярные ПАВ - водорастворимые полимеры (воливиниловый спирт, производные целлюлозы, растительные клеи и т.п.). Смешиванием лаков или жидких масляносмоляных композиций с водой в присутствии эмульгаторов получают эмульсии, применяемые при изготовлении пластмасс, кожзаменителей, нетканых материалов, импрегированных тканей, водоразбавляемых красок и т.д.
Высокомолекулярные водорастворимые ПАВ, помимо использования в указанных выше технологич. процессах, применяют как флокулянты в различных видах водоочистки. С их помощью из сточных вод, а также из питьевой воды удаляют загрязнения, находящиеся во взвешенном состоянии
.
Вы можете увидеть поверхностное натяжение при работе, поместив каплю воды на верхнюю крышку. Капля будет иметь форму и не будет распространяться. В процессе очистки поверхностное натяжение должно быть уменьшено, чтобы вода могла распространяться и мокрые поверхности. Химические вещества, которые способны это сделать эффективно, называются поверхностно-активными агентами или поверхностно-активными веществами. Говорят, что они делают воду «влажной».
Поверхностно-активные вещества выполняют другие важные функции при очистке, такие как разрыхление, эмульгирование и удерживание почвы в суспензии до тех пор, пока ее нельзя ополоснуть. Поверхностно-активные вещества могут также обеспечивать щелочность, которая полезна при удалении кислых почв.
Информация была позаимствована у следующих источников:
1) www.wikipedia.org
3) www.hydrodynamictechnology.com
Федеральное агентство науки и образования
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
Поверхностно-активные вещества классифицируются по их ионным свойствам в воде: анионные, неионные, катионные и амфотерные. Мыло представляет собой анионное поверхностно-активное вещество. Другие анионные, а также неионные поверхностно-активные вещества являются основными компонентами современных моющих средств. Теперь давайте посмотрим на химию поверхностно-активных веществ.
Мыла представляют собой водорастворимые натриевые или калиевые соли жирных кислот. Мыла изготавливаются из жиров и масел или их жирных кислот, обрабатывая их химически сильной щелочью. Сначала рассмотрим состав жиров, масел и щелочей; то мы рассмотрим процесс изготовления мыла.
Нижнекамский химико-технологический институт
Кафедра химии
Специальность 240401
«Коллоидные поверхностно-активные вещества »
Выполнил: Зарипова З. И. гр.1806
Проверил: Нуриева Э. Н.
Нижнекамск 2011
Введение………………………………………………………………………3
Классификация ПАВ по полярным группам……………………………….4
Анионные ПАВ……………………………………………………………….6
Неионные ПАВ………………………………………………………………13
Катионные ПАВ……………………………………………………………...18
Цвиттер – ионные ПАВ……………………………………………………...22
Адсорбция ПАВ на межфазных границах………………………………….25
Природные ПАВ……………………………………………………………..26
Дерматологическое действие ПАВ…………………………………………27
Воздействие ПАВ на окружающую среду…………………………………30
Биоразлагаемость……………………………………………………………31
Маркировка ПАВ……………………………………………………………32
Защита окружающей среды………………………………………………...33
Применение в быту…………………………………………………………..33
Библиографический список…………………………………………………34
Введение
Поверхностно-активные вещества, вещества, способные накапливаться (сгущаться) на поверхности соприкосновения двух тел, называемой поверхностью раздела фаз, или межфазной поверхностью. На межфазной поверхности ПАВ. образуют слой повышенной концентрации - адсорбционный слой. Любое вещество в виде компонента жидкого раствора или газа (пара) при соответствующих условиях может проявить поверхностную активность, т. е. адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности понижая её свободную энергию. Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, адсорбция которых из растворов уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения.
Типичные ПАВ - органические соединения дифильного строения, т. е. содержащие в молекуле атомные группы, сильно различающиеся по интенсивности взаимодействия с окружающей средой (в наиболее практически важном случае - водой). 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.
Классификация пав по полярным группам
Первая классификация ПАВ основана на заряде полярной группы. Общепринято подразделять ПАВ на анионные, катионные, неионные и цвиттер-ионные. Молекулы ПАВ, входящих в последнюю группу, содержат при обычных условиях оба заряда: анионный и катионный. В литературе они часто называются «амфотерными» ПАВ, но этот термин не всегда корректен и не должен использоваться как синоним термина «цвиттер-ионное» ПАВ. Амфотерное ПАВ - это вещество, которое в зависимости от рН раствора может быть катионным, цвиттер-ионным или анионным. Наглядным примером амфотерных органических веществ служат простые аминокислоты. Подобными свойствами обладает и большинство так называемых цвиттер-ионных ПАВ. Однако некоторые цвиттер-ионные ПАВ сохраняют один из зарядов в широком диапазоне рН, например соединения, в состав которых входит катионная четвертичная аммониевая группа. Таким образом, ПАВ, содержащее карбоксилатную и четвертичную аммониевую группы, будет цвиттер-ионным вплоть до весьма низких значений рН, но не будет амфотерным.
Большинство ионных ПАВ одновалентны, но встречаются и важные представители двухвалентных анионных ПАВ. На физико-химические свойства ионных ПАВ оказывает влияние природа противоиона. В большинстве случаев у анионных ПАВ в качестве противоиона выступает ион натрия, тогда как другие катионы, например ионы лития, калия, кальция или протонированных аминов, используются в таком качестве только для специальных целей. Противоионами для катионных ПАВ обычно служат галогенид-ионы или метилсульфат-ион.
Гидрофобные группы ПАВ обычно представлены углеводородными радикалами, а также полидиметилсилоксановыми или фторуглеродными группами. ПАВ двух последних типов особенно эффективны в неводных средах.
Для небольшого числа ПАВ существует некоторая неопределенность в классификации. Например, ПАВ, содержащие аминоксиды, иногда относят к цвиттер-ионным, иногда к катионным и даже к неионным ПАВ. Заряд молекул этих веществ зависит от рН водной фазы; можно считать, что в нейтральном состоянии они несут анионные и катионные заряды или являются неионными дипольными молекулами. Этоксилированные жирные амины, содержащие атом азота аминогруппы и полиоксиэтиленовую цепь, могут быть включены в класс катионных или неионных ПАВ. Неионный характер таких ПАВ преобладает в случае очень длинных полиокси-этиленовых цепей, в то время как при коротких или средних длинах полиоксиэти-леновых цепей физико-химические свойства, как правило, соответствуют катионным ПАВ. Весьма также распространены ПАВ, содержащие в молекуле анионную группу, например сульфатную, фосфатную или карбоксилатную, и полиоксиэтиленовые цепи. Такие ПАВ, например сульфоэфиры и др., обычно содержат короткие полиоксиэтиленовые цепи, и поэтому всегда рассматриваются как анионные ПАВ.
