Как построены молекулы поверхностноактивных веществ

Молекулы поверхностноактивных веществ состоят из двух частей, связанных химическими силами, но с противоположными свойстзами: из гидрофильной полярной группы (гидроксильной, карбоксильной или аминогруппы) и гидрофобной длинной неполярной углеводородной цепи. Полярная группа — источник сил притяжения. Углеводородная же цепь слабо притягивает другие молекулы. Недаром предельные углеводороды назвали парафинами. Молекулы притягиваются своими полярными группами к твердым поверхностям, а углеводородные цепи этих молекул торчат наружу, покрывая их поверхность гидрофобной пленкой (рис. 4).

Рис. 4. Ориентация молекул поверхностноактивного вещества при адсорбции на твердом теле (слева). Строение мицелл мыла: шарообразных — справа, пластинчатых — в центре. Белыми кружками показаны полярные группы, голубыми — молекулы воды, крестиками — атомы поверхности твердого тела.

Растворите в воде капельку поверхностноактивного вещества — спирта или жирной кислоты. На поверхности раствора образуется молекулярный адсорбционный слой. Гидрофильные полярные группы останутся в воде, углеводородные же цепи из-за сильного притяжения молекул воды друг к другу будут выталкиваться ими на поверхность. Чем длиннее углеводородная цепь, тем активнее адсорбируется вещество, тем сильнее оно понижает поверхностное натяжение воды — у чистой воды с 73 до 27 мДж/м²(приближается к поверхностному натяжению чистого углеводорода 20 мДж/м²).

Самыми эффективными и универсальными поверхностноактивными веществами оказываются моющие (лылообразные) вещества. Углеводородная цепь их молекул состоит не менее чем из 11 звеньев:

и «уравновешена» сильногидрофильной полярной группой А, которая сама по себе резко повышает растворимость вещества в воде. Такой группой может быть остаток серной кислоты

или сульфогруппа

в которых ион водорода может замещаться ионом натрия или калия:

На место группы А может встать карбоксильная группа жирных кислот:

в которой водород замещен щелочным металлом (Na, К):

Щелочные соли высших жирных кислот и называются собственно мылами. Мылообразные вещества растворимы в воде и обладают высокой поверхностной активностью. Образуя адсорбционные слои, они сильно понижают поверхностное натяжение воды. Вещества эти анионактивны, так как углеводородная цепь — источник поверхностной активности — входит у них в состав отрицательного иона — аниона, а положительным ионом (катионом) служит ион водорода или щелочного металла. В катионактивных веществах углеводородная цепь входит в состав по-верхностноактивного катиона, а анионом служит, например, ион хлора. Такова хлористоводородная соль октадециламина:

или хлористая соль четырехзамещенного (триметил-, гексадецил-) аммония:

Поверхностноактивные вещества могут быть и неионными, тогда они растворяются в воде в виде молекул. Чтобы они были подобны мылу, их полярная группа должна обладать высокой гидрофильностью. К таким веществам принадлежат алкиловые или ал-килфенольные эфиры полиэтиленгликоля. Гидрофильная группа у них — полимеризованная окись этилена (C₂H₄O)_m, где т изменяется от 4 до 20:

или

перейти к началу страницы