Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Опис сумішей поверхнево-активних речовин (ПАР) з родинними полярними групами без урахування сумарного взаємодії - Хімія

Контрольна робота

з хімії

2009

Опис сумішей ПАР з родинними полярними групами без урахування сумарного взаємодії

Розглянемо властивості найпростіших змішаних міцел, що утворюються при відсутності взаємодій між молекулами ПАР, що знаходяться в суміші. Цієї нагоди відповідає суміш двох ПАР з однієї і тієї ж полярної групою, але вуглеводневими ланцюгами різної довжини. Полярні групи молекул різних ПАР взаємодіють між собою в міцелі, але оскільки ці групи однакові у різних ПАР, взаємодія не залежить від виду молекул і, отже, сумарне взаємодія дорівнює нулю.

Відповідно до гідрофільно-ліпофільним балансом суміші ПАР, який розраховується як середньозважена величина ГЛБ індивідуальних ПАР, розумно припустити, що KKM суміші поверхнево-активних речовин є усереднена величина KKM індивідуальних ПАР, тобто

де KKM - критична концентрація міцелоутворення суміші ПАВ, а ККМ / - критичні концентрації міцелоутворення кожного ПАР, що входить до складу суміші, х2-молярний частки відповідних ПАР в суміші. Проте використання рівняння може призводити до помилкових результатів, якщо представляти як частку ПАР в системі в цілому:

де Ci і Сг - молярні концентрації кожного ПАР в суміші. З урахуванням уявлень про міцеллообразованія рівняння можна надати фізичний сенс, якщо Xi буде виражати мольну частку РБВй саме в міцелі, а не в системі в цілому, т.е .. Тоді KKM суміші ПАВ можна записати наступним чином:

де- мольная частка РБВй в мицеллах. Рівняння не можна використовувати для передбачення KKM сумішей ПАР, оскільки склад міцел, тобто величина Xima priori невідома. Можна показати, що якщо х \ характеризує склад розчину, вираз для KKM суміші можна записати наступним чином:

Це рівняння можна поширити на суміші трьох і більше ПАВ:

ит. д.

Молярний складу змішаної міцели визначається наступним виразом:

На рис. представлені розраховані значення KKM і міцелярно складу як функції від складу розчину відповідно до рівняннями для трьох значень співвідношення ККМ2 / ККМ1 = 1, 0.1 та 0.01. Як видно з малюнка, і ККМ, і міцелярно склад сильно залежать від складу розчинів, якщо значення KKM компонентів сильно розрізняються, тобто їх співвідношення далеко від 1. Отже, навіть невелика добавка сильно гидрофобного ПАР може принципово змінити властивості системи. Ця обставина використовують при приготуванні мікроемульсій, наприклад, вводячи в систему длінноце-ниркові спирти.

Уявімо собі, що компонент 2 володіє великою поверхневою активністю і присутній у суміші в невеликій кількості fa порядку 0.01). З рівняння величина, тобто при KKM міцели, що утворюються в системі, приблизно на 50% складаються з компонента 2. Тому не дивно, що домішки, будучи високо поверхнево-активними, часто відіграють важливу роль у хімії поверхні. Прикладом такої домішки є додеціловий спирт в додецилсульфат натрію, який утворюється в результаті гідролізу останнього.

Ще один приклад наведено на рис. де показана залежність KKM від молярного складу суміші ДСН і NP-Eiо: нижня крива - залежність від молярного складу розчину, а верхня - від молярного складу змішаних міцел. З малюнка видно, що в останньому випадку KKM суміші приблизно дорівнює среднеарифметическому KKM обох ПАР, як це передбачається рівнянням. Якщо ж вісь абсцис представляє молярний склад розчину, то KKM суміші різко знижується при малих мольних частках NP-Ei о. Це пов'язано з переважною локалізацією NP-Ei про в міцелі, що підтверджується залежністю мольной частки НПАВ в міцелі від мольной частки цього НПАВ в розчині. Звідси зрозуміло, що неіоногенні ПАР переважно переходить в міцелу через його більш високою гідрофобності, про що свідчить більш низьке значення KKM NP-Ei про порівняно з KKM ДСН. Пунктирна лінія на рис. відповідає розрахунком за рівнянням. Теоретичне передбачення, як ми бачимо, не дуже добре збігається з експериментальними результатами. Це можна пояснити слабким, але не нульовим взаємодією між поверхнево-активними речовинами.

Розраховані значення KKM і молекулярних складів мицелл як функції складу розчину для трьох систем з різними співвідношеннями KKM індивідуальних ПАР: ККМ2 / ККМ1 = 1, 0.1 та 0.01

Залежно критичної концентрації міцелоутворення від складу композиції ПАР та від складу мицелл складу, що підтверджують здійснимість рівняння. Система додецилсульфат натрію і NP-Ei.

Залежність міцелярного складу від складу змішаного розчину системи додецилсульфат натрію + NP-Ei о. Штрихова лінія відповідає однаковому складом мицелл і розчину, пунктирна лінія - результат розрахунку без урахування взаємодій за рівнянням, суцільна лінія - розрахунок за рівнянням

На малюнках а, б показані залежності складу змішаних міцел від складу розчину для калієвих мив з 8,10 і 14 атомами вуглецю в гидрофобной ланцюга. Ці дані аналогічні представленим; вони підкреслюють домінуючу роль в суміші більш гідрофобного ПАР.

Суміші ПАР - облік взаємодій

У багатьох системах змішуються ПАР різних типів, наприклад аніонні ПАР з неіонних ПАР. У цьому випадку НПАВ екранують полярні групи аніонних ПАР в міцелі, і, отже, система контролюється взаємодіями між молекулами цієї пари ПАР. Інший приклад - суміші аніонних і катіонних ПАР, для яких характерне дуже сильна взаємодія між молекулами. Для таких випадків необхідний більш складний аналіз, що дозволяє враховувати природу молекул. Рівняння запишемо в наступному вигляді:

де- коефіцієнти активності ПАР в міцелі. Вираз для коефіцієнта активності можна знайти на основі теорії регулярних розчинів:

и

де в-параметр взаємодії, кількісно описує взаємодію між молекулами ПАР в міцелі. Позитивне значення в означає, що між ПАР діють сили відштовхування, в той час як від'ємне значення в, навпаки, відповідає тяжінню. Якщо в дорівнює нулю, коефіцієнт активності дорівнює одиниці, і рівняння переходить в рівняння. Для більшості систем в має від'ємне значення, що свідчить про переважне тяжінні між молекулами ПАР в суміші. Але системи з позитивним значенням також існують, наприклад суміш ПАР з нормальними вуглеводневими ланцюгами і ПАР з фторованими вуглеводневими ланцюгами.

Залежно KKM і складу мицелл від складу розчину для двох бінарних сумішей калієвих мив з різною довжиною вуглеводневих ланцюгів. Суцільні лінії - результати розрахунку за рівнянням і відповідно. З дозволу

Для складу розчину можна записати наступні співвідношення:

Малюнки 5.5, а, б показують вплив зростаючих по модулю негативних значень параметра в на KKM і міцелярно складу відповідно при співвідношенні KKM двох ПАР, рівному 0.1. При зростанні притягання між молекулами ПАР, тобто коли в стає все більш і більш негативним, значення KKM суміші зменшується. Значення в близько -2 типові для сумішей аніонних і неіонних ПАР. Значення в в інтервалі від -10 до -20 типові для сумішей аніонних і катіонних ПАР. З рис. випливає, що в міру збільшення за модулем негативних значень параметра до складу змішаних міцел прагне до співвідношення 50: 50, що свідчить про переважання електростатичного притягання між молекулами ПАР різних типів.

Розраховані залежності KKM і міцелярних складів від складу розчину сумішей ПАР для різних значень параметра в для систем із співвідношенням ККМ2 / ККМ1 = 0.1

Розраховані значення KKM сумішей і міцелярних складів по-різному, залежно від співвідношення значень KKM індивідуальних ПАР, реагують на зміну параметра в. Якщо значення KKM індивідуальних ПАР близькі, теоретичні значення KKM сумішей і міцелярних складів дуже чутливі до малих варіацій параметра в. Якщо ж співвідношення KKM індивідуальних ПАР велике, теоретично передбачаються значення перестають залежати від параметра в. Для розуміння корисно порівняти дані, наведені на рис. Штрихова лінія на рис. розрахована при в = 0, а суцільна лінія - при в = 2. Особливих відмінностей між цими залежностями не спостерігається і, отже, опис системи без урахування в є цілком хорошим наближенням. У той же час на рис. представлені залежності KKM сумішей ДСН і CsE4, тобто поверхнево-активних речовин з близькими значеннями ККМ. Штрихова лінія на рис. відповідає системі з в = 0, а суцільна - системі з в = -3.1. Видно, що залежності сильно відрізняються один від одного.

Залежність KKM суміші додецилсульфата натрію з CsE4 від складу розчину. Пунктирна лінія відповідає розрахунком KKM суміші при в = 0, суцільна лінія - розрахунок KKM суміші за рівнянням при в = -3.1. Результати показують, що при близьких значеннях KKM індивідуальних ПАР пророкуються значення KKM суміші сильно залежать від величини параметра взаємодії

Система з сильним тяжінням між молекулами ПАР показана на рис. а, б; це суміш децілсульфата натрію і броміду децілтрі-метіламмонія. Штрихова лінія на рис. а розрахована при в = 0, а суцільна відповідає в = -13.2. Звертає увагу той факт, що при сильному тяжінні між молекулами різних ПАВ в суміші спостерігається яскраво виражений синергетичний ефект. Крім того, виявляється, що можна знизити KKM анионного ПАР додаванням катіонного ПАР, не викликаючи осадження. Для цього потрібно виконати лише одну вимогу: вуглеводневі ланцюги ПАР повинні бути короткими. Складу змішаних міцел залишається постійним в широкому інтервалі складів, оскільки силою, що визначає міцелоутворення, є електростатичне тяжіння між молекулами ПАР двох типів.

Залежно KKM і складу мицелл сумішей децілсульфата натрію і броміду децил-тріметіламмонія від складу розчину. Видно, що можна використовувати комбінації аніонного та катіонного ПАР для досягнення дуже високої поверхневої активності

У таблиці наведені значення параметра взаємодії в для типових сумішей ПАР. Можна відзначити деякі закономірності; наприклад, для сумішей неіонних та іонних ПАР значення в зменшується зі збільшенням концентрації солі внаслідок екранування і зменшення електростатичного відштовхування. Крім того, для сумішей параметр в зменшується за модулем зі збільшенням температури, тобто зменшується притягання між молекулами ПАР різних типів.

Можна розрахувати оптимальний склад суміші ПАВ. Для цього необхідно виконання двох умов: а) в повинен бути негативним, б) | ln | <| в |. Оптимальна композиція ПАР, виражена як X2, визначається рівнянням

На малюнку представлена залежність оптимальної композиції ПАР від параметра в для трьох різних значень співвідношення. Оптимальний склад -50% при близьких значеннях KKM поверхнево-активних речовин. В інших випадках оптимальний склад зсувається в бік збільшення вмісту більш гідрофобного ПАР.

Залежно оптимальних складів сумішей ПАР від параметра в для сумішей ПАР з різними співвідношеннями KKM індивідуальних ПАР: ККМ2 / ККМ1 = 1,0.1 і 0.01. Видно, що оптимальні композиції ПАР сильно залежать від параметра

Типові значення параметра в для сумішей різних ПАР

Концепція змішаних міцел застосовна до сумішей ПАР з неміцеллообразующімі спиртами, що містять вуглеводневі залишки середньої довжини. Залежно KKM сумішей від концентрації спирту в системі. Суцільні лінії - розрахунок за рівнянням. Гранична розчинність спирту використана як значення його ККМ. ПАР - додеканоат калію.

Застосування концепції змішаних міцел до дифільних речовин, не утворюючим міцели

Існують дифільні речовини, не здатні до міцеллообразованія. Замість цього при підвищенні концентрації відбувається поділ систем на фази. Добре відомим прикладом таких речовин є спирти з вуглеводневими радикалами середньої довжини. Концентрація, при якій відбувається поділ на фази, аналогічна критичної концентрації міцеллообразующих ПАР. Отже, гранична розчинність таких спиртів може бути використана як «ККМ» спирту у воді для розрахунку KKM сумішей спиртів із звичайними ПАР. На рис. представлені подібні результати. Для сумішей анионного ПАР зі спиртами наведено залежності KKM ПАР від концентрації спирту. Суцільні лінії - розрахунок за рівнянням з використанням значень розчинності спирту як його «ККМ».

Особливості поведінки сумішей ПАР при високих концентраціях

Фазовий поведінку сумішей ПАР може різко змінюватися залежно від складу суміші ПАР при високих загальних концентраціях ПАР. У різних умовах композиції ПАР демонструють або синергетичні, або антагоністичні ефекти. Щоб зрозуміти що відбуваються явища, необхідно дослідити поведінку змішаних міцел і фазові діаграми сумішей ПАР. Дослідження фазових діаграм дозволяє отримувати детальну інформацію про поведінку сумішей ПАР.

Фазова діаграма суміші двох однаково заряджених поверхнево-активних речовин

Для сумішей двох однойменно заряджених ПАР характерні гомогенні фази, утворення яких цілком визначається співвідношенням концентрацій компонентів і фазовим поведінкою індивідуальних ПАР. На малюнку 5.10 представлена фазова діаграма двох катіонних ПАР у воді: одне з них міцеллообразующие ПАР з одного гидрофобной ланцюгом, а друге - ПАР з двома гідрофобними ланцюгами, схильне до формування біслойних структур. У такому випадку розібратися у фазовому поведінці суміші можна на основі уявлень про середні значення критичних параметрів упаковки ПАР або спонтанної кривизни. Припустимо, що загальна концентрація ПАР зберігається постійною і рівною 50%. Будемо рухатися від ПАР з двома вуглеводневими ланцюгами в сторону одноланцюжкові ПАР, при цьому виявимо освіту гексагональної жидкокристаллической фази за рахунок скорочення області існування ламелярного жидкокристаллической фази.

Для сумішей двох протилежно заряджених ПАР характерно більш складне фазовий поведінку. Зазвичай спостерігається осадження кристалічної солі двох дифільних іонів. При зниженні стійкості кристалічного стану, наприклад при використанні ПАР з більш короткими алкільними ланцюгами, область осадження скорочується або воно не відбувається зовсім. У таких випадках виявляється безліч фазових переходів з утворенням великої кількості рідкокристалічних фаз. Одна з примітних особливостей таких систем існування області термодинамічно стійких дисперсій везикул.

Фазова діаграма суміші катіонів та аніонів ПАР у воді. На діаграмі видно дві області термодинамічно стійких везикул

Нормальної самоорганізації індивідуального іонного ПАР перешкоджає зниження ентропії внаслідок конденсації протиіонів. При утворенні змішаних агрегатів в сумішах катіонного і аніонного ПАР відбувається значне збільшення ентропії. Протівоіони від обох ПАР йдуть з поверхні агрегатів. Таким чином, на противагу асоціації індивідуального ПАР ентропія системи не зменшується, що є рушійною силою асоціації катіонних і аніонних ПАР в сумішах. Для таких систем середнє значення числа ПАР повністю втрачає сенс. Навпаки, можна говорити про немонотонному зміні КПУ з виразним максимумом при деякому складі композиції.

При видаленні противоионов з стехиометрической суміші протилежно заряджених молекул ПАР виходить так зване «кат-ан-іонну» ПАР, що складається з двох протилежно заряджених дифільних іонів. Катаніон-ве дифільну речовина за властивостями швидше схоже на неіонний ПАР з двома гідрофобними ланцюгами. У всякому разі його можна порівняти з цвіттеріонов ПАР з двома гідрофобними ланцюгами. Електростатичні взаємодії, які проявляються у розподілі противоионов, визначають основні відмінності у властивостях заряджених і незаряджених ПАР. Як приклад можна вказати на істотну відмінність у набуханні ламелярного фази іонних і неіонних ПАР. Воно зазвичай надзвичайно сильне в разі іонного ПАР і вельми слабке в разі НПАВ. У той же час навіть невеликі добавки іонних ПАР до неіонних, цвіттеріонов або катаніонним ПАР можуть індукувати інтенсивне набухання ламелярного фази. Подібні явища для ламелярного фази лецитину ілюструє рис. Стійкість і інтенсивне набухання ламелярного фази в суміші протилежно заряджених ПАР при незначному відхиленні від стехіометоіі.

Фазова діаграма сумішей лецитину і СТАВ. Ламеляр-ні фази лецитину легко набухають при введенні в бішари зарядженого ПАР

Технологічне використання сумішей ПАР

Малюнок ілюструє очистку забрудненої вовни сумішшю ефіру алкілсульфати та лінійного алкілсульфати. Якщо в композиції ПАР зміст ефіру алкілсульфати становить 10-20%, очищення помітно поліпшується. У цьому випадку композиція має більш високу солюбілізірующей здатністю, що в свою чергу обумовлено більш низьким значенням KKM суміші. В даному випадку результати отримані при постійній загальної концентрації ПАР. Таким чином, максимальне число міцел утворювалося при концентраціях, близьких до мінімального значення KKM суміші.

Залежність ефективності миючого дії сумішей ефіру алкілсульфати і алкілсульфати від складу змішаного розчину

На рис. а-в представлені залежності висоти стовпа піни, адсорбції на Мзі2 і цеоліті А, часу змочування бавовни відповідно сумішшю ПАВ, що складається з ДСН і С16Е3. Всі залежно виявляють екстремуми при низькому вмісті неионогенного ПАР. Таким чином, ми спостерігаємо посилення поверхневої активності при додаванні більш поверхнево-активного компонента C16E3. Наведені дані служать ілюстрацією ефективності дії сумішей ПАР для збільшення поверхневої активності і, отже, для покращення технологічних експлуатаційних характеристик.

Залежно висоти стовпа піни, диспергирующей здатності по відношенню до Мзі2 і цеоліту і часу змочування бавовни від складу сумішей ПАР

Залежність точок Крафта від складу змішаного розчину, що містить 4-додецілбен-золсульфонат і 3-децілбензолсульфонат. З дозволу

Крім того, композиції ПАР складають для пониження точки Крафта. Температура Крафта є точкою плавлення гідратованого ПАР. При температурах нижче точки Крафта ПАР не можна використовувати через його низької концентрації в розчині. Деякі системи мають евтектичні точки Крафта, наприклад суміш двох алкілбензолсульфоната. Таким чином, суміш цих речовин можна використовувати при температурах нижче температур Крафта індивідуальних ПАР.

Нарешті, синергізм дії ПАР проявляється у збільшенні чистячої ефективності пар поверхнево-активних речовин. Жоден індивідуальний компонент не здатний видаляти масляне забруднення з поверхні, а суміш ПАР видаляє до 55% цього забруднення. Максимальна чистить здатність визначається комбінацією двох факторів: а) оптимальним критичним параметром упаковки суміші ПАВ і б) оптимальним числом мицелл, здатних солюбілізувати жир.
Рішення диференціального рівняння першого порядку
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ІНФОРМАТИКИ До У Р З Про У А Я Р А Б Про Т А З чисельних методів на тему: Рішення диференціальних рівнянь ПЕРШОГО ПОРЯДКУ Суми, 2005 1. Метод Адамса Цей метод чисельного інтегрування розроблений Адамсом в 1855р. Надалі

Рішення військово-логістичних завдань з вибору оптимального маршруту для військово-транспортних засобів
Московський авіаційний інститут Кафедра вищої математики Дисципліна «Математичний аналіз» ЗВІТ по курсовій роботі Тема: «Рішення військово-логістичних завдань з вибору оптимального маршруту для військово-транспортних засобів» м.Москва 2009р. Загальна постановка задачі Транспортний засіб або

Регресійний аналіз
Зміст Введение ... .. ... 2 1. Основні поняття ... ... 3 1.1. Функціональні та стохастичні зв'язку ... ... 8 1.2. Статистичні методи моделювання зв'язку ... ... 12 1.3. Статистичне моделювання зв'язку методом кореляційного і регресійного аналізу ... ... 13 2. Перевірка адекватності регресійної

Розрахунок стаціонарного теплового поля у двовимірній пластині
Московський Державний Технічний Університет ім. Н.Е. Баумана Курсова робота ПО сітковий МЕТОДАМ Розрахунок стаціонарного теплового поля у двовимірній пластині Викладач: Станкевич І.В. Група: ФН2-101 Студент: Смирнов А.В. Москва 2002 Зміст Постановка задачи... 3 Решение... 4 Триангуляция...

Особливості сорбційних властивостей полімер-полімерних композитів, отриманих полімеризацією метілметакрілaта в матриці ізотактичного поліпропілену
ОСОБЛИВОСТІ сорбційних властивостей полімер-полімерних композитів, ОТРИМАНИХ полімеризації МЕТИЛ МЕТАКРІЛATА В МАТРИЦІ ізотактичний ПОЛІПРОПІЛЕНУ Дослідження дифузії та сорбції низькомолекулярних сполук в полімери дає важливу інформацію не тільки про механізми переносу, а й про структуру матеріалу.

Основи теорії та основні поняття процесу хроматографічного розділення
Основи теорії та основні поняття процесу хроматографічного розділення Процес хроматографічного розділення дуже складний, тим не менш, його окремі стадії можуть бути змодельовані і представлені у вигляді рівнянь, досить точно і вірно відображають реальний процес. Без знання того, що таке утримування,

Прогнозування критичного тиску. Основні методи прогнозування
ПРОГНОЗУВАННЯ критичного тиску Критичні тиску (Рc) органічних речовин змінюються нелінійно (рис. 5.5) зі зміною числа вуглецевих атомів в молекулі, тобто адитивні методи для цієї властивості, так само як і для критичних температур, не можуть бути результативними. Виходячи з виду залежностей

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати