Как построены молекулы поверхностно-активных веществ

Как построены молекулы поверхностно-активных веществ

Молекулы поверхностно-активных веществ состоят из двух частей, связанных химиче­скими силами, но с противоположными свой­ствами: 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 (в переводе с латинского — слабое сродство). Молекулы притягиваются своими полярными группами к твердым поверхностям, а углеводородные цепи этих молекул торчат наружу, покрывая их поверхность гидрофоб­ной пленкой (рис. 2).

Растворите в воде капельку поверхностно-активного вещества — спирта или жирной кис­лоты. На воде 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 эрг /см² до 27 эрг /см²; оно приближается к поверхностному натяже­нию чистого углеводорода — 20 эрг/см².

Самыми эффективными и универсальными поверхностно-активными веществами оказы­ваются моющие (мылообразные) вещества. Углеводородная цепь их моле­кул состоит не менее чем из 11 звеньев

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

 В которых ион водорода может замещаться  ионом натрия или калия:





а места группы А может встать карбоксильная группа жирных кислот:





где 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 катион-активных веществах углеводородная цепь вхо­дит в состав поверхностно-активного катиона, а анионом служит, например, ион хлора. Такова хлористоводородная соль октадециамина

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





Поверхностно-активные 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 моноалкиловые или алкифенольные эфиры полиэтиленгликоля. Гидрофильная группа у них — полимеризованная окись эти­лена (С₂Н₄O)_m, где m изменяется от 4 до 20.