Students.by - это живая энциклопедия белорусского студента (статьи, книги, мультимедиа). Еще мы предлагаем поиск по лучшим полнотекстовым научным хранилищам Беларуси!
 |
 |
|
|
|
|
|
  
|
|
Адсорбция и поверхностные пленки. До сих пор рассматривались чистые жидкости. Однако двухкомпонентные жидкости обладают другими чрезвычайно важными поверхностно-химическими свойствами. Многие растворенные вещества оказывают очень слабое влияние на g, которое отражает изменение состава поверхностного слоя. Некоторые вещества вызывают заметное понижение поверхностного натяжения воды. Такие вещества известны как дифильные, т.е. обладающие смешанными функциями. Это означает, что растворенная молекула обладает как полярной (гидрофильной, т.е. имеющей сродство к воде), так и неполярной (гидрофобной, т.е. не имеющей такого сродства) частями. Типичными представителями соединений такого типа, известных как поверхностно-активные вещества (ПАВ), являются жирные кислоты с короткой или средней длиной углеводородной цепи, однако в природе известны (например, холат натрия и лецитин) или были синтезированы (многие синтетические детергенты) многочисленные варианты соединений со смешанными функциями. Кроме того, существуют многочисленные биополимеры, обладающие поверхностной активностью. Для таких веществ состояние минимальной энергии достигается путем ориентации молекул на поверхности или вблизи нее таким образом, что гидрофобные группы стремятся расположиться вне водной фазы, а полярные, ионогенные группы обращены в сторону водной фазы (рис. 4,а). Во многих случаях концентрация ПАВ на поверхности значительно больше, чем в объеме жидкости, что соответствует тенденции, противоположной нормальной тенденции к стягиванию, что и объясняет понижение g. При этом макромолекулярные ПАВ, обладающие малой подвижностью, могут медленно (постепенно) изменять g тем больше, чем больше молекул приближается к поверхности, вследствие чего наступает молекулярная перестройка поверхностного слоя. В подобных случаях вместо статических методов измерения g применяются динамические методы. В данном случае речь идет об избытке вещества на единицу поверхности (Г), на которой оно адсорбируется. В фундаментальном термодинамическом подходе Дж.Гиббс вывел выражение для изотермы адсорбции, которое в упрощенной форме можно представить так: 
где с – концентрация ПАВ, R – универсальная газовая постоянная и Т – абсолютная температура. Таким образом, если при увеличении концентрации g уменьшается, Г (называемая также «гиббсовской адсорбцией») является положительной величиной. Уравнение (5) применимо к системам, находящимся в равновесии, что было неоднократно подтверждено экспериментально, однако оно неприменимо к таким системам, свойства которых изменяются во времени из-за замедленной диффузии или поверхностных реакций.
 (18.72 Кб)
Уравнение (5) можно использовать (для расчета Г) только в тех случаях, когда концентрация растворенного вещества является измеряемой величиной. С увеличением гидрофобной части молекулы ПАВ (например, углеводородной цепи молекулы жирной кислоты) растворимость значительно понижается, и, наконец, вещество становится практически нерастворимым в воде. Так, жирные кислоты с углеводородной цепью длиннее, чем С14, нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в летучих углеводородных растворителях, таких, как гексан. Например, если каплю такого раствора стеариновой кислоты C17H35COOH поместить на поверхность воды, то после быстрого испарения растворителя молекулы стеариновой кислоты заполнят поверхность водного слоя, создавая мономолекулярную пленку, при этом СООН-группы ориентированы по направлению к водной фазе. Эта пленка очень похожа на адсорбированный слой жирных кислот с короткой углеводородной цепью (рис. 4,а). В 1917 И.Ленгмюр сконструировал аппаратуру для изучения таких пленок. Измерив поверхность, покрываемую данным количеством вещества, он подтвердил предположения А.Покелс и Дж.Рэлея о том, что пленки имеют толщину монослоя. Он также показал с помощью измерения поверхностного давления как функции площади поверхности пленки, что при низком давлении пленка обладает свойствами «идеального газа», а при повышении давления наступает конденсация до состояния, которое можно рассматривать как двумерную аналогию жидкости и твердого тела. Многие научные школы (в частности У.Харкинса, Э.Райдила и Н.Адама) использовали эту технику применительно к большому числу соединений. Было изучено, например, такое физическое свойство пленок, как вязкость, и определены некоторые электрические параметры; в других случаях поверхность расширяющегося монослоя молекул дает информацию о химической природе соединения. В.Ла Мер и др. предложили использовать расширяющиеся пленки соответствующих соединений для предотвращения испарения жидкости из резервуаров. Ленгмюр и К.Блоджетт обнаружили, что растягивающиеся мономолекулярные пленки можно наносить на стекло или металл путем протаскивания пластинок через пленку. Повторением процесса можно приготовить полислойные покрытия известной толщины. Эта техника активно применяется при изготовлении элементов микроэлектроники (полупроводниковых плат).
|
|
|
|
