МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ПАВ

Поверхностно-активными веществами (ПАВ) называются вещества, положительно адсорбирующиеся на поверхности раздела фаз, т. е. образующие на ней адсорбционный слой с повышенной концентрацией и снижающие избыток поверхностной энергии.

Такое определение ПАВ является весьма общим. Любое вещество в газообразном или растворенном состоянии может проявлять поверхностную активность на подходящей поверхности раздела. В более узком, обычно принятом смысле этого термина к ПАВ относят органические вещества, молекулы которых состоят из двух асимметрично расположенных частей, резко различающихся по молекулярной природе и свойствам, — полярной группы и неполярного (или слабополярного) углеводородного радикала. Таковыми являются, например, жирные спирты и амины, карбоновые кислоты и их соли, разнообразные по составу и строению синтетические ПАВ.

Полярная группа (-ОН, -NH₂, -СООН, -0S0₃Na, -S0₃Na и др.) служит носителем дипольного момента, обладает более или менее интенсивным молекулярно-силовым полем и проявляет способность к гидратации, т. е. сообщает молекуле гидрофильные свойства.

Углеводородный радикал (в простейшем случае — прямая насыщенная алкильная цепь) имеет дипольный момент, равный нулю или близкий к таковому, и проявляет гидрофобные свойства, т. е. имеет малое молекулярное сродство к воде. Вместе с тем он проявляет сродство к близким по полярности фазам — углеводородам и другим нерастворимым или слаборастворимым в воде органическим соединениям (обычно подобные среды называют обобщающим термином «масла»).

Таким образом, молекулы типичных ПАВ, сочетая в себе одновременно полярные и неполярные свойства, являются дифильными, т. е. проявляют сродство к воде (гид- рофильность) и к маслам (олеофильность, или липофиль- ность). Другими словами, в молекулах типичных ПАВ сочетаются две противоположные тенденции. Нерастворимый в воде углеводородный радикал стремится выйти в близкую по полярности фазу, выталкивается из воды. Этому способствует интенсивное взаимное притяжение полярных молекул воды друг к другу (силы когезии воды). Эти силы значительно больше, чем силы взаимодействия между углеводородными радикалами и молекулами воды. Полярная же группа определяет обратную тенденцию — растворимость ПАВ в воде.

Дифильный характер молекул типичных ПАВ обусловливает два близких по природе явления:

1) адсорбцию ПАВ на различных поверхностях раздела;
2) возможность агрегации молекул (ионов) ПАВ в растворах с образованием коллоидных частиц — мицелл.

Оба процесса протекают самопроизвольно и носят ориентационный характер, т. е. сопровождаются определенной ориентацией асимметричных молекул ПАВ в адсорбционных слоях или в мицеллах, обеспечивающей уменьшение энергии Гиббса системы.