Адсорбція упав на гідрофільних поверхнях
Адсорбція пав на гідрофільних поверхнях - розділ Біологія, Адсорбція іонних та неіонних поверхнево-активних речовин (ПАВ) Адсорбція Пав На Гідрофільних Поверхнях. Іонні Пав У Дуже Низьких Кінцях.
АДСОРБЦІЯ ПАВ НА ГІДРОФІЛЬНИХ ПОВЕРХНЯХ. ІОННІ ПАР При дуже низьких концентраціях іонні ПАР адсорбуються на заряджених поверхнях майже виключно за іонообмінним механізмом.
Таким чином, протиіони дифузної частини подвійного електричного шару поблизу поверхні витісняються молекулами ПАР, що несуть той самий заряд.
Іонний обмін призводить до підвищення концентрації ПАР поблизу поверхні порівняно з його концентрацією в розчині. В результаті на поверхні ініціюється процес міцелоутворення при концентраціях ПАР у розчині значно нижче ККМ. Досі залишається дискусійним питання про форму поверхневих міцел: сферичні вони чи напівсферичні. Але сам факт поверхневої агрегації молекул ПАР при концентраціях нижче KKM не викликає сумнівів.
При більш високих концентраціях ПАР утворюють поверхні бислои, формування яких закінчується при ККМ. Нижній моношар бісла не обов'язково повинен мати щільну упаковку. Залежність адсорбції від концентрації ПАР схематично представлена на рис.8 а, б; конкретний приклад наведено на рис.8, в. Для відображення властивостей систем при низьких концентраціях осі ординат та абсцис дано у логарифмічному масштабі. Поверхневе агрегування за природою аналогічне міцелоутворення, тому адсорбція також залежить від довжини алкільного ланцюга. Поверхнево-активна речовина з найбільшою довжиною гідрофобного ланцюга адсорбується найбільшою мірою.
З рис.9 видно, що адсорбція є кооперативним процесом, оскільки вона різко зростає у вузькому інтерваліконцентрацій. І найбільш значний цей ефект для ПАР з довгими хвістами. Ці дані є додатковим доказом сильної залежності адсорбції від структури молекул ПАР і більш слабкої залежності від взаємодій молекул ПАР з поверхнею.
Рис.7. Вплив введених ПАР на стійкість латексу по відношенню до різних впливів: механічним, в циклах заморожування-розморожування, при додаванні електроліту Єдина вимога полягає в тому, що ПАР має мати невелику спорідненість до поверхні, щоб підвищувалася його поверхнева концентрація, викликаючи утворення поверхневих агрегатів .е. поверхневе міцелоутворення. Адсорбція іонних ПАР на гідрофільних поверхнях практично не залежить від температури, як видно з рис.10, б. Адсорбція змінюється лише на 10-20% при зміні температури на 50°С. Максимум адсорбції спостерігається при 25 С, що збігається з мінімальним значенням KKM поверхнево-активної речовини при цій же температурі.
Мал. 9. Адсорбція деяких катіонних ПАР на кремнеземі при рН 4. Кооперативність адсорбції зростає зі збільшенням довжини алкільних кіл Рис.10. а - Адсорбція хлориду додецилпіридинію на каоліні при трьох різних значеннях іонної сили, б - температурна залежність адсорбції при трьох концентраціях ДПХ вище за ізоелектричну точку.
З дозволу 2.2 НЕІОННІ ПАР Адсорбція неіонних ПАР на гідрофільних поверхнях контролюється взаємодією між поверхнею та поліоксиетиленовим ланцюгом. Якщо така взаємодія є, адсорбція протікає аналогічно адсорбції іонних ПАР на гідрофільних поверхнях. На рис.11 схематично представлена адсорбція неіонного ПАР на поверхні кремнезему.
Крім того, у цій системі спостерігається поверхнева агрегація ПАР при концентраціях,набагато менших KKM поверхнево-активної речовини. Концентрація, коли починається поверхневе агрегування, називається критичної концентрацією поверхневого агрегування. Ця величина має порядок однієї десятої ККМ. На рис.11 вісь ординат має лінійний масштаб і тому ізотерма має іншу форму, ніж рис.8. Ізотерми адсорбції, схожі на ізотерму на рис.11, вказують на високий ступінь кооперативності адсорбції вище точки ККПА. Адсорбція у разі може бути описана як індукована поверхнею самоорганізація.
Результати, наведені на рис.12, чітко вказують на те, що НПАВ утворюють на поверхні дискретні структури, аналогічні до міцелів. Розмір таких агрегатів збільшується із збільшенням довжини вуглеводневого ланцюга у молекулах НПАВ. Рис.12. Кореляція між адсорбцією моноалкілових ефірів поліетиленгліколів на кремнеземі при 250 °C та величиною КПУ; съ-концентрація НПАВ у розчині На рис.13 показані ізотерми адсорбції двох НПАВ, похідних алкілфенолів, на кремнеземі, а саме, ОР-Е95 та NP-E9.5. Адсорбцію обох НПАВ можна відобразити однією кривою, якщо абсцис представити в наведених одиницях.
Зазначимо, що хід кривий аналогічний залежностям, наведеним на рис.11 і 12. За допомогою флуоресцентної спектроскопії було показано, що агрегати НПАВ, що утворюються на поверхні, є дискретними, тобто чутливими. при низьких концентраціях на поверхні не утворюється моношар.
Мал. Адсорбція НПАВ на каоліні за різної довжини поліоксиетиленових ланцюгів. При збільшенні збільшується КПУ, що призводить до зменшення адсорбції Рис.15. Адсорбція двох неіонних ПАР на кремнеземі залежно від рН. Нарешті, рис.15 показує, що з адсорбції необхідна взаємодія між ПАР і поверхнею.
Видно, що адсорбція двох НПАВ накремнезем знижується майже до нуля при рН
10 та вище. У разі більш гідрофобного НПАВ С12Е5 залежність адсорбції від рН дуже різка при рН вище 9. Це вказує, що для адсорбції гідрофобних ПАР достатньо лише невеликої взаємодії між ПАР та поверхнею. Як тільки кілька молекул адсорбуються на поверхні, вони утворюють зародок, на якому відбувається подальша адсорбція, що супроводжується поверхневим агрегуванням.
Цей ефект, як і слід очікувати, слабше виражений більш гідрофільного НПАВ Ci2E8. Результати, подані на рис.15, можна пояснити двома способами. По-перше, у лужних розчинах поверхневі гідроксильні групи адсорбенту іонізовані та не можуть утворювати водневі зв'язки з молекулами НПАВ, внаслідок цього адсорбція не відбувається.
По-друге, гідроксильні іони з розчину конкурують за адсорбційні центри на поверхні, і при рН вище 10 молекул НПАВ повністю витісняються з поверхні. 3.