Поверхнево-активні речовини

Поверхнево-активні речовини , речовини, здатні накопичуватися (згущуватися) на поверхні зіткнення двох тіл, званою поверхнею розділу фаз, або міжфазною поверхнею. На міжфазній поверхні П.-а. ст утворюють шар підвищеної концентрації — адсорбційний шар (див. також Мономолекулярний шар ).

  Будь-яка речовина у вигляді компонента рідкого розчину або газу (пара) за відповідних умов може проявити поверхневу активність, тобто адсорбуватися під дією міжмолекулярних сил на тій або іншій поверхні (див. Адсорбція ) , знижуючи її вільну енергію . Проте поверхнево-активними зазвичай називаються лише ті речовини, адсорбція яких з розчинів вже при вельми малих концентраціях (десяті і соті долі %) призводить до різкого зниження поверхневого натягнення .

  Типові П.-а. ст — органічні сполуки діфільного будови, тобто атомні групи, що містять в молекулі, взаємодії, що сильно розрізняються по інтенсивності, з довкіллям (у найбільш практично важливому випадку — водою). Так, в молекулах П.-а. ст є один або декілька вуглеводневих радикалів, складових олео-, або ліпофільную, частина (вона ж — гідрофобна частина молекули), і одна або декілька полярних груп — гідрофільна частина (див. також Гідрофільність і гидрофобность ). Олеофільні (гідрофобні) групи, що слабо взаємодіють з водою, визначають прагнення молекули до переходу з водного (полярною) середовища в вуглеводневу (неполярну). Гідрофільні групи, навпаки, утримують молекулу в полярному середовищі або, якщо молекула П.-а. ст знаходиться у вуглеводневій рідині, визначають її прагнення до переходу в полярне середовище. Т. о., поверхнева активність П.-а. ст, розчинених в неполярних рідинах, обумовлена гідрофільними групами, а розчинених у воді — гідрофобними радикалами.

  За типом гідрофільних груп П.-а. ст ділять на іонних, або іоногенні, і неіонні, або неіоногенні. Іонні П.-а. ст диссоціюють у воді на іони, одні з яких володіють адсорбційною (поверхневою) активністю, інші (протівоїони) — адсорбційний неактивні. Якщо адсорбційний активні аніони, П.-а. ст називаються аніонними, або аніоноактивними, в протилежному випадку — катіонними, або катіоно-актівнімі. Аніонні П.-а. ст — органічні кислоти і їх солі, катіонні, — підстави, зазвичай аміни різної міри заміщення, і їх солі. Деякі П.-а. ст містять і кислотні, і основні групи. Залежно від умов вони проявляють властивості або аніонних, або катіонних П.-а. ст, тому їх називають амфотернимі, або амфолітнимі, П.-а. ст

  Все П.-а. ст можна розділити на дві категорії за типом систем, що утворюються ними при взаємодії з розчинювальним середовищем. До однієї категорії відносяться міцеллообразующие П.-а. ст, до іншої — не створюючі міцел . В розчинах міцеллообразующих П.-а. ст вище за критичну концентрацію міцеллообразованія (ККМ) виникають колоїдні частки (міцелли), що складаються з десятків або сотень молекул (іонів). Міцелли оборотно розпадаються на окремі молекули або іони при розбавленні розчину (точніше, колоїдній дисперсії) до концентрації нижче ККМ. Таким чином, розчини міцеллообразующих П.-а. ст займають проміжне положення між дійсними (молекулярними) і колоїдними розчинами ( золами ), тому їх часто називають системами напівколоїдів . До міцеллообразующим П.-а. ст відносять всі миючі речовини (див. Миючі засоби, Миюча дія, Мила ), емульгатори, змочувачі, диспергатори і ін.

  В світовому виробництві П.-а. ст велику частину складають аніонні речовини. Серед них можна виділити наступні основні групи: карбонові кислоти, а також їх солі, алкилсульфати (сульфоефіри), алкилсульфонати і алкил-арілсульфонати, ін. продукти. Найбільш поширене натрієве і калієве мило жирних і смоляних кислот; нейтралізовані продукти сульфування вищих жирних кислот олефінов, алкилбензолов. Друге місце за об'ємом промислового виробництва займають неіонні П.-а. ст — ефіри поліетіленгліколей. Більшість неіонних П.-а. ст отримують приєднанням окислу етилену до аліфатичних спиртів, алкилфенолам, карбоновим кислотам, амінам і ін. з'єднанням з реакционноспособним атомом водню. Асортимент П.-а. ст надзвичайно велике. Приведені нижче дані (1971) дозволяють бачити співвідношення обсягів виробництва П.-а. ст різних типів.

Світове виробництво П.-а. ст постійно зростає, причому доля неіонних і катіонних речовин в загальному випуску весь час збільшується. Залежно від призначення і хімічного складу П.-а. ст випускають у вигляді твердих продуктів (шматків, пластівців, гранул, порошків), рідин і напіврідких речовин (паст, гелів). Особлива увага все більше і більше приділяється виробництву П.-а. ст з лінійною будовою молекул, які легко піддаються біохімічному розкладанню в природних умовах і не забруднюють довкілля.

  П.-а. ст знаходять широке вживання в промисловості, сільському господарстві, медицині, побуті. Найважливіші області вжитку П.-а. в.: виробництво мив і миючих засобів для технічних і санітарно-гігієнічних потреб; текстильно-допоміжних речовин, тобто речовин, використовуваних для обробки тканин і підготовки сировини для них; лакофарбній продукції. П.-а. ст використовують в багатьох технологічних процесах хімічних, нафтохімічних хіміко-фармацевтичних, харчовій промисловості. Їх застосовують як присадки, поліпшуючі якість нафтопродуктів ; як флотореагенти при збагаченні флотації корисних (див. Флотація ) копалини ; компоненти гідроізоляційних і антикорозійних покриттів і т.д. П.-а. ст полегшують механічну обробку металів і ін. матеріалів, підвищують ефективність процесів диспергування рідин і твердих тіл. Незамінні П.-а. ст як стабілізатори висококонцентровані дисперсних систем (суспензій, паст, емульсій, пен). Крім того, вони грають важливу роль в біологічних процесах і виробляються для «власних потреб» живими організмами. Так, поверхневою активністю володіють речовини, що входять до складу рідин кишково-шлункового тракту і крові тварин, соків і екстрактів рослин.

  Літ.: Шварц А., Перрі Дж., Берч Д же., Поверхностноактівниє речовини і миючі засоби, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1960; Ребіндер П. А., Поверхностноактівниє речовини і їх вживання, «Журнал Всесоюзного хімічного суспільства ним. Д. І. Менделєєва», 1959, т. 4 № 5; його ж, Поверхневі і об'ємні властивості розчинів поверхнево-активних речовин, там же, 1966, т. 11 № 4; його ж, Взаємозв'язок поверхневих і об'ємних властивостей розчинів поверхнево-активних речовин, в збірці: Успіхи колоїдної хімії, М., 1973; Колоїдні поверхностноактівниє речовини, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966; Nonionic surfactans, ed. M. J. Schick, N. Y., 1967. див.(дивися) також літ.(літературний) при ст. Миючі засоби .

  Л. А. Шиц.