4.3.1. Поверхнево-активні речовини.

Стосовно води усі речовини поділяють на поверхнево- активні (ПАР) та поверхнево-інактивні (П-інАР). Такий поділ речовин є умовній, бо велика кількість речовин, які є ПАР у водних розчинах, в інших розчинниках є П-інАР. Для інших розчинників, крім води,ют кож підібрати ПАР.

ПАР-це речовини , щор адсорбуються на поверхні поділу фаз ( ) та знижують між фазову вульну поверхневу енергію (поверхневий натяг) ( ). ПАР поділяють на йонні та нейонні, айонні , катіонні а також амфолітні.

Здатність ПАР адсорбуватись на поверзневі води визначається особливістю їхньої будови. Схематично молекули ПАР можна зобразити у вигляді кульки з довгим хвостом (рис.4.2)

Молекула ПАР складається з неполярної групи ( карбогідрогенного радикалу) та полярної функціональної групи . Перша є гідрофобна ( відштовхує воду), а друга –гідрофільна ( притягує воду, взаємодіє з нею). Молекули ПАР такої будови називають дифільними, тобто мають два(ді) вподобання ( філ).

Найвигіднішим енергетичним станом дифільних молекул є їх розташування на межі поділу фаз.

4.3.2 Насичений і ненасичений мономолекулярний поверхневий шар. «Двовимірний газ».

Моношар- це поверхнева пліка з одного шару молекул ПАР, що утворюється на межі водним розчиом ПАР і повітрям , органічною рідиною або твердою поверхню.В залежності від концентрації ПАР на поверхні принциповао можливі принаймні 3 випадки орієнтації ( рис 4.3.)

Рис.4.3. Зміна орієнтації молекул ПАР при збільшенні концентрації ( від (а) до(в))

При низькій концентрації ПАР її молекули вільно переміщаються по поверхні у двох вимірах . Тому такий стан називають двовимірним газом ( сильнорозріджена плівка ПАР).

Дійсно, між поверхневим тиском (П) ,який створюють гідрлфобні кінці молекул ПАР і загальною площею (С) , яку займають (н) молей ПАР існує співвідношення

πS = nRT (4-2)

Воно дійсно є аналогією рівнянню Клаперона-Мендєлєєва для тривимірного ідеального газу

PV = nRT (1-1),(1-6)

Основна храктеристика нерозчинних у воді моношарів ПАР є ізотерма поверхневий тиск-поверхня (π-S) (Рис.4.4.)

Літерами р і г позначені стани: газоподібний (г), рідкий (р), та одночасно існування рідкого (р) та газоподібного (г) станів (р+г)

Рис.4.4. Залежність поверхневого тиску від велечини поверхні для розчину ПАР (стану мономолекулярного шару).

Ця ізотерма дуже подібна до кривих ( ізотерм) конденсації звичайних газів згідно з рівнянням Ван-дер-Ваальса (Р-V) (Рис 1.2.) Ці аналогії ( рівняння та ізотерми )приводять до висновку, що ці явища подібні.

Розглянемо ізотерму стану мономолекулярного шару.

Якщо двовимірний газ розрідженний ( стан г ) , то відстань між молекулами велика, і вони вільно рухаються. Зменшення площі їхнього розміщення зумовлює підвищення поверхневого тиску (π) молекул ПАР.

1. Для низьколетких ПАР при (S=S1 (р-г) у двовимірному газі починається двовимірна конденсація. Вона відбувається через зростання сил міжмолекулярної взаємодії, які прагнуть об’єднати молекули.

2. Кондесація триває при постійному тискові (π ) , досягаючи такого стану,

Коли (S=Sx) і весь двовімірний газ переходить у двовимірну рідину (стан р )

Коли (S˂Sx), моношар є практично не стислим і протидіє деформаціям різким збільшенням поверхневого тиску (π) (стан рідини).

Якщо знати (Sx) , то можна розрахувати площу (S0), яку займе одна молекула ПАР у моношарі двовимірної рідіни: ;

n-кількість молей розчиненої речовини;

NA -стала Авогадро ( Число Авогадро* NA 6,022· ,

N NA - кількість молекул на поверхні (Sx)

Розрахунки показують, що площа , яку займає одна молекула, дорівнює площі Полярної групи ПАР . У гомологічному рядку жирних кислот площа , яку займають різні кислоти, виявляються однаковою для всіх кислот: S =0,205 .

Це підтверджує, що в моношарі гідрофобні хвости орієнтовані вертикально.

Одноланцюгові ланцюгові амфіфільні молекули прагнуть до утворення у водному середовищі глобулярних міцел (рис.4.5). Міцела – це структурна колоїдна частинка дисперсної фази. Про це йтиметься далі.

У випадку дволанцюгових амфіфільних молекул спостерігається тенденція до формування подвійних шарів у водних дисперсіях – пластинчатих структур

( рис.4.5,5)

Таким шляхом утворюється, наприклад, біологічні мембрани.

Можна припустити, що у разі дволанцюгових ПАР ( а такі компоненти можуть бути у складі зв’язуючих друкарсь фарб) можливі утворення подвійних шарів як і моношарів у процесі зволоженення ( змащення) елементів друкарської форми. Подумаємо, які наслідки можуть бути? У крайніх випадках гідрофізілізації замащенних елементів і гідрофобізації пробільних елементів ми маємо очікувати інверсію друкувальних і пробілних елементів.