Denne regelen fungerer i løsninger av homologe serier av overflateaktive stoffer og er formulert som følger:
Med en økning i lengden av hydrokarbonradikalet med en CH-gruppe 2 , øker overflateaktiviteten i den homologe serien med 3 - 3,5 ganger.
La oss illustrere denne regelen grafisk:
Fig.2.21. Isotermer av overflatespenning (a) og adsorpsjon (b) av løsninger av overflateaktive stoffer av samme homologe serie (1,2,3 - antall -CH-grupper 2 - i et hydrokarbonradikal)
Vær oppmerksom på at verdien G ∞ for én homolog serie gjenstår fast. Dette forklares av det faktum at kapasiteten til monolaget i dette tilfellet bare avhenger av området som er okkupert av det overflateaktive molekylet i dette laget. I serien av karboksylsyrer og alkoholer er dette området bestemt av størrelsen på den polare gruppen, som er den samme for hele serien av overflateaktive stoffer.
Denne regelen overholdes for virkelig løselige overflateaktive stoffer. Fordi overflateaktivitet bestemmes for uendelig fortynnede systemer, er det lett å forklare dens avhengighet av lengden på hydrokarbonradikalet. Jo lengre radikal, jo sterkere blir overflateaktivt molekylet presset ut av den vandige løsningen, fordi inkorporering av en radikal i vann øker ΔG, og prosessen med molekyler som kommer til overflaten er energetisk meget gunstig.
Shishkovsky-ligningen ( * )
For tilfellet med adsorpsjon av overflateaktive molekyler ved grensesnittet, kan begge foreslåtte adsorpsjonsligninger på en homogen overflate brukes. La oss sammenligne dem med hverandre:
=
(2.56)
La oss skille variablene og integrere disse ligningene:
,
(2.57)
, (2.58)
Siden i overflateaktive løsninger, på grunn av deres høye overflateaktivitet, de absolutte adsorpsjonsverdiene EN nesten lik overflødig adsorpsjon G, derfor kan den utledede ligningen også skrives på formen:. (2,59)
Den resulterende ligningen kalles Shishkovsky-ligninger. Opprinnelig ble det avledet av ham empirisk for å beskrive avhengigheten av overflatespenning på overflateaktivt konsentrasjon:
Ligning (2.60) inkluderer koeffisientene B og A, hvis fysiske betydning kan sees fra den ovenfor avledede ligningen (2.59).
Sammenhengen mellom overflatespenning og adsorpsjon kan sees i ligningen Frumkina (*) :
, (2.61)
hvorfra det følger at med samme adsorpsjon reduserer alle homologer overflatespenningen med samme mengde ∆σ.
Forskjellen i overflateaktivitet i den homologe serien av overflateaktive stoffer skyldes deres forskjellige egenskaper for adsorpsjon, dvs. samme verdi av G oppnås for kortkjedede overflateaktive stoffer ved betydelig høyere C enn for langkjedede overflateaktive stoffer. Men hvis konsentrasjonene av homologer er slik at adsorpsjonene deres er de samme, reduserer de σ med samme beløp.
Eksperimentell bestemmelse av de geometriske dimensjonene til et overflateaktivt molekyl
La oss vise at vi kan beregne verdien av monolagskapasitansen S o- område okkupert av polargruppen og δ - lengden på hydrokarbonradikalet til det overflateaktive molekylet. De beregnede dataene kan sammenlignes med uavhengig bestemte andre metoder.
,
Område okkupert av polargruppen 
(2.62)
Volum okkupert av ett molekyl V 1 = δ S o (2.63)
Den molare massen til et monolag kan bestemmes av formelen:
M=ρ δS o N en , (2.64)
hvor ρ er tettheten av overflateaktivt middel, N a er Avogadros tall (*). Og siden
S o *N a =1/Г ∞, så kan lengden på hydrokarbonradikalet bestemmes basert på ligningen:
. (2.65)
Tallrike eksperimentelle kontroller av den resulterende ligningen har vist god samsvar mellom verdiene til δ beregnet fra den gitte ligningen og målt med andre metoder.
Lese:
|
Som allerede nevnt må molekyler av overflateaktive midler (overflateaktive midler) som er i stand til å adsorbere ved løsning-gass-grensesnittet være amfifile, dvs. ha polare og upolare deler.
Den polare delen av de overflateaktive molekylene kan være grupper som har et tilstrekkelig stort dipolmoment: -COOH, -OH, -NH2, -SH, -CN, -NO2 -СNS,
CHO, -SO3N.
Den ikke-polare delen av det overflateaktive molekylet er vanligvis alifatiske eller aromatiske radikaler. Lengden på hydrokarbonradikalet påvirker i stor grad overflateaktiviteten til molekylet.
Duclos og deretter Traube, som studerte overflatespenningen til vandige løsninger av en homolog serie mettede fettsyrer, fant at overflateaktiviteten til disse stoffene ved grenseflaten mellom løsning og luft er større, jo lengre hydrokarbonradikalet er. Videre, når hydrokarbonradikalet utvides med en - CH 2 - gruppe, øker overflateaktiviteten med 3-3,5 ganger (i gjennomsnitt 3,2 ganger). Denne stillingen ble kjent som Duclos-Traube regel .
En annen formulering koker ned til følgende: ettersom fettsyrekjeden øker i aritmetisk progresjon, øker overflateaktiviteten i geometrisk progresjon.
Hva er årsaken (fysisk betydning) til denne avhengigheten, etablert først av Duclos og deretter, mer generelt, av Traube? Det ligger i det faktum at når kjedelengden øker, avtar fettsyrens løselighet og dermed øker tendensen til molekylene til å bevege seg fra bulken til overflatelaget. For eksempel er smørsyre blandbar med vann i alle henseender, valeriansyre gir kun 4 % løsning, alle andre fettsyrer med høyere molekylvekt er løselige i vann i enda mindre grad.
Duclos-Traube-regelen, slik den senere ble etablert, observeres ikke bare for fettsyrer, men også for andre overflateaktive stoffer som danner homologe serier, alkoholer, aminer osv. Dens teoretiske (termodynamiske) begrunnelse ble gitt av Langmuir.
Når et overflateaktivt middel introduseres i vann, skyver praktisk talt ikke-hydratiserende hydrokarbonkjeder vannmolekyler fra hverandre og integreres i strukturen. For å oppnå dette kreves arbeid mot molekylære krefter, siden samspillet mellom vannmolekyler er betydelig større enn mellom vannmolekyler og overflateaktive molekyler. Den omvendte prosessen - frigjøring av overflateaktive molekyler på interfaseoverflaten med orientering av hydrokarbonkjeder inn i den ikke-polare gassfasen - skjer spontant med en reduksjon i Gibbs-energien til systemet og en "gevinst" av adsorpsjonsarbeid. Jo lengre hydrokarbonradikalet er, jo større antall vannmolekyler skiller det ut og jo større er tendensen til overflateaktive molekyler til å nå overflaten, dvs. jo større er deres adsorpsjons- og adsorpsjonsarbeid. Arbeidet med adsorpsjon når kjeden forlenges med ett ledd - CH 2 - øker med samme mengde, noe som fører til en økning i adsorpsjonslikevektskonstanten (adsorpsjonskoeffisient K) med samme antall ganger (3,2 ganger ved 20 ° C) ). Dette fører igjen til en økning i overflateaktivitet med ~3,2 ganger.
Det skal bemerkes at med denne formuleringen overholdes Duclos-Traube-regelen kun for vandige løsninger og for temperaturer nær romtemperatur.
For løsninger av de samme overflateaktive stoffene i ikke-polare løsningsmidler er Duclos-Traube-regelen omvendt: med økende lengde på hydrokarbonradikalet øker løseligheten av overflateaktive midler og de har en tendens til å bevege seg fra overflatelaget inn i løsningen.
Ved høyere temperaturer synker gjennomsnittsfaktoren 3,2, og tenderer til enhet i grensen: med økende temperatur avtar overflateaktiviteten som et resultat av desorpsjon av molekyler og forskjellen mellom overflateaktivitetene til medlemmer av den homologe serien jevnes ut.
I sammensetningen av molekylene. I henhold til denne regelen, med en økning i lengden av hydrokarbonradikalet med en CH 2 -gruppe, øker overflateaktiviteten til stoffet i gjennomsnitt 3,2 ganger.
Overflateaktivitet avhenger av strukturen til overflateaktive molekyler; sistnevnte består vanligvis av en polar del (grupper med et stort dipolmoment) og en ikke-polar del (alifatiske eller aromatiske radikaler). Innenfor den homologe serien av organiske stoffer avtar konsentrasjonen som kreves for å redusere overflatespenningen til en vandig løsning til et visst nivå med 3-3,5 ganger med en økning i karbonradikalet med en -CH2-gruppe.
Regelen ble formulert av I. Traube (tysk) russisk
i 1891 som et resultat av hans eksperimenter utført på løsninger av mange stoffer (karboksylsyrer, etere, alkoholer, ketoner) i vann. Tidligere studier av E. Duclos, selv om de i ånden var nær Traubes verk, ga ingen klar konsentrasjonsavhengighet, derfor bærer regelen i utenlandsk litteratur bare navnet Traube. . Den termodynamiske tolkningen av Traubes regel ble gitt i 1917 av I. Langmuir.
Wikimedia Foundation.
2010. Se hva "Duclos-regelen" er i andre ordbøker: Duclos-Traube regel
- Duclos Traubes regel: med en økning i lengden av karbonkjeden av stoffer av samme homologe serie, øker adsorpsjonen på en ikke-polar adsorbent fra et polart løsningsmiddel omtrent 3 ganger med en økning i hydrokarbonkjeden med en metylengruppe CH2 ... ... Kjemiske termer
- (Frankrike) Den franske republikk (République Française). I. Generell informasjon F. stat i Vest-Europa. I nord blir Frankrikes territorium vasket av Nordsjøen, Pas de Calais og Den engelske kanal, i vest av Biscayabukta... ... Stor sovjetisk leksikon
IMMUNITET- IMMUNITET. Innhold: Historie og moderne tid. tilstanden til doktrinen om I. . 267 I. som tilpasningsfenomen........ 283 I. lokal..................... 285 I. til dyregifter... ... ........ 289 I. under protozoan. og spirokettinfeksjoner. 291 I. k… …
- (Frankrike) stat i Vesten. Europa. Område 551 601 km2. Oss. 52 300 tusen mennesker (fra 1. januar 1974). Over 90 % av befolkningen er franskmenn. Hovedstaden er Paris. De aller fleste troende er katolikker. I følge grunnloven av 1958 inkluderer føderasjonen i tillegg til metropolen: ... ...
Slekt. i Moskva 3. april 1745, døde i St. Petersburg 1. desember. 1792. Slektslistene til Fonvizin-familien begynner med navnet Pjotr Volodimerov, med tittelen Baron. "Til kongeriket til den store suverenen, tsaren og storhertugen John Vasilyevich, alle... ... Stort biografisk leksikon
- (FKP) grunnleggende den des. 1920 på kongressen til det franske sosialistpartiet (SFIO) i Tours revolusjonær. av flertallet av denne kongressen som bestemte seg for å slutte seg til Komintern. I mai 1921, på den administrative kongressen, vedtok den navnet. fransk kommunist parti. I … Sovjetisk historisk leksikon
- (fra historie (se) og gresk grapo jeg skriver, lit. historiebeskrivelse) 1) Historiehistorie. vitenskap, som er en av de viktigste formene for selverkjennelse i det menneskelige samfunn. Jeg ringte også en mengde forskning viet til et spesifikt emne eller historisk... ... Sovjetisk historisk leksikon
I Medicine Medicine er et system med vitenskapelig kunnskap og praktiske aktiviteter, hvis mål er å styrke og bevare helse, forlenge livet til mennesker, forebygge og behandle menneskelige sykdommer. For å utføre disse oppgavene studerer M. strukturen og... ... Medisinsk leksikon
ENZYMER- (syn. enzymer; fransk diastase), biol. midler som katalyserer de fleste kjemikalier. reaksjoner som ligger til grunn for livsaktiviteten til celler og organismer. En rekke karakteristiske egenskaper: termolabilitet, virkningsspesifisitet, høy katalytisk effektivitet,... ... Great Medical Encyclopedia
Funksjoner av strukturen til overflatelaget av fasen.
Mellomfase som inneholder ett eller flere molekylære lag
Egenskaper:
– Inne i volumet til et rent stoff er alle intermolekylære interaksjonskrefter balansert
– Resultatet av alle krefter som virker på overflatemolekyler blir rettet inn i væsken
– Overflateeffekter er ubetydelige hvis forholdet mellom kroppsmasse og overflate er til fordel for kroppsmasse
– Overflatefenomener blir viktige når stoffet er i knust tilstand eller i form av et tynt lag (film)
1 cm 3 pil 10 -7, S = 6000 m 2
1 mm blodpil 4 - 5 millioner røde blodceller; 1l pil > 30 mlr celler, S = 1000 m 2
S alveoler = 800 -1000 m2; S leverkapillærer = 600 m 2
Overflate Gibbs energi
σ – overflatespenning
Redusere Gibbs energi:
Ved å redusere overflatearealet (partikkelforstørrelse)
På grunn av en reduksjon i overflatespenning (sorpsjon)
403)overflatespenning
Arbeid utført for å lage en overflateenhet
Måleenheter J/m 2
Kraft som virker per lengdeenhet av en linje som avgrenser overflaten til en væske og retter mot en reduksjon i denne overflaten
Måleenheter N/m 2
Avhengighet av overflatespenning av stoffenes natur, temperatur og trykk.
Overflatespenningen til væsker avtar med økende temperatur og blir null nær den kritiske temperaturen. Med økende trykk avtar overflatespenningen ved væske-gass-grenseflaten, ettersom konsentrasjonen av molekyler i gassfasen øker og kraften avtar. Oppløste stoffer kan øke, redusere og praktisk talt påvirke den praktiske spenningen til væsker. Overflatespenningen ved væske-væske-grensesnittet avhenger av typen av fasekontaktene. Jo mindre styrken til molekylær interaksjon mellom ulike molekyler er, jo større er den.
Metoder for å måle overflatespenningen til en væske.
Metode for å løsne en ring fra overflaten av en væske
Metode for å telle antall dråper av et visst volum av testvæsken som strømmer fra en kapillær (stalagmometrisk)
Metode for å bestemme trykket som kreves for å skille en luftboble fra en kapillær nedsenket i en væske (Rehbinder-metoden)
En metode for å måle høyden på væske som stiger i en kapillær hvis vegger er godt fuktet av den
Fordeling av oppløst stoff mellom overflatelaget og volumet av fasen.
teoretisk sett er det mulig å forestille seg tre tilfeller av fordeling av det oppløste stoffet mellom overflatelaget og volumet av fasen: 1) konsentrasjonen av det oppløste stoffet i overflatelaget er større enn i volumet av fasen. konsentrasjonen av det oppløste stoffet i overflatelaget er mindre, enn i volumet av fasene 3) konsentrasjonen av det oppløste stoffet i det øverste laget er det samme som i volumet av fasene.
Klassifisering av oppløste stoffer i henhold til deres effekt på overflatespenningen til en væske (vann).
klassifisering 1) oppløst stoff som senker spenningen i løsningen. Alkoholer, til deg 2) oppløst i-øker natriumnivået litt. Uorganiske stoffer, baser, salter 3) oppløste stoffer endrer praktisk talt ikke innholdet i nat. sukrose.
Gibbs ligning for å karakterisere adsorpsjonen av oppløste stoffer. Analyse av ligningen.
Г=-(C/RT)*(∆σ/∆C). G er mengden adsorpsjon på overflaten av løsningen. ∆σ/∆C-overflateaktivitet in-va Analyse: ∆σ/∆C=0, Г=0. Dette er en NVG. ∆σ/∆C>0, G<0-поверхностно инактивные в-ва. ∆σ/∆C<0, Г>0-overflateaktivt middel.
Strukturen til molekyler og egenskaper til overflateaktive stoffer.
egenskaper: Begrenset løselig
Har lavere overflatespenning enn væsker
Endre overflateegenskapene til væsken dramatisk
Struktur: Difil - ulike deler av molekylet er preget av ulike forhold til løsningsmidlet
Hydrofobe egenskaper: hydrokarbonradikal
Hydrofile egenskaper: OH, NH 2, SO 3 H
Klassifisering av overflateaktive stoffer, eksempler.
Molekylær eller ikke-ionisk - alkoholer, galle, proteinstoffer
Ioniske anioniske - såper, sulfonsyrer og deres salter, karboksylsyrer
Ioniske kationiske - organiske nitrogenholdige baser og deres salter
Påvirkningen av overflateaktive stoffers natur på deres overflateaktivitet. Duclos-Traube regel.
Forlengelse av kjeden med radikal – CH 2 – øker fettsyrenes evne til å adsorbere med 3,2 ganger
Gjelder kun for fortynnede løsninger og for temperaturer nær romtemperatur, pga desorpsjonen øker med økende temperatur
Adsorpsjon – fenomenet spontan akkumulering av ett stoff på overflaten av et annet. Stoffet som er adsorbert kalles adsorberende; et stoff på overflaten som adsorpsjon skjer - adsorbent.
Adsorpsjon på overflaten av væsker
Partikler av stoffer oppløst i væsker kan adsorberes på overflaten av væsker. Adsorpsjon følger oppløsningsprosessen, og påvirker fordelingen av oppløste partikler mellom overflatelagene til løsningsmidlet og dets indre volum.
Adsorpsjon på overflaten av en væske kan beregnes ved å bruke Gibbs-ligningen:
G er verdien av spesifikk adsorpsjon, mol/m2;
C - molar konsentrasjon, mol/m3;
dσ er endringen i overflatespenning som tilsvarer endringen i konsentrasjon ΔС;
Overflateaktivitet.
Hvis med økende konsentrasjon av et stoff avtar overflatespenningen Δ σ< 0, то его адсорбция Г считается положительной (Г >0). Dette betyr at konsentrasjonen av stoffet i overflatelaget er større enn i hoveddelen av løsningen.
Hvis, med økende konsentrasjon av et stoff, overflatespenningen ved grensesnittet øker Δ σ > 0, så anses adsorpsjon som negativ.< 0, это означает, что концентрация вещества в объеме раствора больше, чем в поверхностном слое.
Surfaktantadsorpsjon
Overflateaktive stoffer er stoffer som er difile av natur og har polare (hydrofile) og ikke-polare (hydrofobe) deler.
For eksempel såpe: C 17 H 35 COONa
ikke-polart symbol polart symbol
deler deler
Overflateaktive stoffer er positivt adsorberte stoffer, disse inkluderer: fett, fettsyrer, ketoner, alkoholer, kolesterol, såper og andre organiske forbindelser. Når slike stoffer er oppløst i vann, oppstår positiv adsorpsjon, ledsaget av akkumulering av stoffet i overflatelaget. Prosessen med molekyler av disse stoffene som kommer til overflaten er veldig fordelaktig, fordi fører til en reduksjon i overflatespenning ved grensesnittet. Overflateaktivt adsorpsjonsskjema:
Et stoffs evne til å senke overflatespenningen ved grenseflaten kalles overflateaktivitet.
Duclos-Traube regel
Størrelsen på overflateaktiviteten til overflateaktive stoffer - medlemmer av en homolog serie av organiske forbindelser avhenger av lengden på hydrokarbonradikalet: forlengelse av overflateaktivt middel med en gruppe - CH 2 - øker overflateaktiviteten til stoffet med 3-3,5 ganger.
La oss vurdere Duclos-Traube-regelen ved å bruke eksemplet med fire representanter for den homologe rekken av alkoholer.
Overflatespenningsisoterm:
Adsorpsjon av PIAV
I forhold til polart vann er slike stoffer elektrolytter: uorganiske syrer, salter, alkalier. Oppløsningen av disse stoffene øker overflatespenningen, så PIAV-er vil skyves ut av overflatelaget og inn i adsorbenten. Denne adsorpsjonen kalles negativ. For eksempel: oppløsning av KS1 i vann er ledsaget av dissosiasjon av saltet etterfulgt av hydratisering av de resulterende ionene.
Ordning for adsorpsjon av PIAV.