Поверхностные плёнки

Поверхностные плёнки

Поверхностные плёнкиНекоторые вещества, например олеиновая кислота и Камфора, обладают способностью самопроизвольно растекаться по поверхности воды, образуя мономолекулярный или близкий к нему слой. Это явление известно более трех тысячелетий: еще в Древнем Египте образование масляной пленки на поверхности воды использовалось для гашения волн во время сильных бурь на море.

Измерив площадь, по которой распределился определенный объем масла, можно приближенно определить размеры молекул. Первые расчеты такого рода, выполненные в XVIII в., показали, что толщина пленки составляет 2,5 нм. Это было первое в истории науки экспериментальное определение размера молекул.

Распространяющиеся по поверхности частицы вещества создают двумерное давление. Они сдвигают встречающиеся на их пути легкие плавающие преграды: листочки слюды, цветочную пыльцу и частицы сажи. Если площадь растекания неограниченна, вещество всегда образует мономолекулярный слой. Если же эта площадь мала, а количество растекающегося вещества достаточно велико, в монослое возникают мельчайшие капельки.

В зависимости от концентрации частиц в слое поверхностные пленки могут обладать свойствами газа, жидкости или твердого тела. В твердых пленках частицы расположены близко друг к другу. Они лишены возможности свободно перемещаться и совершают только колебательные движения около некоторого положения равновесия. Двумерные жидкости отличаются от твердых пленок большей подвижностью своих частиц. В жидких пленках могут растворяться некоторые вещества, что приводит иногда к нежелательным результатам. Например, в пленках стеролов — соединений, входящих в состав гормонов, растворяются канцерогенные вещества: бензпирен и метидхолантрен. Образованием таких «паразитных» растворов объясняются случаи возникновения некоторых заболеваний.

Движение частиц в газообразных пленках хорошо описывается уравнением, аналогичным уравнению Ван-дер-Ваальса.

Поверхностно активные вещества

Образование молекулами ПАВ мономолекулярного слояВещества, подобные олеиновой кислоте и камфоре, называют поверхностно-активными (ПАВ). Молекулы ПАВ состоят из двух частей: полярной [—СООН, —SO3H, —N+(CH3)3] и неполярной (углеводородный радикал).

Рис. 2. Образование молекулами ПАВ мономолекулярного слоя

Поэтому их схематически изображают в виде сочетания кружка и черточки, например смотреть рис. выше.

При адсорбции на поверхности воды полярные группы втягиваются внутрь жидкости, а неполярные — выталкиваются в воздух (рис: 2). Этим объясняется быстрое уменьшение растворимости органических соединений ростом общего числа СН2—групп в цепи.

Поверхностно — активные вещества подразделяются на не ионогенные, содержащие в качестве полярных гидроксильные (—ОН) и это ксигруппы (—OR), и ионогенные, диссоциирующие в растворе с образованием поверхностно-активных ионов. К веществам последнего типа относится, например, обычное натриевое 

C13H27COONa⇄C13H27COONa+ 

В настоящее время изучается возможность применения ПАВ для предотвращения высыхания некоторых озер. Проведен эксперимент по покрытию озера Онтарио сплошной пленкой додецилового спирта, а водохранилища Рэтлейк — гексадециловым спиртом. Наличие такой пленки резко уменьшает скорость испарения воды. Концейтрация растворенного кислорода при этом практически не изменяется, а значит не должно происходить существенного нарушения условий существования флоры и фауны.

Статья на тему Поверхностные плёнки