Дәріс.БАЗ-дардың гидраттануы. Су-БАЗ жүйесіндегі гидрофобтық әрекеттесулер пайда болу механизмі.

Гидрофобтық әрекеттесулер туралы түсінік жоғары молекулалық беттік- активті заттардың коллоидтық күйін зерттеудің бастапқы кезеңінде пайда болды.

БұлтерминдіалғашқыретИ. Ленгмюр 1916 жылыөзініңмономолекулалықадсорбциятеориясынұсынғанда енгізді. ОндаадсорбциянәтижесіндетүзілгенБАЗ “қазықтарын” (Ленгмюрдің “қазықтары”) сипаттауүшінкейбірқосылыстарменмолекулаларбөліктерінгидрофобтыжәнегидрофильдідепбөлуқажетболды. Бірақгидрофобтылыққұбылысыныңтабиғатыкөпуақытқадейінанықталмады. Тек 1959 жылығанаУ. Козманбелоктардыңкеңістіктегіқұрылымдықреттелуінтүсіндіруүшінгидрофобтықәрекеттесулерконцепциясынегіздерінұсынды. Оламинқышқылдарқалдықтарыныңкөмірсутектізбектерініңкөп жағдайлардаөзаражақындасып, суғаполярлытоптарынбағыттапорналасуыныңсебебінанықтайалды.

Беттік-активті заттардың гидраттануы олардың молекулаларының дифильділігіне байланысты ерекше механизм бойынша өтеді. БАЗ-дың полярлы топтары жақсы гидраттанып, молекулалары су/газ шекарасында адсорбцияланғанда суға қарай бағытталатыны белгілі. Ал көмірсутек радикал табиғаты полярлы емес болғандықтан адсорбциялық қабатта ол газ фазасына бағытталып орналасады. Ерітіндідегі БАЗ концентрациясы көбейіп, критикалық мицелла түзу концентрациясына жеткенде полярлы сұйық фазада сонша көп мөлшерде гидрофобты радикалдардың орналасуы таңғаларлық жағдай.

Осыны негіздеу үшін судың ерекше құрылымды зат екенін есепке алу керек. Г. Немети мен Г. Шерага теориясы (1962 ж.) бойынша су - екі құрылымды сұйықтық. Ол өзара байланысқан мұз тәріздес ассоциаттардан (“айсбергтер”) және олардың айналасындағы байланыспаған, яғни құрылым түзбейтін молекулалардан тұрады. Бұл ортаға көмірсутек радикалдың енуі оны құрылымданған молекулалардың ығыстыруына апарады. Ал енген молекулалар саны көбейетін болса, олар бірге ығысып, жаңа көмірсутек фазасын құрайды. Бұл радикалдармен байланысқан полярлы топтар су фазасына қарай бағытталып, мицеллалар түзеді. Түзілген мицеллалардың сумен арасындағы беттік керілуінің мәні төмен жағдайда май фазасы өзінен өзі ұсақталып, термодинамика тұрғысынан тұрақты лиофильдік жүйе түзеді. Мұндағы жүйенің энергиясының төмендеуі көмірсутектік фазаның дисперсиялануы нәтижесінде энтропияның өсуімен қамтамасыз етіледі.

Сонымен, суды мұз тәріздес қанқадан құрылады деп есептейді. Бірақ бұл каркастың байланыспаған немесе жартылай байланысқан су молекулаларымен толтырылған қуыстары болады.

Дәлірек айтқанда су молекулаларының біркелкі құрылым түзбейтіндігі бұл фазаға табиғаты алшақ көмірсутек радикалдарының еніп, орналасуына мүмкіндік туғызады. Радикалдардың көбеюі мен ұзаруы олардың ығысуын арттырады, яғни көмірсутек радикалдардың молекулааралық, дисперсиялық әрекеттесулерін жоғарылатады. Бұл әрекеттесулерді гидрофобтық әрекеттесулер деп атайды, олардың энергиясы 8 кДж/моль шамасында.

Су ортасында пайда болатын жоғарыда аталған “айсбергтердің” немесе оған ұқсас құрылымдардың пайда болуының молекулалық механизмін В.А. Пчелин Франк пен Эвенстің 1945 жылы шыққан еңбектерінің негізінде береді. Ең алдымен су тамшыларының ауамен шекарасында теріс зарядқа ие болатынын есепке алу керек. Су бетінің ауамен немесе басқа полярлы емес фазамен жанасқанда теріс зарядталуы оның молекулаларының ерекше бағытталуымен байланысты:

Сонымен, полярсыз фаза су бетінде оң зарядталады, ал судың бетінде көптеген полярлы емес радикалдардың орналасуы оған оң заряд береді.

Ерітіндідегі полярсыз молекулалардың радикалдарының су молекулаларымен әрекеттесуін келесі сызбанұсқа арқылы көрсетуге болады:

Су молекулалары полярсыз ортамен жанасқанда тығыз мономолекулалық қабат түзеді. Бұл қабат судың басқа молекулаларының сутектік байланыс арқылы келесі қабат түзуіне негіз болады. Осылай полярлы емес молекулалардың айналасында үш өлшемді тор түзіліп, өсе береді. Бұл құрылым – алдыңғы теориялардағы “айсбергтер”.

Жалпы гидрофобтық әрекеттесулерде жаңа әрекеттесу күштері пайда болмайды. Олардың БАЗ молекулаларының судағы күйіне әсері полярлы және полярлы емес топтардың бағытталуымен байланысты. Ал жанасу күштері ортаның әсерін есепке алған жағдайдағы кәдімгі вандерваальстік, электростатикалық әрекеттесулер мен сутектік байланыстармен сипатталады.

Дата добавления: 2015-08-09