IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В коллоидные ПАВ используют в различных отраслях промышленности и в быту, в том числе в качестве эмульгаторов и стабилизаторов при производстве продуктов питания и во многих других технологических процессах.

Коллоидные ПАВ – это вещества, которые не только снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз, но при определенных концентрациях способны к самопроизвольному мицеллообразованию, т.е. образованию новой фазы.

Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) ‑ это концентрация ПАВ, при достижении которой при добавлении ПАВ в раствор концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходит самоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе - агрегация. В результате такой агрегации образуются мицеллы. При низких концентрациях ПАВ (10^-4 – 10 ^-2 М) образуются истинные растворы, причем ионогенныe ПАВ ведут себя как сильные электролиты. При достижении ККМ мицеллы находятся в термодинамичном равновесии с неассоциированными молекулами ПАВ; при разбавлении раствора мицеллы распадаются, а при увеличении концентрации вновь возникают. Выше ККМ весь избыток ПАВ находится в виде мицелл. При очень большом содержании ПАВ в системе образуются жидкие кристаллы или гели.

Переход из молекулярного состояния в мицеллярное происходит, как правило, в достаточно узкой области концентраций, ограниченной, так называемыми, граничными концентрациями. Впервые наличие таких граничных концентраций обнаружил шведский ученый Экваль. Он установил, что при граничных концентрациях многие свойства растворов резко меняются. Эти граничные концентрации лежат ниже и выше средней ККМ; только при концентрациях, меньших минимальной граничной концентрации, растворы ПАВ аналогичны истинным растворам низкомолекулярных веществ.

Целью работы является определение критической концентрации мицеллообразования моющих ПАВ кондуктометрическим методом и методом нефелометрии.

Методы определения ККМ основаны на регистрации резкого изменения физико-химических свойств растворов ПАВ при изменении концентрации. Это связано с тем, что образование мицеллы ПАВ в растворе означает появление в нем новой фазы, а это приводит к резкому изменению любого физико-химического свойства системы.

Для определения ККМ в работе были использованы кондуктометрический и нефелометрический методы.

Кондуктометрическое определение ККМ основано на измерении концентрационной зависимости электропроводности растворов ионогенных ПАВ.

Из исходного раствора ионогенного коллоидного ПАВ готовили 8 растворов, путём последовательного разбавления вдвое предыдущих растворов. Для этого в мерную колбу на 50 см³ вносили мерной пипеткой 25 см³ исходного раствора коллоидного ПАВ и доводили его объём до 50 см³ дистиллированной водой. Из приготовленного раствора отбирали 25 см³ раствора, переносили в мерную колбу на 50 см³ , доводили водой объём до 50 см³, а оставшийся раствор выливали в кондуктометрическую ячейку и измеряли проводимость. Таким же образом готовили остальные растворы и измеряли их электрическую проводимость. Все растворы готовили непосредственно перед измерением для того, чтобы предотвратить процесс гидролиза коллоидного ПАВ.

Удельную электрическую проводимость вычисляли по формуле:

где К_ср – среднее арифметическое значение констант, полученных для растворов KCl концентрацией 0,01 и 0,02 моль/дм³ , см^-1; L – электрическая проводимость коллоидных ПАВ.

Молярную электрическую проводимость вычисляли по формуле:

где c – концентрация раствора коллоидного ПАВ.

Далее готовили к работе нефелометр. Настройка прибора заключалась в установке 0 и 100% светопропускания. В качестве нулевого раствора использовали дистиллированную воду. Все измерения проводили при длине волны 540 нм. В кювету наливали раствор ПАВ и измеряли интенсивность светопропускания. Измерения проводили, начиная с более разбавленного раствора.

Таблица 1 - Результаты кондуктометрических и нефелометрических измерений и вычислений для коллоидного ПАВ ‑ жидкое мыло «Шёлковая лента»

Концентрация раствора ПАВ,с, % об.	Электрическая проводимость, L	Удельная электрическая проводимость, æ	Молярная электрическая проводимость, λ	Коэффициент светопропускания, %
0,5	0,0045	0,0018	3,6	91,6
0,25	0,0021	0,00084	3,36	96,5
0,125	0,00112	0,000448	3,58	98,5
0,0625	0,00058	0,000232	3,71	99,9
0,03125	0,000302	0,000121	3,86	100,1
0,015625	0,000143	5,72E-05	3,66	100,2
0,007813	0,000091	3,64E-05	4,66	100,2

Рисунок 1 ‑ Зависимость молярной электрической проводимости λ от концентрации коллоидного ПАВ (жидкое мыло «Шёлковая лента»)

Рисунок 2 ‑ Зависимость коэффициента светопропускания от концентрации коллоидного ПАВ (жидкое мыло «Шёлковая лента»)

Таблица 2 – Результаты кондуктометрических и нефелометрических измерений и вычислений для коллоидного ПАВ ‑ моющее средство «SYNERGETIC»

Концентрация раствора ПАВ,с, % об.	Электрическая проводимость, L	Удельная электрическая проводимость, æ	Молярная электрическая проводимость, λ	Коэффициент светопропускания, %
0,5	0,00507	0,002028	4,06	103,1
0,25	0,0028	0,00112	4,48	103,4
0,125	0,00149	0,000596	4,76	101,8
0,0625	0,00076	0,000304	4,86	101,9
0,03125	0,000397	0,000159	5,08	102,9
0,015625	0,0002	0,00008	5,12	102,6
0,007813	0,000102	4,08E-05	5,22	102,7

Рисунок 3 ‑ Зависимость молярной электрической проводимости λ от концентрации коллоидного ПАВ (моющее средство «SYNERGETIC»)

В ходе исследований показали, что оба метода определения дают хорошую сходимость результатов ККМ. Для обоих средств значения ККМ лежит в пределах 0,03125 - 0,0625 %об.

Оценка поверхностной активности ПАВ по ККМ имеет огромное экономическое значение, определяя минимальный расход ПАВ, необходимый для наиболее эффективного их действия в различных технологических процессах.

Список литературы

1. Практикум по коллоидной химии: Учебное пособие / Под ред. М.И. Гельфмана. – СПб.: Издательство «Лань», 2005. – с. 115.

2. Коллоидно-химические аспекты пищевых технологий: учеб. пособие / О.В. Ковалевич, О.В. Салищева, Н.Е. Молдагулова; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2009. – с.20.

Код для цитирования: Скопировать