Главная Обратная связь

Дисциплины:






Коллоидные поверхностно-активные вещества



Основные вопросы:

  1. Коллоидные поверхностно-активные вещества. Строение мицеллы коллоидных ПАВ.
  2. Практическое значение коллоидных ПАВ.

По способности молекул ПАВ к ионизации их делят на классы:

1. Ионогенные коллоидные ПАВ:

Ä Анионо-активные вещества вследствие ионизации образуют в водных растворах поверхностно-активные анионы, способные к агрегации, образуя при этом мицеллы.

С17Н35СООNa « С17Н35СОО- + Na+ (диссоциация стеарата натрия)

Мыло (стеарат натрия) ПАВ-анион поверхностно-неактивный катион

Ионизация алкилсульфатов-сульфоэфиров высших спиртов и их солей (синтетические моющие средства):

СН3(СН2)10СН2ОSO3Na « СН3(СН2)10СН2ОSO-3 + Na+

Додецилсульфат натрия поверхностно-активный поверхностно-неактивный

анион катион

Сульфокислоты и их соли с одновалентными и многовалентными катионами достаточно хорошо растворяются в воде с образованием водных растворов с характерными признаками „мыльных” растворов. Используются как моющие средства в жёсткой воде и даже в кислой среде.

Ä Катионо-активные вещества вследствие ионизации образуют в растворах поверхностно-активные катионы, способны к агрегации и образования мицелл. Относят соли аминов, четвертичных аммониевых оснований и алкил пиридиновых соединений. Поверхностно-активные ионы таких веществ заряжены положительно.

Анионо- и катионо-активные ПАВ не могут одновременно присутствовать в водном растворе, поскольку между большими поверхностно-активными ионами происходит взаимодействие с образованием малорастворимых в воде соединений.

Ä Амфолитные вещества – ионизируются с отщеплением небольших поверхностно-активных катионов и анионов. В зависимости от значения рН раствора эти вещества могут проявлять анионоактивные свойства (в щелочной среде) или катионоактивные свойства (в кислой среде). Относят алкиламинокислоты RNHCOOH. Через сложности в получении и высокую стоимость амфолитные коллоидные поверхностно-активные соединения не имеют широкого применения.

2. Неионогенные коллоидные ПАВ (НПАВ) –это вещества, .молекулы которых не диссоциируют на ионы. Молекулы НПАВ – дифильные. Их получают при взаимодействии оксида этилена со спиртами, фенолами, жирными кислотами и другими соединениями, содержащими полярные группы, при этом получают соединения типа R(OCH2CH2)mOH. Чем длиннее оксиэтиленовая цепочка, тем сильнее проявляются гидрофильные свойства соединения. Неионогенные мыла используются как стабилизаторы и эмульгаторы.

Растворы мыла являются стабилизаторами дисперсных систем благодаря их строению. Мыла – дифильные молекулы, состоят из: Ÿ полярной части (гидрофильной) – карбоксильная группа –СООН; Ÿ неполярной части (гидрофобной) – углеводородный радикал. При малых концентрациях дифильные молекулы этих веществ находятся в растворе в виде отдельных молекул или ионов, при повышении концентрации они образуют ассоциаты коллоидных размеров – мицеллы.
а – молекула ПАВ; b – стабилизация эмульсии ПАВ (эмульгатором) Растворы мыла (ПАВ) и щёлочи  

Мыла и моющие средства относят к группе коллоидных поверхностно-активных веществ.



Коллоидными ПАВ называют соединения,способные не только концентрироваться на границе раздела фаз, но и образовывать мицеллярные системы. Мицеллы в растворах мыла способны к длительному существованию, но разбавление раствора способствует распаду мицелл на молекулы мыла.

Особенности физико-химических свойств растворов мыл: разбавленные водные растворы мыл и особенно спиртовые проявляют свойства истинных растворов (молекулярных), а концентрированные водные растворы проявляют свойства коллоидных систем: способность к коагуляции, или «высаливание», при добавлении электролитов (хлорид натрия).

Обычные мыла – коллоидные системы, содержащие значительное количество воды, а часто также примеси других минеральных и органических веществ.

Моющее действие мыл – сложный физико-химический процесс. Начинается с адсорбции мыл поверхностью, которая должна быть очищена от грязи. Молекулы мыл (ПАВ) снижают поверхностное натяжение грязевой плёнки и способствуют смачиванию её частиц моющей жидкостью. Между гидратированными частицами грязи возникает расклинивающее давление, под влиянием которого они открываются от загрязнённой поверхности. В мыльной среде после этого возникают суспензии и эмульсии, которые стабилизируются коллоидными мицеллами мыла или другого средства. Образованная при этом пена выносит частицы грязи из загрязнённой поверхности. Этот процесс ускоряют трением.

Одним из наиболее характерных свойств мицеллярных растворов ПАВ является способность растворять нерастворимые в воде вещества – солюбилизация.

Солюбилизация – это растворение по действием ПАВ нерастворимых в данной жидкости веществ. Процесс можно рассматривать как распределение малорастворимого вещества между истинным раствором и мицеллами ПАВ, причём переход от частиц или капель в мицеллы происходит через молекулярный раствор.

Для водных растворов характерна солюбилизация маслянистых гидрофобных веществ – углеводородов, дисперсных красителей. Для растворов ПАВ в неполярных растворителях характерна солюбилизация воды и водных растворов разных веществ. Мицеллярные растворы ПАВ из солюбилизированного вещества термодинамически устойчивы, хотя являются двухфазными системами.

Практические аспекты использования явления солюбилизации:

8 увеличение растворимости дисперсных и кубовых красителей в воде (текстильная промышленность).

8 для перевода ряда лекарств в солюбилизированное состояние (фармакология).

8 солюбилизация нерастворимых в воде веществ происходит в организме человека и животных, что обеспечивает транспорт веществ по кровеносной системе между разными частями организма.

Фосфатиды (фосфолипиды) – сложные эфиры, молекулы которых образованы остатками спиртов (глицерина, инозита, сфингозина), ВМЖК (насыщенными и ненасыщенными), ортофосфорной кислоты и азотистого основания.

Молекула фосфатида состоит из гидрофильной (полярной) и гидрофобной (неполярной) частей. Гидрофильная часть имеет отрицательный заряд фосфата и положительный – азота, и является диполем (цвиттер-ионом). Гидрофобная часть состоит из длинноцепочечных остатков ВМЖК. Это обусловливает поверхностно-активные свойства фосфолипида:

Ä даёт возможность формировать плёночные структуры в монослое на границе раздела фаз;

Ä взаимодействовать с разными соединениями (полярными и неполярными);

Ä активно участвовать в реакциях анаболизма и катаболизма клетки.

Фосфолипиды вместе с белками составляют химическую основу биомембран клеток, способствуют лучшему усвоению жиров, препятствуют ожирению печени. Фосфатидов много в нервной ткани, печени. Общая потребность в фосфолипидах составляет от 5 – 10 г за сутки. Основным источником фосфолипидов являются масличные культуры (соя, подсолнечник), оттуда их удаляют при гидратации масел.

Строение биологической мембраны: двойной липидный слой и белки. Ф. Даниэль и Г. Дайсон предложили первую общепринятую модель биологической мембраны: основным элементом мембранных структур клетки является бимолекулярный слой из молекул липидов, полярные группы которых, при взаимодействии с белками, направлены наружу, а неполярные углеводородные радикалы – в середину.

Белки образуют симметричные мононуклеарные слои на внешней та внутренней сторонах липидного биослоя. Позднее было установлено асимметрическое размещение белков в клеточных мембранах. Например, интегральные мембранные белки способны взаимодействовать с гидрофобными радикалами и проникать в глубину мембраны. Часть поверхности мембраны свободна от белков (мозаичная модель мембраны). Макромолекулы интегральных белков могут образовывать поры – ионные каналы, которые имеют избирательную проницаемость для разных ионов.

Мембранные методы разделения разных жидкостных систем широко используют при очистке сточных вод предприятий пищевой промышленности, в производстве пищевой продукции. Продукты, полученные при использовании мембранных методов разделения (фруктовые и овощные соки, сахарные сиропы, молочная сыворотка, сгущенное молоко, бульоны, экстракты чая и кофе) имеют лучшее качество вследствие сохранности исходных ценных компонентов и лучшие органолептические показатели.

Значение ПАВ связано с их способностью в небольших количествах резко изменять условия взаимодействия систем и соприкасающихся тел, природу их поверхностей, увеличивать растворимость в воде малорастворимых органических веществ, усиливать взаимодействие нескольких веществ (реакции комплексообразования). ПАВ, применяемые в пищевой промышленности, являются многокомпонентными смесями и выпускаются под фирменными названиями. Химическое название препарата при этом соответствует лишь основной части продукту.

ПАВ могут резко увеличивать или ослаблять взаимное прилипание твердых поверхностей (волокон), уменьшать трение, обеспечивая хорошее смазывание между двумя движущимися вдоль поверхностями. Однако, ПАВ в среде вблизи данного тела, могут значительно облегчать его разрушение (тонкое размеливание, измельчение).

С помощью ПАВ можно регулировать свойства таких гетерогенных систем: пищевое сырьё, полуфабрикаты и готовая продукция. К основным группам ПАВ, используемым в пищевой промышленности, относят моно-, диацилглицерины и их производные, улучшающие качество хлеба и хлебобулочных изделий, замедляют процесс очерствения, снижают клейкость макаронных изделий, повышают пластические свойства маргарина. Производные моноглицеридов используют в хлебопечении, кондитерском производстве и производстве мороженого.

Эмульгаторы– вещества, при добавлении которых к пищевому продукту, обеспечивается возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух и более несмешивающихся между собой веществ.

Общее свойство эмульгаторов – поверхностная активность.

Основные виды пищевых эмульгаторов – неионогенные ПАВ. Исключения: цвиттер-ионный лецитин и анионактивные лактилаты. По химическому строению эмульгаторы это производные одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот разного строения.

Основные технологические функции ПАВ (эмульгаторов) в пищевых системах:

Ø диспергирование (емульгирование и пеноообразование);

Ø солюбилизация;

Ø комплексообразование с крахмалом;

Ø взаимодействие с белками;

Ø изменение вязкости;

Ø модификация кристаллов;

Ø смачивание и смазывание.

Особенности свойств фосфолипидов как эмульгаторов обусловлены способностью образовывать и поддерживать в однородном состоянии прямые и обратные эмульсии, что позволяет использовать их во всех видах пищевых эмульсий от майонезов, салатных соусов (прямые эмульсии) до маргаринов разного жирно кислотного состава и разного содержания жировой фазы (обратные эмульсии).

Другой особенностью фосфолипидов как пищевых эмульгаторов является способность образовывать липосомы – частицы, которые формируются концентрическими замкнутыми липидными биослоями с внутренним водным слоем, изолированным от внешней среды, с разными включениями (пептиды, белки).
Использование липосомных систем в пищевых продуктах связано с функциями защиты отдельных пищевых ингредиентов от внешнего действия (защита дрожжевых клеток от охлаждения в замороженных мучных полуфабрикатах и пицце), сохранение влаги (мороженое) или вкусовых веществ (хлеб и бисквиты). Препараты фосфолипидов проявляют высокую физиологическую эффективность, связанную с уменьшением уровня холестерина, улучшением функции печени и состояния центральной и периферической нервной системы, торможением процессов старения организма и нормализацией иммунобиологической реактивности организма. Фосфолипиды являются физиологически ценными компонентами пищи, суточная потребность в них составляет около 5г.

Пенообразующая способность растворов ПАВ является важной характеристикой. Пенообразование ‑ основной показатель для гигиенического обоснования предельно-допустимых концентраций текстильно-дополнительных и моющих средств в воде.

Образование устойчивой пены в пиве свидетельствует о его высоком качестве, поэтому пенообразующая способность пива также проверяется на заводах. Пенообразование учитывается при разработке пеноподавляющих средств (антиспениватели и пеногасители).

Нерациональное использование ПАВ в быту и промышленности загрязняет окружающую среду, особенно водоёмы. Поступление значительного количества СМС в водную среду (например, при падении с высоты) вызывает образование большой массы пены. Она покрывает поверхность водоёма, нарушает в нём газообмен, что вызывает гибель флоры и фауны. От пены можно избавиться способом пеногашения. Для этого используют определённые количества аллиловых, октиловых спиртов, алкил аминов и других веществ.

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...