Środki powierzchniowo czynne.

I. Twardość wody jest pojęciem umownym określającym zawartość w wodzie kationów dwuwartościowych.

Rozróżnia się następujące rodzaje twardości wody:

1. Twardość ogólna jest to całkowita zawartość jonów Ca²⁺, Mg²⁺, a także innych jonów dwuwartościowych , np. Fe²⁺, Mn²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺. Praktycznie w wodach występuje duże stężenie jonów Ca²⁺, Mg²⁺ i małe stężenie innych jonów metali dwuwartościowych, a więc twardość wody powodowana jest przez wapń i magnez.

2. Twardość węglanowa odpowiada zawartości węglanów i wodorowęglanów wapnia i magnezu

CaCO₃ + H₂O + CO₂ ↔ Ca(HCO₃)₂

Procesy rozpuszczania CaCO₃ w wodzie bogatej w CO₂ i ponownego wytrącania węglanu zachodzą w przyrodzie ustawicznie.

3. Twardość niewęglanowa jest to różnica między twardością ogólną a węglanową.

Twardość węglanowa zanika podczas gotowania, wytrącają się wtedy

węglany wapnia, magnezu i żelaza tworząc niepożądany kamień kotłowy.

II. ZPCz mają cząsteczki charakteryzujące się dużą asymetrią - obok części silnie polarnej występuje część niepolarna lub słabo polarna pochodzenia węglowodorowego. Część hydrofobowa (niepolarna) łatwo rozpuszcza się w niepolarnych cieczach, m.in. w olejach. Część polarną nazywamy hydrofilową i rozpuszcza się ona w rozpuszczalnikach polarnych. Cząsteczki ZPCz rozpuszczają się w rozpuszczalniku i tworzą warstwę adsorpcyjną, zbudowaną z odpowiednio ułożonych cząsteczek ZPCz. Stan warstwy adsorpcyjnej zależy od:

• równowagi między własnościami hydrofilowymi i hydrofobowymi,

• rodzaju grupy hydrofilowej i hydrofobowej,

• temperatury i stężenia.

Najstarsze środki powierzchniowo czynne to mydła, termin detergenty odnosimy do syntetycznych środków piorących. ZPCz i surfaktanty obejmują wszystkie substancje wpływają na powierzchniowe własności cieczy.

III. Napięcie powierzchniowe - powierzchnia styku między cieczą i gazem. Stosunek pracy niezbędnej włożonej do stworzenia jednostki powierzchni kontaktu pomiędzy fazami (σ = dL/dA). Przykładem substancji, która nie zmienia napięcia powierzchniowego wody jest cukier.

Napięcie międzyfazowe - napięcie między dwoma nie mieszającymi się cieczami (σ_AB = σ_A + σ_B).

Kropla cieczy umieszczona na powierzchni ciała stałego lub cieczy nie mieszającej się z cieczą badaną może zachowywać się na dwa sposoby. Pozostanie w postaci bardziej lub mniej kulistej (brak zwilżania), lub rozleje się pod postacią cienkiej błonki (rozlewanie). Te dwa zjawiska bada się za pomocą określania kąta zwilżania Θ. Wartość jego cosinusa (B = cos Θ) określa stopień zwilżania ciała stałego przez ciecz.

Ciecz o napięciu powierzchniowym mniejszym rozlewać będzie się po powierzchni cieczy/ciała stałego o większym napięciu powierzchniowym (zjawisko odwrotne jest niemożliwe).

W przypadku adsorpcji cząsteczek związków powierzchniowo czynnych na powierzchni ciała stałego może ulec zmianie zdolność zwilżania powierzchni. Następuje częściowa hydrofilizacja powierzchni hydrofobowej lub odwrotnie, a wielkość kąta zwilżania zależy od własności ZPCz i ich stężenia w roztworze.

Czyste ciecze nie tworzą pian trwałych (piana ma własności gazu). Zdolność do wytwarzania piany jest jedną z głównych własności roztworów substancji powierzchniowo czynnych. Piana umożliwia usuwanie powierzchni hydrofobowych przez zmianę jej właściwości, a następnie usunięcie z roztworu.

IV. Klasyfikacja środków powierzchniowo czynnych:

1. Związki anionowe (mydła alkaliczne, metaliczne, aminowe):

• kw. karboksylowe,

• siarczany,

• alifatyczne kw. sulfonowe,

• alkiloaromatyczne kw. sulfonowe,

• mieszane hydrofilowe grupy anionowe.

2. Związki kationowe:

• sole amin,

• czwartorzędowe związki amoniowe,

• inne zasady azotowe.

3. Związki niejonowe:

• etery z grupami zwiększającymi rozpuszczalność,

• estry,

• amidy,

• pochodne zawierające kilka grup funkcyjnych.

4. Związki amfolityczne:

• związki zawierające grupy aminowe i karboksylowe,

• związki zawierające grupy aminowe i siarczanowe (estrowe),

• związki zawierające grupy aminowe i alkilowe kw. sulfonowe,

• związki zawierające grupy aminowe i aromatyczne kw. sulfonowe,

• związki zawierające inne kombinacje grup kwasowych i zasadowych.

5. Emulgatory nierozpuszczalne w wodzie.

---