Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Рис. 1. Если большую каплю масла поместить в не смеши­вающуюся с ним жидкость равной плотности, например смесь воды со спиртом, то по закону Архимеда капля масла станет невесомой. Такая капля принимает форму шара. Отдельные капельки масла сливаются в одну большую.

тов, например соединений редких металлов. Вещества улавливаются на поверхности адсор­бентов — тонкопористых тел, пронизанных мельчайшими открытыми каналами. Таковы специально приготовленные активные угли, или силикагели; их получают обезвоживанием студ­ней кремнекислоты. Поверхность одного грам­ма таких высокодисперсных адсорбентов до­стигает 1000 м2! Адсорбенты применяют и как катализаторы — ускорители химических реак­ций. Молекулы веществ, активируясь на поверх­ности в порах адсорбента, легче реагируют друг с другом, и скорость реакции повышается во много раз. Именно так действуют катализаторы при получении аммиака, серной кислоты и в других важнейших химических производствах. Главная роль поверхностно-активных веще­ств в том, что они сильнейшим образом изме­няют свойства поверхности тел и условия взаи­модействия этих тел. Для этого требуется очень мало поверхностно-активного вещества — столь­ко, чтобы покрыть поверхность адсорбента сло­ем в одну молекулу. При самой плотной упа­ковке молекула этого слоя занимает площадку в виде квадратика со стороной около 4,5Е. Следовательно, площадь, занимаемая молеку­лой, равна (4,5•10-8)2=20•10-16см2. Значит, на

1 м2 приходится 104/(20•10-16) молекул. Но из­вестно, что грамм-молекула (моль) любого веще­ства содержит 6•1023 молекул (число Авогадро); таким образом, на 1 м2 приходится около 10-5 моля вещества. Если молекулярный вес этого вещества около 300, то, чтобы покрыть 1 м2 поверхности мономолекулярным слоем, потре­буется около 3 мг поверхностно-активного ве­щества .

Свойства адсорбционных слоев помогают нам управлять технологическими процессами: отмывать загрязнения с любых материалов,

приготовлять устойчивые суспензии и эмуль­сии или, наоборот, быстро их разрушать, делать поверхности смачиваемыми или, наоборот, не смачиваемыми водой. Поверхностно-активные вещества позволили разработать флота­цию — эффективный метод обогащения полезных ископаемых, т. е. отделения их ча­стиц от пустой породы. Частицы ценного мине­рала, сделавшись благодаря тончайшему адсорб­ционному слою несмачиваемыми, при переме­шивании в воде прилипают к пузырькам возду­ха и выносятся ими наверх, в пену, а хорошо смачиваемые частицы породы остаются в воде и оседают на дно. Флотационные процессы помогают добывать свинец, цинк, медь, золото, платину и все редкие и ценные металлы, обо­гащать фосфориты, серу, уголь, железную руду, использовать самые бедные руды, которые пре­жде невыгодно было разрабатывать. Во всем мире на огромных флотационных фабриках обогащаются ежегодно миллионы тонн руд­ных и нерудных ископаемых.

С помощью поверхностно-активных веществ можно делать несмачиваемыми ткани и волокна. Они остаются пористыми, пропускают пары, «дышат», но не впитывают и не пропускают воду.

 

КАК ПОСТРОЕНЫ МОЛЕКУЛЫ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Молекулы поверхностно-активных веществ состоят из двух частей, связанных химиче­скими силами, но с противоположными свой­ствами: из гидрофильной полярной группы (гидроксильной, карбоксильной или амино­группы) и гидрофобной длинной неполярной углеводородной цепи. Полярная группа — ис­точник сил притяжения. Углеводородная же цепь слабо притягивает другие молекулы. Недаром предельные углеводороды назвали парафинами (в переводе с латинского — слабое сродство). Молекулы притягиваются своими полярными группами к твердым поверхностям, а углеводородные цепи этих молекул торчат наружу, покрывая их поверхность гидрофоб­ной пленкой (рис. 2).

Растворите в воде капельку поверхностно-активного вещества — спирта или жирной кис­лоты. На воде образуется молекулярный адсор­бционный слой. Гидрофильные полярные груп­пы останутся в воде, углеводородные же цепи из-за сильного притяжения молекул воды друг

415