Поверхностно-активные вещества

Как смешать несмешиваемое, например воду с маслом? Чтобы соединить несоединяемое, нужен посредник. Ему совсем не обязательно глубоко проникать в массу того и другого вещества, достаточно распределиться равномерным, хотя бы мономолекулярным, слоем на поверхности их соприкосновения. Такие посредники, вещества, способные накапливаться на межфазной поверхности соприкосновения двух тел, называются поверхностно-активными.

Стирка — самый наглядный пример применения поверхностно-активных веществ. Но еще шире используются они в промышленности. Приготовить смазку из разнородных компонентов, распределить полярный наполнитель в неполярном полимере (см. Полимеры), отделить ценную руду от пустой породы — ни одну из этих технических задач не удалось бы решить, если бы люди не умели пользоваться поверхностно-активными веществами.

Простейшее из таких веществ — обычное мыло, т. е. натриевые и калиевые соли высших карбоновых кислот, например стеариновой С17Н35СООН или олеиновой С17Н33СООН; их получают гидролизом (омылением) природных жиров под действием водных растворов щелочей. Уже давно научились получать моющие средства (они же — поверхностно-активные вещества) действием серной кислоты на природные масла. Французский химик Э. Фреми первым приготовил такие препараты в 1831 г. из оливкового и миндального масел. В конце XIX в. русский химик Г. С. Петров действием серной кислоты на продукты переработки нефти получил поверхностно-активные вещества — алкилсульфонаты, которые широко применяются и по сей день. И наконец, в середине XX в. к списку основных поверхностно-активных добавились органические вещества с общей формулой:

C_nH_2n+1-CH₄-O(-CH₂CH₂O-)_x-CH₂CH₂OH

Для всех применяемых сейчас поверхностно-активных веществ характерно дифильное строение молекул: в каждой молекуле содержатся атомные группы, сильно различающиеся по характеру взаимодействия с окружающей средой. Так, один или несколько углеводородных радикалов в молекуле имеют химическое сродство к углеводородам и маслам, т. е. отличаются олеофильностью. Другая часть молекулы имеет сродство к воде, т. е. характеризуется гидрофильностью. Слабо взаимодействующие с водой олеофильные группы определяют стремление молекулы к переходу из водной (полярной) среды в углеводородную (неполярную). Гидрофильные группы атомов, наоборот, удерживают молекулу в полярной среде. Именно поэтому такого рода вещества и могут играть, например, роль посредников между водой и маслом.

По типу гидрофильных групп поверхностно-актив-ные вещества делят на ионные, или ионогенные, и неионные, или неионогенные. Ионные поверхностно-активные вещества распадаются в воде на ионы, одни из которых обладают поверхностной активностью, другие — неактивны. Если активны анионы, поверхностно-активные вещества называют анионными; если активны катионы, эти вещества называются катионны-ми. Анионные поверхностно-активные вещества — это органические кислоты и их соли; катионные — основания и их соли.

В зависимости от назначения и химического состава поверхностно-активные вещества выпускают в виде твердых продуктов (кусков, хлопьев, гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей).

Важнейшие области применения поверхностно-активных веществ: производство мыл и моющих средств, текстильно-вспомогательных веществ, используемых для обработки тканей, лакокрасочной продукции. Поверхностно-активные вещества используются во многих технологических процессах химической, нефтехимической, химико-фармацевтической, пищевой промышленности.

Общую теорию действия поверхностно-активных веществ разработал советский физико-химик академик П. А. Ребиндер (см. Коллоидная химия).