11.7. Солюбилизация
Солюбилизация маңызды коллоидтық-химиялық үрдістерге жатады. Солюбилизация дегеніміз сұйық дисперсиялық ортада ерімейтін заттардың мицеллалардағы еруі. Сондықтан солюбилизацияны коллоидтық ерігіштік деп те атайды. Тура мицеллалар полярсыз заттарды, ал кері мицеллалар полярлы заттарды солюбилизациялайды. Мицеллада еріген затты солюбилизат деп атайды.
Солюбилизация солюбилизат пен беттік-активті заттың табиғаты мен концентрациясына тәуелді.
Солюбилизация БАЗ-дың концентрациясы оның МТКК-сынан жоғары С>СМТКК болған жағдайда байқалады.
Солюбилизацияның сандық сипаттамасы ретінде солюбилизациялық сыйымдылық алынады:
, (11.17)
мұндағы ns – мицелладағы солюбилизаттың моль саны; пБАЗ – мицелла түзетін БАЗ-дың моль саны.
Солюбилизацияланған зат мөлшерінің БАЗ концентрациясына тәуелділігінің сызықты түрде болуы солюбилизациялық сыйымдылықтың тұрақты болатынын көрсетеді. Бұл сфералық мицеллаларға тән. Солюбилизацияға қабілеттілігі БАЗ-дардың гидрофильді-липофильді балансына (ГЛБ) байланысты - жақсы солюбилизаторлардың ГЛБ сандары 10-15 аралығында жатыр.
Мицеллалардың солюбилизациялау қабілеті бірнеше факторларға тәуелді. Мысалы, алкандардың солюбилизациясы сфералық мицеллаларға қарағанда цилиндрлік мицеллаларда жақсы жүреді. Тура мицелладағы полярсыз заттың солюбилизациясы мицелланың ұзарып, эллипсоид түрінен цилиндрлік күйіне айналуына әкеліп соғады (28-сурет). Бірақ, полярлы топтары бар заттар (мысалы, спирттер) цилиндрлік мицеллаларда нашар солюбилизацияланады. Солюбилизаттың мицелладағы орналасуы оның табиғатына байланысты. Қаныққан көмірсутектер мицелланың ядросында шоғырланады. Ароматтық қосылыстар, БАЗ-дың табиғатына қарай, мицелланың ядросы мен қабығының арасында орналасады. Мысалы, катиондық БАЗ-дың мицеллаларында бензол оның сыртқы қабығына жақын, ал аниондық БАЗ мицеллаларында ядрода шоғырланады. Кері мицеллалардың ядросында су жиналады.
Полярлы топтары бар заттар (қысқа тізбектері спирттер) мицелла қабығына жақын полярлы топтарын мицелладан шығарып орналасады. Бұл жүйелердің сыйымдылығы 5-ке жуық болады.
Солюбилизация жеке де, аралас та мицеллаларда жүреді. Кейбір заттардың (циклогексан, гексан, додекан және т.б.) солюбилизациясы жеке БАЗ-дардың мицеллаларына қарағанда, аралас мицеллаларда тиімді өтеді. Яғни бұл жағдайда БАЗ қоспаларының синергизмі байқалады.
Полярлы заттардың (спирттердің) солюбилизациясы, керісінше, аралас мицеллаларда нашар жүреді.
Солюбилизацияның теориялық қарастыруының негізгі мақсаты солюбилизациялық сыйымдылықты есептеу. Ол үшін келесі үлгіні пайдаланады. Тура мицелланың ядросын полярсыз сұйық фаза ретінде қарастырады. Термодинамикалық тепе-теңдік шарты бойынша, мицеллалардағы (μт) және жеке сұйық фазаны құрайтын (μс) солюбилизаттың химиялық потенциалдары бір-біріне тең болу керек:
, (11.18)
мұндағы - солюбилизаттың стандарттық химиялық потенциалы.
Сфералық мицелла капиллярлық қысымның әсерінде болады: pc = 2σ/r (мұндағы σ – мицелла мен дисперсиялық ортаның шекарасындағы беттік керілу; r – мицелла қабығының радиусы). Яғни мицелладағы заттың стандарттық химиялық потенциалы көлемдік фазаға қарағанда үлкен болады:
, (11.19)
мұндағы Vm – солюбилизаттың мольдік көлемі.
(11.18)- және (11.19)-теңдеулерден солюбилизациялық сыйымдылықты анықтайтын формула шығады:
. (11.20)
Бұл теңдеу, мицеллалардың солюбилизациялық сыйымдылығымен қатар, БАЗ ерітінділерінің беттік керілуін анықтауға мүмкіндік туғызады.
Келесі маңызды мәселе - 1 моль солюбилизатты макрофазадан мицеллаға ауыстыру жұмысымен анықталатын солюбилизацияның энтальпиясын (ΔНs) есептеу. Мұндай есептеу мицелла түзілудің квазихимиялық үлгісіне негізделеді. МТКК-ның температуралық тәуелділігіне ұқсас солюбилизацияның энтальпиясы келесі теңдеу арқылы анықталады:
. (11.21)
Теориялық және практикалық жағынан солюбилизацияның маңызды параметрі болып үрдістің жылдамдығы есептеледі. Оны уақыт бірлігіндегі ерітіндінің аудан бірлігінен мицеллаға ауысқан солюбилизаттың мөлшерімен сипаттайды. БАЗ концентрациясының артуымен солюбилизация жылдамдығы өседі. Ионсыз БАЗ-дардан түзілген мицеллалардағы солюбилизация жылдамдығы температураның артуымен өседі.
Солюбилизацияны эмульсиялық полимеризацияда, мицеллалық катализде, мұнай өндіруде және т.б. мақсаттарда кеңінен қолданады.
Достарыңызбен бөлісу: |
