Для интерпретации адсорбции ПАВ на молекулярном уровне необходимо анализировать результаты измерений в рамках определенной теоретической модели. Параметры, получаемые при таком анализе, в дальнейшем можно использовать для сравнения адсорбционных свойств различных ПАВ и для предсказания адсорбции в новых системах. Обычно анализ адсорбции ПАВ проводят на основе уравнения Ленгмюра. Это уравнение выполняется при соблюдении следующих условий:
Рис.3. Зависимость концентрации раствора ПАВ в вытекающем из ячейки потоке от объема элюирования и соответствующая изотерма адсорбции ПАВ
1) Поверхность однородна.
2) Поверхностно-активное вещество адсорбируется с образованием одного монослоя.
3) Отсутствуют взаимодействия между молекулами ПАВ и растворителя и взаимодействия молекул ПАВ между собой.
4) Молекулы ПАВ и растворителя имеют одинаковые площади поперечного сечения.
Первые два условия вполне очевидны, а два других - нет. Было показано, что учет взаимодействий и площади поперечного сечения ПАВ приводит к нивелирующим друг друга отклонениям от уравнения Ленгмюра. Таким образом, удовлетворительное описание изотерм адсорбции ПАВ уравнением Ленгмюра в известной мере случайно. Уравнение Ленгмюра можно вывести следующим простым способом. Пусть скорость адсорбции равна
где С - равновесная концентрация ПАВ в растворе,© - доля поверхности, занятая молекулами ПАВ, ка - константа скорости. Аналогичным образом скорость десорбции записывается как
где kd - константа скорости десорбции. При равновесии скорости адсорбции и десорбции равны и тогда
или
где А' - константа равновесия. Уравнения и называются уравнениями Ленгмюра. Константа равновесия К описывает распределение ПАВ между поверхностной фазой и фазой раствора.
Это становится понятным, если рассмотреть уравнение Ленгмюра при бесконечно малых концентрациях:
Таким образом, низкие значения К указывает на слабую адсорбцию, а высокие - на сильную адсорбцию адсорбата. Свободная энергия адсорбции GadS связана с константой К уравнением
Долю поверхности, занятую молекулами ПАВ, определяют исходя из предположение о мономолекулярной адсорбции. В этом случае полное заполнение поверхности достигается при больших равновесных концентрациях в растворе.
Доля поверхности, занятая молекулами адсорбата, определяется соотношением
где Г - количество адсорбированного вещества, Tmax - предельная адсорбция, отвечающая полностью заполненному монослою.
Уравнение с учетом уравнения можно переписать в виде:
Зависимость 1/Г от 1/И позволяет определить Tmax и К по отрезку, отсекаемому на оси ординат, и по наклону прямой соответственно. Таким образом, из измеренных изотерм адсорбции определяют константы уравнения Ленгмюра Tmax и К, а также свободную энергию адсорбции AGads.
Альтернативным вариантом анализа является рассмотрение адсорбции ПАВ на твердой поверхности как его распределение между двумя фазами - поверхностной фазой и объемом раствора. При этом устанавливается равновесие между двумя фазами для молекул ПАВ и воды.
Следовательно,
Прочие статьи:
Поступление соединений фтора в организм и их метаболизм
Соединения фтора содержатся в питьевой воде, почве (80–100 млн 1), воздухе (0,1–1,3 мкг/м3) и в различной концентрации в продуктах питания. Например, содержание фторидов в питьевой воде в Германии составляет 0,02–1,8 мг/л. Лишь в нескольк ...
ДНК-зависимые РНК-полимеразы
В соответствии с субъединичным составом РНК-полимеразы подразделяются на две группы. К первой группе относятся ферменты, состоящие только из одной субъединицы, среди них – РНК-полимеразы митохондрий и небольших бактериофагов, например SP6 ...
Организм лягушки сам создает токсины
Исследователи обнаружили австралийскую ядовитую лягушку, которая создает свой собственный токсин, а не получает его из пищи. Это первое позвоночное, которое производит свои собственные алкалоиды. качество, которым обычно обладают только р ...