Kievuz

Лабораторная работа ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

Содержание

Гост р 50595-93 вещества поверхностно-активные. метод определения биоразлагаемости в водной среде

Лабораторная работа ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

ГОСТ Р 50595-93

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЕЩЕСТВА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМОСТИ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

ГОССТАНДАРТ РОССИИ

Москва

Предисловие

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 193 «Кислоты жирные синтетические, высшие жирные спирты, поверхностно-активные вещества»

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕПостановлением Госстандарта России от 28.09.93 № 216

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ

1 область применения . 12 нормативные ссылки . 23 определения, обозначения и сокращения . 24 принцип метода . 35 средства измерений. Вспомогательные устройства, реактивы и материалы .. 46 определение биоразлагаемости поверхностно-активных веществ . 4Приложение а Модель аэротека-отстойника . 10Приложение б Схема установки для определения биоразлагаемости поверхностно-активных веществ непрерывным методом .. 11Приложение в Программа расчета показателей биоразлагаемости пав .. 11Приложение г Форма заключения по результатам определения показателей биоразлагаемости пав в водной среде . 15Приложение д Примеры определения биоразлагаемости поверхностно-активных веществ . 15Приложение е Методы анализа, используемые при определении показателей биоразлагаемости пав .. 17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЕЩЕСТВА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ

Метод определения биоразлагаемости в водной среде

Surface active agents. Method for determination of

biodegrxdability in aqueous medium

Дата введения 1995-01-01

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на метод определения биоразлагаемости поверхностно-активных веществ (далее — ПАВ) и устанавливает условия, приемы и метод определения их биоразлагаемости как таковых, так и в составах бытовых и технических препаратов.

Стандарт распространяется на анионные, неионогенные, катионные (кроме четвертичных солей аммония) и амфолитные ПАВ, а также их композиции.

Стандарт не распространяется на методы оценки токсичности ПАВ по отношению к водным микроорганизмам.

Поверхностно-активные вещества при попадании в водную среду разлагаются с различной скоростью под воздействием физико-химических и биохимических факторов в зависимости от условий среды и вида ПАВ.

Метод позволяет устанавливать кинетические характеристики процессов биоразложения ПАВ в аэробных условиях в водной среде, а также ориентировочно-допустимый уровень содержания ПАВ в сточных водах, подаваемых в аэротенки.

Показатели биоразлагаемости ПАВ, определяемые по настоящему стандарту, учитываются при санкционировании ассортимента, объемов производства и применения ПАВ, а также при выборе условий и способов очистки сточных вод.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты и технические условия:

ГОСТ 61-75 Кислота уксусная
ГОСТ 83-79 Натрий углекислый
ГОСТ 84-76 Натрий углекислый 10-водный
ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки
ГОСТ 199-78 Натрий уксусно-кислый 3-водный
ГОСТ 450-77 Кальций хлористый технический
ГОСТ 3118-77 Кислота соляная
ГОСТ 3760-79 Аммиак водный
ГОСТ 3772-74 Аммоний фосфорно-кислый двузамещенный
ГОСТ 3773-72 Аммоний хлористый
ГОСТ 4108-72 Барий хлористый 2-водный
ГОСТ 4148-78 Железо (II) серно-кислое 7-водное
ГОСТ 4197-74 Натрий азотисто-кислый
ГОСТ 4198-75 Калий фосфорно-кислый однозамещенный
ГОСТ 4204-77 Кислота серная
ГОСТ 4208-72 Соль закиси железа и аммония двойная серно-кислая (соль Мора)
ГОСТ 4217-77 Реактивы. Калий азотно-кислый
ГОСТ 4220-75 Реактивы. Калий двухромово-кислый
ГОСТ 43 28-77 Натрия гидроокись
ГОСТ 4517-87 Реактивы. Метод приготовления вспомогательных реактивов и растворов, применяемых при анализе
ГОСТ 4523-77 Реактивы. Магний серно-кислый 7-водный
ГОСТ 58 21-78 Реактивы. Кислота сульфаниловая
ГОСТ 5845-79 Реактивы. Калий-натрий винно-кислый 4-водный
ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная
ГОСТ 9147-80 Посуда и аппаратура лабораторная фарфоровые
ГОСТ 9871-75 Термометры стеклянные ртутные электроконтактные и терморегуляторы
ГОСТ 11773-76 Реактивы. Натрий фосфорно-кислый двузамещенный
ГОСТ 13045-81 Ротаметры
ГОСТ 13805-76 Пептон сухой ферментативный для бактериологических целей
ГОСТ 19627-74 Гидрохинон
ГОСТ 20015-91 Хлороформ
ГОСТ 23519-79 Фенол синтетический технический
ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные
ГОСТ 25794.2-83 Методы приготовления титрованных растворов для окислительно-восстановительного титрования
ГОСТ 27025-86 Реактивы. Общие указания по проведению испытаний
ГОСТ 27065-86 Качество воды. Термины и определения
ГОСТ 29232-91 Анионные и неионогенные поверхностно-активные вещества. Определение критической концентрации мицеллообразования. Метод определения поверхностного натяжения с помощью пластины, скобы или кольца
ТУ 6-09-01-744-88 Фосфорно-12-вольфрамовая (7) кислота водная (фосфорно-вольфрамовая кислота)

Источник: https://znaytovar.ru/gost/2/GOST_R_5059593_Veshhestva_pove.html

Жиры и поверхностно-активные вещества

Лабораторная работа ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

Цели. Обучающие. Усвоить составы и строения жиров, мыла, поверхностно-активных веществ, рассмотреть их свойства, применение, получение.Развивающие. Закрепить и развить знания свойств органических соединений, умение прогнозировать свойства на основе строения. Расширить представления о научных методах познания – анализе и синтезе.Воспитательные. Продолжить формирование научного мировоззрения, убеждений о познаваемости и единстве мира, бережного отношения к окружающей среде и собственному организму.Реактивы и оборудование. На столах учащихся в склянках под номерами растительное масло и машинное масло, раствор KMnO4, стиральный порошок, индикаторная бумага, жесткая вода, чашка с дистиллированной водой, спичка, пробирки, стаканчики.

Повторение строения и свойств изученных органических соединений

Найдите в правом столбце общие формулы веществ, названия которых записаны слева (запись на доске):Приведите конкретные примеры и назовите вещества.Актуализация знаний. Работа по картам с вариантами заданий (таблица). Среди приведенных формул найдите формулы кислот (оценивается в 3 балла); затем найдите формулы непредельных кислот (оценка возрастает до 4 баллов); назовите кислоты (5 баллов).(Учащиеся оформляют ответы на программированное задание и сдают на проверку.)

Объяснение нового материала

Учитель. Возможно, что, покупая стиральный порошок, вы обращали внимание на надписи, среди которых можно прочесть «ПАВ». Что это такое? Это аббревиатура общего названия – «поверхностно-активные вещества». Познакомимся с ними поближе. Перед вами чашка с водой. Поместите туда спичку так, чтобы она плавала на поверхности.

Коснемся заостренным концом мыла поверхности воды сбоку от спички. Спичка двигается в сторону от мыла. Это происходит потому, что поверхностное натяжение воды больше, чем мыльной. С разных сторон на спичку действуют разные силы – она движется в сторону от большей силы поверхностного натяжения.

Поверхностный слой дистиллированной воды находится в натянутом состоянии, подобно упругой пленке. При добавлении мыла и некоторых других растворимых в воде веществ поверхностное натяжение воды уменьшается. Мыло и другие моющие вещества относят к поверхностно-активным веществам.

Они уменьшают поверхностное натяжение воды, усиливая тем самым моющие свойства воды. Разберемся в этом более подробно.

Мыло – это натриевая соль стеариновой кислоты. Назовите по систематической номенклатуре и составьте формулу этого вещества.

(Это стеарат натрия – С17Н35СООNa.)

Таблица

Карты с вариантами заданий

Чтобы ответить на вопрос, почему мыло моет, надо разобраться в строении стеарата натрия. Его молекула, а также молекулы других синтетических моющих средств (СМС) имеют длинный неполярный углеводородный радикал (обозначен ломаной линией) и небольшую полярную часть:

Молекулы ПАВ на пограничной поверхности располагаются так, что гидрофильные группы направлены в воду, а гидрофобные выталкиваются из нее. В результате поверхность воды покрывается частоколом из молекул ПАВ.

Такая водная поверхность имеет меньшее поверхностное натяжение, что способствует быстрому и полному смачиванию загрязненных поверхностей. Уменьшая поверхность натяжения воды, мы увеличиваем ее смачивающую способность.

Рассмотрим рисунок, иллюстрирующий процесс стирки.

Покрытая молекулами ПАВ частица отделяется от поверхности ткани и в виде эмульсии или суспензии уходит в раствор. Промышленность выпускает множество различных СМС-детергентов (моющих средств). Чтобы правильно пользоваться этими средствами, надо знать, что разные средства образуют разную среду. Почему?

Ученик. Мыло гидролизуется:

С17Н35СООNa + HOH С17Н35СООH + NaOH.

Поэтому мылом нельзя стирать шерсть и натуральный шелк, т. к. при этом белок, из которого эти волокна состоят, сворачивается и ткань «садится».
Учитель. Существуют другие СМС, имеющие нейтральную или слабокислую среду, например: 

*Неионогенные СМС не диссоциируют в воде на ионы.

Итак, пришло время исследовать моющие вещества, понаблюдать их моющее действие в обычной и жесткой воде. Выполним лабораторный опыт. Описание опыта есть в учебнике. Какие из моющих средств – мыло, стиральный порошок, жидкое СМС – можно использовать дли стирки шерсти и шелка? Почему мыло теряет моющую способность в жесткой воде, а шампунь нет?

Ученик. Стеарат-ион образует с ионами кальция нерастворимую соль:

2С17Н35СОО– + Са2+ = Са(С17Н35СОО)2.

СМС образуют растворимые соли кальция, которые также обладают поверхностно-активными свойствами.
Учитель. Послушаем сообщение об экологических последствиях использования ПАВ. (Ученик рассказывает заранее подготовленное сообщение.)

Ученик. Многие ПАВ трудно поддаются биологическому разложению. Поступая со сточными водами в реки и озера, они загрязняют окружающую среду.

В результате образуются целые горы пены в канализационных трубах, реках, озерах, куда попадают промышленные и бытовые стоки. Использование некоторых ПАВ приводит к гибели всех живых обитателей в воде.

Почему раствор мыла, попадая в реку или озеро, быстро разлагается, а некоторые ПАВ нет? Дело в том, что мыла, полученные из жиров, содержат неразветвленные углеводородные цепи, которые разрушаются бактериями.

В то же время в состав некоторых СМС входят алкилсульфаты или алкил(арил)сульфонаты с углеводородными цепями, имеющими разветвленное или ароматическое строение. Такие соединения бактерии «переварить» не могут. Поэтому при создании

новых ПАВ необходимо учитывать не только их эффективность, но и способность к биологическому распаду – уничтожению некоторыми видами микроорганизмов.

Учитель. Мылом как моющим средством люди пользуются давно. Уже в XIII в. в России были мыловарни, а в ряде европейских стран и того раньше. Домохозяйки во многих странах, а в США вплоть до 20-х гг. ХХ в.

варили жир, смешав его со щелоком (выпаривали водную вытяжку из золы и получали щелок), т. е. подвергали жир щелочному гидролизу. В России в это время мыловарение было прибыльной мануфактурой.

В лавках вовсю торговали керосином, мылом и другими химическими товарами.

Чтобы понять, как из жира получить мыло, надо знать строение жиров. Из чего состоят жиры и масла, какими свойствами они обладают? Для выяснения строения существует два метода – анализ и синтез. Вспомните, как выясняли строение Н2О:

а) 2Н2О = 2Н2 + О2 (анализ);
б) 2Н2 + О2 = 2Н2О (синтез).

Чтобы выяснить строение жиров, можно поступить подобным образом. Какой процесс будет являться синтезом, а какой – анализом?
Ученик. При анализе надо разложить жир на составные части.
Учитель.

Какой процесс будет являться синтезом?
Ученик. Получение жира из составных частей. Учитель проводит демонстрацию гидролиза жира: в чашку поместить 10 г маргарина и 24 мл 20%-го раствора NaOH, прилить 7 мл этанола и кипятить 20 мин.

Пока идет реакция, учитель продолжает урок.

Учитель. Откройте учебники и прочитайте, какие ученые внесли вклад в установление структуры жиров.

Ученик. М.Шеврель (1817) установил, что жиры расщепляются и образуют глицерин и различные карбоновые кислоты. М.Бертло (1854) синтезировал жир из глицерина и карбоновых кислот. По происхождению жиры подразделяют на растительные и животные. (Учащиеся приводят примеры растительных и животных жиров.) По агрегатному состоянию жиры бывают жидкие – растительные масла и твердые – животные жиры. Исключение составляют кокосовое масло (твердое) и рыбий жир (жидкий).

Учитель. Что происходит с жирами в организме?

Ученик. Жиры гидролизуются и образуют карбоновые кислоты и глицерин, а затем из этих веществ образуются жиры, свойственные данному живому организму.
Учитель. В состав жидких жиров почти целиком входят непредельные карбоновые кислоты – олеиновая С17Н33СООН, линолевая С17Н31СООН, линоленовая С17Н29СООН, арахидоновая С18Н32СООН. Эти кислоты незаменимые. Именно они способствуют окислению твердых жиров в организме, который не может их синтезировать. Такие кислоты должны поступать в организм вместе с пищей. В состав твердых жиров входят остатки предельных карбоновых кислот: стеариновой С17Н35СООН и пальмитиновой С15Н31СООН. Вернемся к нашему опыту и испытаем полученную смесь на содержание в ней продуктов гидролиза. Как убедиться в том, что жир прореагировал с гидроксидом натрия? Какое вещество легко определить в продуктах гидролиза?

Ученик. Можно определить глицерин с помощью гидроксида меди(II).

Учитель. К пробе прильем раствор CuSO4, а затем раствор NaOH. Что наблюдаем?
Ученик. Мы обнаружили глицерин, т. к. раствор окрасился в фиолетовый цвет.
Учитель. В общем виде процесс гидролиза можно записать так:

Пользуясь этой схемой, составим уравнение реакции гидролиза жира тристеарина:

Учащиеся составляют уравнение самостоятельно.
Учитель. Какой это метод исследования вещества – анализ или синтез?
Ученик. Анализ.
Учитель. Составьте уравнение реакции синтеза жира.
Учащиеся составляют уравнение в общем виде:

Учитель. Если жидкий жир подвергнуть гидрированию, т. е. с помощью катализатора присоединить водород по двойным связям, то получится твердый жир, называемый саломасом.

Его используют для получения мыла и маргарина. Чтобы получить маргарин, к саломасу добавляют сливочное масло, молоко, витамины.

Почему растительные масла имеют короткий срок хранения по сравнению с твердыми жирами?

Ученик. В составе масел имеются -связи, по которым могут происходить реакции окисления.

Учитель. Почему нельзя употреблять пережаренную пищу?
Ученик. Возможно, что по -связям происходят какие-то превращения.
Учитель. Какие реакции характерны для непредельных соединений?
Ученик. По -связям происходят реакции присоединения и окисления.
Учитель. В результате разрыва -связей при высокой температуре образуются свободные радикалы, которые способны вызвать процессы старения в организме, а также происходит образование канцерогенных полиароматических соединений. Сейчас по имеющимся у вас картам найдите формулы жиров. Какие из них твердые, а какие жидкие? Почему? Решите задачу (на выбор). 1. Вычислить объем водорода (н. у.), необходимого для гидрирования 5 моль жира состава II – 4, V – 6 (см. карты с вариантами заданий).

2. Вычислить массу стеарата натрия, полученного при щелочном гидролизе 3 моль жира состава I – 2.

Домашнее задание. По учебнику Г.Е.Рудзитиса и Ф.Г.Фельдмана «Химия-10»
(М.: Просвещение, 1991) § 42, упр. 14–16, с. 123.

Литература

Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия-10. М.: Просвещение, 1991
Артеменко А.И., Тикунова И.В. Органическая химия. Пробный учебник для 10–11 классов. М.: Просвещение, 1993;
Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? М.: Просвещение, 1971;
Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М.: Мир, 1993.

Т.В.ИМЕДЕЕВА, учитель химии

(г. Тында, Амурская обл.)

Источник: https://him.1sept.ru/article.php?ID=200302810

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Лабораторная работа ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – это огромнейшая группа веществ, способная снижать поверхностное натяжение на границе не растворяющихся друг в друге веществ, облегчая их смешивание.

В косметике это пенящиеся и моющие компоненты шампуней и моющих лосьонов, вещества, создающие однородные кремообразные системы в кремах, красителях, масках, кондиционерах, стабилизаторы красителей и бактерицидные добавки в дезодорантах.

Химически это совершенно разнообразная группа веществ, но общим является следующее: если хотя бы два вещества не растворяются друг в друге как, например, масло с водой, то добавление ПАВ их смешивает и образует однородную жидкость.

Это очень ярко видно в случае мытья посуды: жир на поверхности тарелок очень виден и ощутим, но вода, особенно холодная, стекает по жиру, практически не смывая его.

Стоит налить хоть немного моющего средства на тарелку, содержащего поверхностно-активные вещества и равномерно нанести его – как тут же вода будет стекать, унося за собой остатки жира.

Жир, как и масло не растворяются в воде и нанесение ПАВ просто помогло маслу смешаться с водой, создавая эффект «растворения». На самом деле масло с тарелки превратилось из равномерного слоя на поверхности в тысячи мельчайших капелле масла, окруженных слоем ПАВ, которые вода легко унесла с собой с поверхности тарелки.

У молекулы поверхностно-активного вещества есть две отличительные части: голова и хвост. Голова молекулы ПАВ — является гидрофильной — любящей воду, а хвост — липофильным (любящим масло) и гидрофобным (боящимся воды).

Когда такая молекула попадает в воду с каплями масла, то хвост поверхностно-активного вещества старается уйти из воды и расположится либо в масле, либо в воздухе, а голова напротив располагается в воде.

Таким образом молекула рас полается так раз на границе воды и масла и создает эмульсию.

Типы поверхностно-активных веществ

В зависимости от химической природы различают: анионные, катионные, амфотерные и неионные (неионогенные) поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Анионные поверхностно-активные вещества

Анионные поверхностно-активные вещества (с отрицательно заряженной – головкой) —  наиболее широко используемые моющие компоненты в косметике. Они недорогие, легки в приготовлении, и хорошо очищают. Кроме этого они легко смываются от волос, не образуя пленок и налета.

Их моющий эффект одинаков как в холодной так и в горячей воде. Основной недостаток анионных ПАВ – в том, что они могут раздражать кожу. Для снижения раздражения в составы зачастую добавляют другие группы поверхностно-активных веществ.

Анионные ПАВ — это основные моющие компоненты шампуней, для получения эффекта эмульгирования их добавляют в красители.

Катионные поверхностно-активные вещества

Катионные поверхностно-активные вещества (с положительно заряженной головкой) — более слабые, как моющие вещества, чем анионные, и плохо вспениваются.

Однако катионные ПАВ хорошо проявляют себя как кондиционирующие вещества для волос, придавая мягкость и послушность волосам. Они могут снимать отрицательный заряд с волос, чем обеспечивают антистатический эффект.

Катионные ПАВ «утяжеляют» волос, делая его более послушным, облегчая расчесывание и укладку.

Так как катионные ПАВ имеют заряд противоположный анионным ПАВ, то ранее они не смешивались.

Сейчас есть возможность компоновать их в одном флаконе, благодаря этому катионные ПАВ смягчают агрессивное действие шампуней, а в применении в качестве кондиционера могут нейтрализовать агрессивный эффект.

Катионные поверхностно-активные вещества наиболее часто встречаются в кондиционерах и масках для волос, так же шампунях для окрашенных волос и шампунях 2-в-1. Так же их можно встретить в детских шампунях «без слез», так как они не вызывают раздражения глаз.

Амфотерные поверхностно-активные вещества

Амфотерные поверхностно-активные вещества могут содержать положительную или отрицательную группу в зависимости от рН. При этом они могут вести себя как катионные ПАВ при более низких значениях рН и анионные – при более высоких значениях рН.

Пена этих поверхностно-активных веществ умеренная и придает управляемость волосам. Кроме этого группа амфотерных ПАВ минимально раздражает кожу головы и способна снимать уже имеющееся раздражение.

Амфотерные ПАВ в сочетании с анионными улучшают пенообразующую способность и повышают безвредность рецептур, а при соединении с катионными полимерами усиливают положительное воздействие кондиционирующих добавок, таких как силиконы и полимеры, на волосы и кожу.

Анионные ПАВ получают из натурального сырья, поэтому это достаточно дорогие компоненты.
Амфотерные ПАВ можно встретить в шампунях для детей (не раздражают глаза), специальных шампунях для поврежденных и тонких волос, шампунях 2-в-1, красках для волос, окислителях, а так же масках и кондиционерах.

Неионные поверхностно-активные вещества

Неионные поверхностно-активные вещества, вторая самая популярная группа ПАВ после анионных поверхностно-активных веществ, обладают полярными головками.

Они являются самыми мягкими из всех поверхностно-активных веществ и используются в комбинации с анионными поверхностно-активными веществами как вторичный очиститель, а так же загуститель и стабилизатор пены.

Неионные ПАВ встречаются практически во всей косметике для волос, так как хорошо компонуются со многими веществами.

Источник: http://haircolor.org.ua/obshchie-ponyatiya/sovsem-chut-chut-nauki/65-poverhnostno-aktivnyie-veschestva-pav.html

Определение поверхностно-активных веществ (Лабораторная работа)

Лабораторная работа ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

Цель работы: определение поверхностно активных веществ в воде, загрязненной бытовыми стоками.

Под поверхностно-активными веществами (ПАВ) подразумеваются вещества, которые входят в состав моющих средств. Это одна или несколько групп поверхностно-активных агентов и несколько связывающих компонентов.

Первые уменьшают поверхностное натяжение жидкости, в которой они растворяются и образуют стабильную эмульсию или суспензию с частицами удаляемых загрязнений.

Связывающие компоненты снижают жесткость воды за счет образования с водой щелочного раствора, в котором моющие свойства поверхностно-активных групп особенно эффективны. Поверхностно-активные агенты могут быть анионоактивными, катионоактивными и неионогенными.

Гидрофильные волокна (хлопок, шерсть, шелк) очищаются анионоактивными агентами. Полиамидные и полиэфирные волокна гидрофобны, они лучше очищаются в присутствии неионогенных веществ.

Анионоактивные ПАВ начали применяться раньше других и до сих пор они являются основными ПАВ. В качестве связывающих компонентов наиболее часто применяют смеси полифосфатов с триполифосфатом натрия (Na5P3O10).

Активный связывающий агент ион (P3O105-) взаимодействует с ионами Ca2+ и Mg2+ в воде и в твердых загрязнениях.

Поверхностно-активные и связывающие агенты, попадая в водоем, загрязняют воду, причем скорость их разложения в воде низкая. Поэтому снижается эффективность работы биологических фильтров и отстойников — из-за стабилизации коллоидных суспензий.

Сточные воды с ПАВ образуют пену, в которой концентрируются микробы, в том числе и болезнетворные. Полифосфатные связывающие агенты в воде гидролизуются, образуя монофосфаты, т.е. поставляют биогенный элемент фосфор в водоем, вызывая тем самым разрастание водных растений с последующим отмиранием, сопутствуя эвтрофикации водоема.

Предельно допустимая концентрация большинства анионоактивных веществ в воде водоемов 0,5 мг/л.

Метод определения основан на взаимодействии анионоактивных веществ с метиленовым синим с последующим образованием растворимого в хлороформе окрашенного соединения.

Это соединение экстрагируют в щелочной среде, промывают кислым раствором метиленового синего, чем устраняется мешающее влияние хлоридов, нитратов, роданидов и белков.

Влияние катионоактивных ПАВ, сульфидов (восстанавливающих метиленовый синий) устраняется добавлением к пробе пероксида водорода. Чувствительность экспресс-метода 0,1 мг/л. Этот метод позволяет проводить определение в полевых условиях.

Оборудование и реактивы

1) фотоколориметр;

2) пробирки на 20 мл;

3) пипетки на 1 мл, 10 мл с делениями;

4) мерные колбы на 100 мл, 1000 мл;

5) дистиллированная вода;

6) пероксид водорода (H2O2), 3 %-ый раствор. Применяется свежеприготовленным;

7) фосфатный буферный раствор рН 10. Один грамм гидроортофосфата натрия (Na2HPO4) (безводного) растворяют в дистиллированной воде, добавлением раствора гидрооксида натрия (NaOH) доводят рН до 10, разбавляют до 100 мл дистиллированной водой и перемешивают;

8) нейтральный раствор метиленового синего. 175 мг метиленового синего растворяют в дистиллированной воде и разбавляют водой до 1000 мл;

9) серная кислота, 0,3 %-ный раствор. 3 мл концентрированной H2SO4 разбавляют дистиллированной водой до 1000 мл;

10) хлороформ;

11) стандартные растворы ПАВ (лаурилсульфанат натрия, сульфанол и др.):

а) для приготовления основного стандартного раствора 0,1 г чистого вещества растворяют в 1 л дистиллированной воды (в 1 мл  раствора содержится 0,1 г анионоактивного вещества);

б) для приготовления рабочего стандартного раствора 10 мл основного раствора разбавляют до 100 мл дистиллированной водой (в 1 мл раствора содержится 0,01 мг активного вещества). Применяется свежеприготовленным.

Материал вода, загрязненная бытовыми стоками.

Выполнение работы

В пробирку объемом 20 мл вносят 10 мл исследуемой воды и последовательно прибавляют 1 мл 3 %-го пероксида водорода, 1 мл фосфатного буферного раствора, 1 мл метиленового синего. После добавления каждого реактива раствор перемешивают.

Затем добавляют 3 мл хлороформа, осторожно перемешивают в течение 1 мин, приливают 1 мл 0,3 %-го раствора H2SO4 и снова перемешивают 1 мин.

После разделения слоев колориметрируют, сравнивая окраску нижнего хлороформного слоя с окраской соответствующего стандартного раствора на белом фоне.

Приготовление шкалы

В ряд колориметрических пробирок вносят 0 — 0,1 — 0,2 — 0,3 — 0,4 — 0,5 — 0,6 — 0,8 — 1 мл рабочего стандартного раствора, разбавляют до 10 мл дистиллированной водой, получают соответственно концентрации вещества 0 — 0,1 — 0,2 — 0,3 — 0,4 — 0,5 — 0,6 — 0,8 — 1 мг/л.  Добавляют все реактивы и проводят все операции как при исследовании пробы.

Источник: http://icolog.ru/labi/opredelenie-poverhnostno-aktivnih-veshestv.htm

Поверхностно активные вещества по отношению к воде

Лабораторная работа ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

Вы когда-нибудь пробовали смешать растительное масло с водой? Ну и как, получилось? Для смешивания требуется посредник. Именно посредник проникнет на глубину массы или вещества, чтобы там равномерно распределиться. Общая теория  по ПАВам была разработана известным академиком Ребиндером.

При смешивании воды и масла в одной таре получается расслоение, вода опускается книзу, а масло поднимется вверх, так как оно намного легче. Масло и вода относятся к абсолютно разным средам, между молекулами происходит работа разных сил.

Ориентационные силы провоцируют взаимодействие между молекулами, молекулы масла взаимодействуют при помощи дисперсных сил.

Как ведут себя поверхностно активные вещества по отношению к воде

ПАВ – расшифровывается как поверхностно-активное вещество, представленное в виде химического соединения. Эти соединения сконцентрированы на поверхности термодинамических фаз, помогают снизить поверхностное натяжение.

Поверхностная активность относится к одной из главных характеристик ПАВ. На границе разделения фаз натяжение устремлено к нулю. Поверхностно – активные вещества имеют определенный предел по растворимости, что называется критическая точка ККМ.

Достигая критической концентрации при добавлении ПАВ в этот раствор, приграничная концентрация становится неизменной.

https://www.youtube.com/watch?v=f47zCsWbWh8

В объемном растворе происходит молекулярная самоорганизация. Во время агрегации будут образовываться мицеллы, определить которые просто при помутнении раствора поверхностно — активных веществ.

Процесс мицеллообразования в растворе ПАВ дает светлый голубоватый оттенок, образующийся при преломлении света. В промышленности поверхностно – активные вещества являются достаточно популярными. Сокращение ПАВ уже укоренилось и в соединениях обозначается именно так.

Строение веществ отличает содержание в них гидрофильных и олеофильных частей.

Существует много тех веществ, которые в определенных условиях могут проявить поверхностную активность или под воздействием межмолекулярной силы снижать энергию. Натяжение в растворах резко понижается, однако в них присутствуют ПАВы, хоть и в малой концентрации.

 ПАВ из неактивных может быть щелочью или минеральной кислотой и даже неорганической солью. Существует много методов измерения поверхностного натяжения, одним из простейших можно назвать «подсчет капель» с прибором сталагмометром. Узнав поверхностное натяжение одного вещества, очень просто рассчитывается значение другого.

Некоторые измерения проводятся по специальным таблица с уже имеющимися показателями.

Как классифицируются ПАВы

Поверхностно – активные вещества анионные в воде диссоциируют и образовывают ПАВ анионы. Составляющие  этого типа относятся основной части мирового производства и подразделяются:

— соли и карбоновые кислоты;

— алкилсульфаты;

— тиосульфаты и фосфаты.

Очень широко используются в ПАВах соли синтетических жирных кислот. Соли карбоновой кислоты в кислой среде становятся слабыми диссоциированными веществами и практически не растворяются. Действие солей понижает эффективность веществ, снижаются моющие свойства.

ПАВ с образованием в воде катиона во время диссоциации называется катионным. К таким поверхностно – активным веществам относятся алифатические и ароматические амины. Эти вещества более токсичные и меньше всего разлагаются, чем другие ПАВ, их можно применять в веществах относящихся  бактерицидным средствам, средствам дезинфекции и коррозийным ингибиторам.

В амфолитных поверхностно – активных веществах содержится две группы, зависящие от pH, и имеют свойства анионноактивные и катионноактивные.

На ионы в растворах не диссоциируют неионногенные вещества. Метод основывается на присоединении этиленоксида к спирту, аминам и другим веществам. Неионногенные ПАВ – это смесь гомологов с полиоксиэтиленовой цепью.

Цепь определяет гидрофильные свойства, длина цепи изменяется, а свойства регулируются. Некоторые ПАВ обладают замечательными моющими свойствами.

В неионногенных ПАВах есть и недостатки, к которым относятся медленное разложение ароматических радикалов и накопление их во внешней среде. Такие ПАВ разлагаются быстро и до конца.

Чаще свойства ПАВ рассматриваются по отношению к воде и подразделяются на два типа: растворимые и коллоидные.

В первую группу входят растворимые соединения из разряда органических, в этих органических соединениях углеводородный радикал небольшой, можно рассмотреть фенолы и спирты.

Вещества в растворе сосредоточены в дисперсном молекулярном состоянии, их применяют как смачиватели, вспениватели и диспергаторы. Не менее интересны коллоидные ПАВы. Их отличие состоит в том, что термодинамические дисперсные системы образуются устойчиво.

Свойства коллоидных ПАВ:

— высокая активность на поверхности;

— самопроизвольное мицеллообразование;

— солюбилизация;

— стабилизация дисперсной системы.

Длина радикала определяет поверхностную активность. Если увеличить длину СН2, то возрастет поверхностная активность примерно в 3.2 раза, по правилу Дюкло — Траубе. Правило относится в основном к растворимым ПАВ. В органических средах происходит обращение правила, активность поверхностных веществ радикала снижается.

Термодинамика и мицеллообразование

Растворимость ПАВ определена повышением энтропии в растворе. Ионногенные ПАВ  проходят процесс диссоциации и в растворе воды. Низкая растворимость у неионногенных ПАВ, так как они не диссоциируют.

При растворении поверхностно – активных веществ поглощается теплота и с повышением температуры повышается и растворимость.

Растворимость ПАВ на положительно активной поверхности маленькая, с повышением концентрации образуется процесс мицеллообразования.

ПАВы собираются в мицеллы, а раствор переходит в мицеллярную систему, но концентрация при этом превышает точку ККМ.  Мицеллы ПАВ лиофильные и лиофобные соединяются в воде, и получается ядро мицеллы. Количество ассоциации и определяет молекулярное число. Сумма молекулярных масс означает мицеллярную массу.

Наблюдается обратимость мицелярной системы, если разбавить раствор, то мицеллы распадутся на ионы и молекулы. Точка Крафт  — это температура, когда растворимость ПАВ увеличивается. Точка на диаграмме соответствует ККМ – это точка Тк. Сs обозначает растворимость в воде.

ККМ показывает нижний предел мицелл, температура показывает режим существования, аО – это равновесие между чистым и истинным ПАВ. Ов – показатель равновесия или изменение ККМ от показателя температуры.

На диаграмме Точка Крафта выполнена в виде тройной точки, это равновесие чистого и истинного ПАВ и мицеллярного раствора. Точка становится меньше при уменьшении длины углеводородного радикала, при уменьшении разветвлений.

Уравнение образования мицеллообразования:

m(ПАВ)  × (ПАВ)m  — неионногенные ПАВы

nК+ + mR × М(m — n), где  К+ — противоионы, R- поверхностно-активный анион, m — число этих анионов в молекуле, М — мицелла.

Мицеллообразование предусматривает использование закона действующих масс, это помогает определить термодинамические функции.

Зачем нужны ПАВ

Грязные налеты и в частности жир водой, даже теплой практически невозможно смыть. Возьмите, например, попробуйте помыть жирные руки, жир останется, а вода будет просто стекать. Водные молекулы не прилипают к молекулам жиров, тем самым не забирают их с рук.

Главными задачами в этом случае являются попутки  прикрепить молекулы жира к воде. Поверхностно – активное вещество как раз и выполняет эти функции. молекулы очень простое, ПАВ представлен в виде сферы, где один из полюсов липофильный, он соединяется с жировыми молекулами, а второй гидрофильный, он соединяется с молекулами воды.

Одним словом поверхностно – активное вещество один конец цепляется к жиру, а второй к воде.

Здоровье человека и ПАВ

влаги в человеческом теле сопровождается жировой основой. Защитой кожи являются жировые поверхности, липидные слои, ПАВ вызывает распад естественного слоя. Заразные вещества попадают туда, где кожа меньше всего защищена, что представляет особую опасность для человека. Восстановление защитного слоя после использования моющих средств происходит в течение 4 часов, но не на 100%.

Гигиенические нормативы устанавливаются в соответствии с ГОСТом. Восстановление настолько быстро происходит не после каждого моющего средства. Если ПАВы не являются биоразлагаемыми, то они скапливаются во внутренних органах организма. В организме человека ПАВы присутствуют всегда, только сменяются и конечно наносят некий вред телу человека, особенно влияют на репродуктивность у мужчин.

Виды ПАВ по характеру использования

Средства для мытья представлены веществами и смесями их, которые растворимы в воде и используются для того, чтобы очистить или отмыть твердые поверхности от грязи.

Смачивателями называются составы веществ, которые вызывают пептизацию и диспергирование, одним словом твердые тела измельчаются на мельчайшие частицы, а если это жидкость, то деление происходит на капельки. Смачиванием называется та фаза, которая начинается до мойки.

Солюблизаторами называются частицы веществ, которые повышают растворение тех частиц, коим трудно растворяться в жидкой среде. Молекулы обволакивают эти частицы, и получается мицелла, она подобно растворителю растворяет в себе частицы.

Под понятием эмульгаторы представлены частицы, которые стабилизируют несмешивающиеся жидкости.

Косметика и ПАВ

В косметику входит широкий спектр продукции, которые предназначены для ухода за волосами и за телом. Сюда относятся гели, шампуни и жидкое мыло, краски для волос, бальзамы, крема и многое другое.

Шампуни могут быть укоренившимися и современными, например многофункциональные продукты, в составе которых различные ингредиенты. В основе компонентов сырья ПАВы и другие добавки, сюда входят и биологические добавки.

В основе ПАВ лежат анионные частицы, которые позволяют создавать моющие свойства и щадяще влияют на кожу и волос. В обычном шампуне анионные ПАВ представлены алкилсульфатами и алкилэфирсульфатам. Вспомогательные ПАВ – эмфотерные катионные и неионные вещества.

Эти вещества повышают совместимость ПАВ, кожи и волос, в них повышены свойства пенообразования, вязкость регулируется и снижается обезжиривающее свойство. Зачастую используется имидазолин, оксид аминов и бетаин.

ПАВы в природе и в быту

 Зачастую ПАВы  мы видим в промышленном производстве, в сельском хозяйстве, медицинской деятельности и в бытовых условиях. Важными областями для потребителя является производство мыла, моющих средств, технических средств и гигиенических, их можно увидеть в лакокрасочной продукции и в текстильной промышленности.

Вещества найдутся и в фармацевтике, в пищевой области применения, в нефтяной и химической. ПАВы играют важную роль в органических соединениях, биологических процессах и вырабатываются для личного использования живыми организмами. В промышленном текстиле ПАВ снимает статическое электричество, в основном на синтетике. Кожаные изделия не слипают и не повреждаются благодаря этим веществам.

Чтобы снизить натяжение для проникновения краски в самые мелкие поры используются ПАВ. Для переработки использованной бумаги необходимо отделить чернила от целлюлозы, происходит адсорбция молекул в пигменте чернил. Пигментация переходит в гидрофобное состояние, сквозь пигмент и целлюлозу проходит воздух. Пузырьки собираются и поднимаются на поверхность.

ПАВ в металлургической промышленности используется для смазывания прокатного станка. При высокой температуре масло сгорает, понижается процесс трения. Широкое применение нашли частицы ПАВ и в сельском хозяйстве и в агрономии, они помогают создать эмульсию. Применяются часто для транспортировки питательных компонентов через стенки мембраны.

В пище ПАВ используется в мороженом, шоколадках, в соусах и сливках. В нефтяной промышленности  вещества требуются для увеличения нефтеотдачи.

Как происходит биологическое разложение ПАВ

Водный раствор ПАВ  в требуемой концентрации попадает в сточные воды на промышленном производстве, а в конце сливается в водоем. Сточным водам и ПАВ уделяется огромное внимание, скорость разложения низкая, поэтому результат органических воздействий, воздействий на природу и живые организмы просто непредсказуемый.

  Если в сточной воде содержится продукция полифосфатных ПАВ после гилролиза, можно наблюдать интенсивный рост травы и других растений, а значит, увеличивается риск загрязнения водоема. При отмирании растения начинают гнить, а вода начинает активно объединяться с кислородом.

Для очистки используются ПАВ в виде пены, активированный уголь, смолы и др. В этих отношения ПАВ подразделяют на мягкий и жесткий. Окисление проводится в присутствии ферментов, с повышением температуры повышается и скорость окислительной реакции, а если температура превышает 35 градусов, то происходит разрушение ферментов.

Производственные предприятия появляются снова и снова и являются локальными загрязнителями.

Сбрасывание ПАВов в сточные воды, может привести лишь к граммовой концентрации. Сбросы могут вызывать серьезные проблемы не только для водного пространства, но и почв. ПАВ усиливают множество других загрязнений. При проникновении загрязняющих частиц вещества с высоким содержанием ПАВ проникает в воду.

Для очистки существуют специальные методы, которые применяются как стандартные, так и традиционные. Самыми действенными принято считать: сорбционный, метод флотации и реагентную обработку. Методом флотации, получается, удалить большое количество ПАВ, однако не во всех случая этот метод подходит.

Чтоб провести очистку с помощью обработки реагентами придется воспользоваться сильными окислителями. Лучше всего использовать гипохлорит натрия. Есть здесь и минусы – расходуется огромное количество реагента, а очищенной воде увеличивается процентное содержание активного хлора. Для очистки часто используются и разные виды активированного угля.

К 2008 году насчитывалось примерно 13 мл тонн произведенных ПАВ. К 2012 году рынок увеличился больше чем в два раза, к 2020 планируется рост до 36 млрд.

Источник: https://voday.ru/vidy-vody/aktivirovannaya/poverkhnostno-aktivnye-veshhestva-po-otnosheniyu-k-vode.html

ovdmitjb

Add comment