تعریف سورفکتانت
واژه سورفکتانت بر گرفته از کلمات لاتین ماده فعال سطحی انتخاب شده است
ماده فعال درسطح
Surface active agent =Surfactant
ساختار سطح فعال ها
سورفکتانت ها موادی هستند که میتوانند انرژی سطحی را بین سطوح به میزان زیادی تغییر دهندخاصیت یک سورفکتانت ناشی از دو شخصیتی بودن ساختمان ملکولی آن است به این معنی که همزمان دارای گروههای آبدوست و آبگریز میباشند.
بسیاری از ترکیبات شیمیایی کف و سطوح مرطوب ایجاد میکنند ولی جزء مواد فعال سطحی دسته بندی نمیشوند(مانند متیل الکل در محلول آبی) .
خصلت اصلی یک شوینده این است که تجمع آن در سطح مایع بیشتر از درون مایع است.این پدیده جذب نام دارد و در سطوح ما بین مایع-جامد، مایع- مایع و هوا مایع ایجاد می شود.
سورفکتانت ها به توزیع یک فاز در فاز دیگر کمک می کند. این تعریف محدود به سوسپانسیون های جامد – مایع نیست و ممکن است شامل سیستم های مایع – مایع هم بشود. هنگامی که این مواد برای پایدارسازی ذرات جامد در مایع به کار می روند به آن ها دیسپرسانت می گویند. مولکول های تشکیل دهنده سورفکتانت ها تمایل زیادی به تجمع در فصل مشترک دارند. این امر به این علت رخ می دهد که ساختار آن ها از دو بخش تشکیل شده است که یک بخش آن محلول در حلال و بخش دیگر آن نامحلول است. این مولکول ها به صورت ترجیحی به شکلی جهت گیری می کنند که بخش محلول با مایع پیوند پیدا کرده و بخش نامحلول به سطح جامد پیوند پیدا می کند.
ساختار سطح فعال ها
سورفکتانت ها معمولا بر اساس میزان بار بخشی از مولکول که به سطح جذب می شود تقسیم بندی می شود: غیر یونی، آنیونی و کاتیونی. سورفکتانت های غیر یونی سورفکتانتی است که هیچ گروه یونیزه ای ندارد که از جمله می توان به الکل های چرب ROH، اسیدهای چرب R(CO)OR’ که R’ پلیمرهای آلی با زنجیره کوتاه هستند، اشاره کرد. ساختار اسید اولئیک C17H34(CO)OH است که حاوی زنجیره آلی C17H34 و یک گروه عاملی (CO)OH است. سورفکتانت های غیر یونی معمولا در حلال های آلی موثرند. جذب روی ذرات توسط جاذبه واندوالس یا پیوند قوی تر همسایگی صورت می گیرد. همانطور که در شکل روبرو نشان داده شده است با استفاده از مفهوم اسید و باز لوئیس اتمی که در گروه عاملی سورفکتانت قرار دارد و دارای جفت الکترون غیر پیوندی است (مانند N و O) ممکن است مانند باز لوئیس عمل کرده و یک پیوند با اتمی مانند Al روی سطح که لایه تکمیل نشده از الکترون دارد (اسید لوئیس) برقرار می کند. پایدار سازی معمولا توسط ممانعت فضایی بین دنباله های آلی یا مایسل که درون حلال آلی قرار دارند رخ می دهد ایجاد می شوند.
نمونه هایی از سورفکتانت های غیر یونی معمول مثل روغن ماهی منهادن (Menhaden Fish Oil) به طور گسترده برای پراکنده سازی Al2O3 ، BaTio3 و بسیاری از پودر های اکسیدی در حلال های آلی به کار می رود. این ماده شامل مخلوطی از اسیدهای چرب باز و زنجیره های کوتاه فرمول R(CO)OH با زنجیره الکیل (R) است که حاوی پیوندهای دو گانه C=C است و در انتهای گروه عاملی آن اسید کربوکسیلیک (CO)OH قرار دارد.
سدیم اولئات C17H34 (CO)O-Na+ یک سورفکتانت آنیونی است زیرا به یون Na+ و یون اولئات منفی تجزیه می شود. نمک های اسیدهای چرب، مانند سدیم اولئات، سدیم استئارات C17H35(CO)O-Na+ و سولفونات ها مانند سدیم الکیل سولفونات R(SO2)O-Na+ که R زنجیره آلکیل متشکل از ۱۰ تا ۲۰ اتم کربن است معمولا سورفکتانت های آنیونی هستند. سورفکتانت های آنیونی در حلال های آبی موثرند. معمولا اجزای اکسیژنی با بار منفی از تجزیه سورفکتانت های آنیونی به وجود می آیند. جذب سورفکتانت معمولا توسط جاذبه الکترواستاتیک با سطح ذرات با بار مثبت رخ می دهد. پایدار سازی سوسپانسیون معمولا به وسیله دافعه الکترواستاتیک بین بارهای منفی ایجاد می شود.
دو دسیل آمونیوم استات C12H25(N+H3)CH3(CO)O یک سورفکتانت کاتیونی است زیرا یون استات محلول در آب CH3(CO)O- و یون دو دسیل آمونیوم با بار مثبت تجزیه می شود C12H25(N+H3) که روی فصل مشترک تجمع می کنند، تجزیه می شود. سورفکتانت های کاتیونی معمولا از اجزای نیتروژنی با بار مثبت در هنگام تجزیه برخوردارند. به جز جابه جا شدن علامت بارها روی سورفکتانت و سطح ذرات مکانیزم های جذب و پایدار سازی مشابه مورد سورفکتانت های آنیونی است.
برخی از سورفکتانت ها در pH پایین، بار مثبت، در pH متوسط بدون بار و در pH بالا بار منفی دارند. به سورفکتانتهای آمفوتریک موسومند. اگر یک مولکول خنثی گروهی با بار مثبت (مانند یون آمونیوم) و گروهی با بار منفی مانند (یون کربوکسیلات داشته باشد به یون zwitterionic موسومند. نمونه ای از سورفکتانت های زویتریونیک آمینو اسیدها R(N+H2)CH2CH2(CO)O- هستند. این ترکیب ها ممکن است آمفوتریک هم باشند و در pH پایین کاتیونی و در pH کاتیونی و در pH بالا آنیونی باشند. حضور این دو بار مخالف منجر به ایجاد ممان دو قطبی بزرگی می شود و در نتیجه این مولکول به شدت به سطح پلاریزه جذب می شود. این سورفکتانت ها می توانند روی سطوح با بارهای مختلف جذب شوند زیرا بخش مثبت مولکول به سطوحی با بار منفی و بخش منفی مولکول به سطوحی با بار مثبت جذب می شود.
ساختار سطح فعال ها
ترازمندی بین گروه های آب دوست و آب گریز (HLB BALANCE) :
ساختار سطح فعال ها
واژه HLB نخست برای مواد غیر یونی بکاربرده شد و اندازه آن به شمار گروه های اتر OCH2 –CH2 و هیدروکسیل OH شرکت کننده در ساختار مولکولی سطح فعال بستگی داشته است .
که در فرمول زیر تعریف شده :
HLB = (E+P/S)
E= Ethoxy
P=Hydroxy
بهترین سطح فعال ها – شوینده ها از HLB =20 و بدترین آنها از از HLB=1 برخوردار هستند . این چرخه برای دیگر سطح فعال های یونی برپایه توانایی صابونی شدن آنها بکار گرفته می شود . ودر فرمول زیر داریم :
HLB= 20 (1-S/A)
ارزش صابونی شدن = S برای اندازه KOH به mg که برای صابونی کردن یک گرم از سطح فعال مورد نیاز میباشد .
ارزش اسیدی =A برای اندازه KOH به mg که برای خنثی کردن یک گرم اسیدهای موجود در سطح فعال نیاز خواهد بود .
دسته بندی و پایه ی سطح فعال ها :
الف ) سطح فعال های آنیونیک ؛
که بر پایه ی اسید چرب خنثی شده به وسیله ، دی ، تری و یا منواتانول میباشد از جمله :
۱. سدیم دو دسیل بنزن سولفونات
۲. منو کلرید سولفاته
۳. الکیل آریل سولفانات ها
۴. اولفین – سولفات ها و سولفونات ها
ب) سطح فعال های کاتیونیک :
۱. آمین های چهار ظرفیتی
۲. نمک الکیل آمین
۳. نمک الکیل پیرتین
۴. الکل اتیلن آمین
ج) سطح فعال های نانیونیک :
۱. مشتقات اتیلن و پروپیلن
۲. آلکیلول آمیدها
۳. پلی هیدروکسی ها
۴. آلکیل فنل پلی اتیلن اکساید
√ پایه ی دسپرس کننده ها و یکنواخت کننده ها بر پایه سطح فعال های آنیونیک ، نانیونیک میباشد.
