Номер 2, страница 175 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 23. Бытовая химия. Глава 5. Химия в жизни и обществе - номер 2, страница 175.

Условие.

2. Какие особенности строения имеют молекулы или ионы поверхностно-активных веществ? В чём заключается механизм их действия по удалению загрязнений?

Решение.

Решение 2.

Какие особенности строения имеют молекулы или ионы поверхностно-активных веществ?

Молекулы или ионы поверхностно-активных веществ (ПАВ) имеют амфифильное (или дифильное) строение. Это означает, что каждая такая частица состоит из двух функционально различных частей, обладающих противоположными свойствами по отношению к воде:

• Гидрофильная часть («голова»): это полярная или ионная группа, которая проявляет высокое сродство к воде и другим полярным растворителям. Она обеспечивает растворимость молекулы в воде. Примерами таких групп являются карбоксилатные ($R-COO^-$), сульфатные ($R-OSO_3^-$), сульфонатные ($R-SO_3^-$) анионы, а также катионные группы, например, в четвертичных аммониевых солях ($R-N(CH_3)_3^+$).
• Гидрофобная часть («хвост»): это неполярная часть молекулы, обычно представляющая собой длинную углеводородную цепь (алкильный радикал с 8-18 атомами углерода). Эта часть «боится» воды, выталкивается из водной среды, но при этом хорошо растворяется в неполярных веществах, таких как жиры, масла и другие органические загрязнения. Поэтому ее также называют липофильной («любящей жир»).

Такое двойственное, амфифильное строение является ключевой особенностью ПАВ, которая определяет их способность концентрироваться на границе раздела фаз (например, вода-масло или вода-воздух) и проявлять моющее, эмульгирующее и пенообразующее действие.

Ответ: Молекулы ПАВ являются амфифильными, то есть состоят из двух частей: полярной гидрофильной «головы», которая растворяется в воде, и длинного неполярного гидрофобного углеводородного «хвоста», который растворяется в жирах и маслах.

В чём заключается механизм их действия по удалению загрязнений?

Механизм действия ПАВ по удалению загрязнений (моющий эффект) основан на их уникальном строении и способности действовать на границе раздела фаз. Большинство бытовых загрязнений (жир, масло, грязь) являются неполярными и не растворяются в воде. Процесс их удаления с помощью ПАВ включает несколько стадий:

1. Смачивание и адсорбция. При добавлении в воду молекулы ПАВ снижают ее поверхностное натяжение, что позволяет воде лучше проникать в поры материала и смачивать загрязненную поверхность. Молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности загрязнения: их гидрофобные «хвосты» погружаются в частицу жира, а гидрофильные «головы» остаются в водной фазе.
2. Дробление и эмульгирование. Проникновение молекул ПАВ в частицы грязи ослабляет их сцепление как с очищаемой поверхностью, так и между собой. При механическом воздействии (например, перемешивании, трении при стирке) крупные капли жира или частицы грязи дробятся на более мелкие фрагменты.
3. Образование мицелл (солюбилизация). Молекулы ПАВ полностью окружают мелкие частицы загрязнения, образуя сферические агрегаты — мицеллы. Внутри такой мицеллы находится капля жира, в которую обращены гидрофобные «хвосты» ПАВ. Снаружи мицелла покрыта гидрофильными «головами», которые контактируют с водой.
4. Стабилизация и удаление. Благодаря внешней гидрофильной оболочке мицелла вместе с заключенным в нее загрязнением становится растворимой в воде. Кроме того, у ионогенных ПАВ поверхности мицелл несут одноименный электрический заряд, что вызывает их взаимное отталкивание. Это препятствует их обратному соединению (коалесценции) и повторному осаждению на поверхность. В результате образуется стабильная эмульсия (для жидких загрязнений) или суспензия (для твердых), которая легко уносится потоком воды.

Ответ: Механизм действия ПАВ заключается в том, что их молекулы «обволакивают» нерастворимые в воде частицы жира и грязи, формируя мицеллы. Гидрофобные хвосты ПАВ растворяются в загрязнении, а гидрофильные головы образуют внешнюю оболочку, которая растворима в воде. Это позволяет перевести грязь в состояние стабильной эмульсии или суспензии и легко смыть ее водой.