تأثير تركيز الفاعل بالسطح غير الأيوني على نقطة السحابة

2022-07-27 00:33:44

بشكل عام، يمكن أن تشير نقطة السحابة في المحلول المائي للفاعل بالسطح إلى قدرة مجموعته المحبة للماء على تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء. عند نفس التركيز، كلما طالت سلسلة EO من المادة الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية، زادت نقطة السحابة في محلولها المائي. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن سلسلة EO يمكنها تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء. كلما كانت سلسلة EO أطول، كلما تم تكوين روابط هيدروجينية أكثر، وكلما زادت الطاقة المطلوبة لتدمير هذه الروابط الهيدروجينية. لذلك، هناك حاجة إلى درجة حرارة أعلى لتدمير العلاقة الوثيقة بين المواد الخافضة للتوتر السطحي وجزيئات الماء تمامًا. بشكل عام، مع زيادة تركيز الفاعل بالسطح، تقل نقطة السحابة أولاً ثم تزيد. ويمكن تفسير هذه الظاهرة على أساس أن شكل المذيلات يتغير مع التركيز في المحلول المائي. قبل أن تصل نقطة السحابة إلى قيمة منخفضة، فإن زيادة تركيز الفاعل بالسطح لن يؤدي إلا إلى زيادة عدد المذيلات، وزيادة احتمال الاصطدام مع بعضها البعض، وزيادة إمكانية الاندماج. ولذلك، فمن السهل أن يسبب الانفصال عن الطور المائي وتقليل نقطة السحابة. بعد ذلك، بدأ شكل المذيلات يتغير، من الشكل الكروي إلى الشكل القضيبي، وزاد نصف قطر دوران جزيئات المذيلة، وزادت لزوجة المحلول، وانخفض احتمال التقاء المذيلات ببعضها البعض بشكل كبير، مما أدى إلى ارتفاع نقطة السحاب.

تؤدي إضافة المادة الخافضة للتوتر السطحي الأيونية إلى زيادة نقطة سحابة المادة الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية. عندما يكون تركيز الفاعل بالسطح المضاف ثابتًا، كلما انخفض تركيز الفاعل بالسطح غير الأيوني، وكلما زادت كثافة شحنة الخليط المتكون من الاثنين، زاد التنافر بين المذيلات، وارتفعت نقطة السحابة. تحت نفس تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية، عندما يزيد تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي الأيونية المضافة، تزداد نقطة السحابة العامة أيضًا. ويرجع ذلك أيضًا إلى زيادة كثافة الشحنة على سطح المذيلات. ولذلك، فإن كثافة شحنة المذيلات المختلطة التي تتكون من المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية والمواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية تحدد نقطة السحابة. كلما زادت كثافة الشحنة، زادت نقطة السحابة.

إن تأثير المواد الخافضة للتوتر السطحي مثل الكحول والأحماض العضوية على نقطة السحابة هو أيضًا نتيجة للعمل المشترك بين عاملين. يمكن لمجموعة الكحول المحبة للماء أن تشكل رابطة هيدروجينية مع الماء، مما يحد من تحلل المادة الخافضة للتوتر السطحي ويزيد من نقطة السحابة؛ في الوقت نفسه، يذوب الكحول في الطبقة البينية والطبقة الحاجزة للمذيلات، ويشكل روابط هيدروجينية مع الماء، ويزيد من إجمالي محتوى الماء في المذيلات، كما يزيد من نقطة السحابة. يذوب الكحول في الطبقة الحاجزة، وتكون المجموعة المحبة للماء قريبة من الرأس القطبي للفاعل بالسطح، كما أن عائق الفضاء وتكوين رابطة الهيدروجين مع الأثير يقلل من قدرة الترطيب للفاعل بالسطح ويقلل من نقطة السحابة.

يحتوي الميثانول والإيثانول على سلاسل كربون قصيرة ومحبة للماء قوية. معظمها قابل للذوبان في الماء في محلول المذيلة، ويتم امتصاص بعضها على واجهة المذيلة والطبقة الحاجزة، وبالتالي رفع نقطة السحابة؛ بالنسبة للكحوليات التي تحتوي على رقم كربون أكبر من 4، تكون محبتها للماء ضعيفة، ومعظمها يذوب في الطبقة الحاجزة، مما يقلل من نقطة السحابة. بالنسبة للبوليولات، مثل جلايكول الإيثيلين، والجلسرين، والجلوكوز، وما إلى ذلك، كلما زاد عدد الهيدروكسيل فيها، كان من الأسهل تكوين روابط هيدروجينية مع روابط الأثير الخافتة للسطح، مما يقلل من ترطيبها ونقطة السحابة.