هناك نوعان من الخصائص المتعارضة في التركيب الجزيئي للمواد الخافضة للتوتر السطحي

2022-07-12 17:32:33

الفاعل بالسطح هو نوع من المواد القابلة للذوبان والمركّزة على سطح السائل أو الواجهة بين الأجسام السائلة وغير القابلة للامتزاج. يمكن لجزيئاته أن تمتص مادتين لهما خصائص مختلفة. يمكن تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى قابلة للذوبان في الزيت (مثل حمض الأوليك، وحمض البترول، وحمض بترول الزهرة الصفراء، وما إلى ذلك) وقابلة للذوبان في الماء (مثل الصابون).

المواد الخافضة للتوتر السطحي قابلة للذوبان بشكل عام في معظم السوائل، لكن قابلية ذوبانها ليست عالية. وذلك لأنه يحتوي على بنية قطبية وغير قطبية متوازنة. يذوب جزء من الجزيء في محلول قطبي، بينما يذوب الجزء الآخر في سائل غير قطبي. بمعنى آخر، هناك خاصيتان متعارضتان في التركيب الجزيئي للمواد الخافضة للتوتر السطحي: نهاية الألكيل لها ألفة للزيت، في حين أن الطرف القطبي له ألفة للماء. لذلك، يتم ترتيب هذا الجزيء بدقة على السطح البيني بين وسطين مختلفين ولكن متجاورين، مثل السطح البيني بين الزيت والصباغ، أو السطح البيني بين سائلين غير قابلين للذوبان بشكل متبادل.

في الكيمياء الغروية، يتم تسجيل نسبة إجمالي مساحة السطح إلى الحجم الإجمالي للطور الصلب المشتت كمساحة سطحية محددة للطور الصلب المشتت. نظرًا لأن جزيئات الصبغة صغيرة جدًا، فإن مساحة سطحها المحددة كبيرة جدًا. على سبيل المثال، يبلغ قطر جزيئات أسود الكربون حوالي 0.1 نانومتر. إذا كان هناك 1015 جزيء من أسود الكربون لكل سنتيمتر مكعب من الحبر، فإن المساحة السطحية المحددة لجزيئات أسود الكربون كطور مشتت في الحبر يمكن أن تصل إلى 6x105 سم-1. المساحة السطحية المحددة للطور المشتت كبيرة، وسيكون لجسيمات الطور المشتت طاقة كبيرة خالية من السطح. النظام غير مستقر، والأداء العياني هو تكثيف وترسيب جزيئات الطور المشتتة.

ومع ذلك، في الظروف العادية، لا تحدث هذه الظاهرة لأن جزيئات الصباغ الموجودة في الحبر لها غلاف واقي. يوجد دائمًا بعض المواد الخافضة للتوتر السطحي مثل الأحماض الدهنية الحرة والكحوليات في الحبر. يتم ترتيب هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي بشكل مباشر حول جزيئات الصباغ لتكوين غلاف صلب، بحيث لا تتمكن الجزيئات من الاتصال بهطول التكثيف.