Эмелло Г.Г., Шичкова Т.А.

Белорусский государственный технологический университет

РАСТВОРИМОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО КРАСИТЕЛЯ СУДАНА III В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МИЦЕЛЛООБРАЗУЮЩИХ НПАВ ГРУППЫ TWEEN

Водные растворы коллоидных поверхностно-активных веществ, имеющие концентрацию выше ККМ (критическая концентрация мицеллообразования), обнаруживают способность растворять значительные количества нерастворимых или малорастворимых в воде веществ, как жидких, так и твердых. Растворение происходит благодаря наличию в коллоидных растворах мицелл – агрегатов, состоящих из молекул ПАВ, и называется коллоидным растворение или солюбилизацией.

Целью данной работы явилось изучение закономерностей растворения красителя судана III в водных растворах неионогенных поверхностно-активных веществ TWEEN-20 и TWEEN-80.

Поверхностно-активное вещество TWEEN-20 это полиоксиэтилен(20) сорбитанмонолаурат, молярная масса которого составляет 1308 г/моль. В структуру его молекулы входит шестичленное кольцо, к которому присоединены две полярные цепочки (C₂Н₄О)_n и (C₂Н₄О)_m. Количество этиленоксидных групп в цепочках, принадлежащих разным молекулам, может быть различно, но суммарное количество их в каждой молекуле постоянно и равно n+m=20. В состав молекулы входит также неполярный углеводородный радикал, содержащий 17 атомов углерода.

Поверхностно-активное вещество TWEEN-80 – это полиоксиэтилен(20) сорбитанмоноалеат с молярной массой 1226 г/моль. В структуру его молекулы, так же как и в молекулу НПАВ TWEEN-20, входит шестичленное кольцо, к которому присоединены две полярные цепочки (C₂Н₄О)_n и (C₂Н₄О)_m, где n+m=20. В состав молекулы НПАВ TWEEN-80 входит также неполярный углеводородный радикал, однако, в отличие от молекулы TWEEN-20, он содержит 11 атомов углерода. Так как молекулы TWEEN-20 и TWEEN-80 имеют дифильное строение, они является типичными представителями поверхностно-активных веществ. Кроме того, эти ПАВ не диссоциируют в воде на ионы, поэтому относятся к классу неионогенных ПАВ (НПАВ).

Сталагмометрическим методом определены критические концентрации мицеллообразования в водных растворах исследованных НПАВ. Они составили 1,34 г/л для TWEEN-20 и 1,9 г/л для TWEEN-80.

По методу Дэвиса рассчитаны гидрофильно-липофильные балансы (ГЛБ) изученных ПАВ. Они составили 16,7 и 15 единиц для TWEEN-20 и TWEEN-80 соответственно. Полученные данные свидетельствуют о том, что оба ПАВ могут проявлять солюбилизирующее действие по отношению к неполярным органическим веществам, например таким, как краситель судан III или 4–(2-гидроксинафтил–1–азо)–азобензол. Это вещество представляет собой кристаллический порошок красного цвета, малорастворимый в воде.

Изучение процесса растворения красителя в водных растворах НПАВ проводили следующим образом. Готовили водные растворы ПАВ с концентрациями в интервале 0,005-25,0 г/л. В каждый раствор добавляли навеску красителя с постоянной массой (около 5-10 г). Чтобы обеспечить контакт частиц солюбилизата с мицеллами НПАВ, проводили периодическое встряхивание полученных систем на механическом встряхивателе. На фотоэлектроколориметре марки КФК-2 производили измерение оптической плотности (D) предварительно отфильтрованных систем. При этом считали, что, если отфильтрованный раствор НПАВ является бесцветным (D=0), то растворение красителя не происходит.

Получены зависимости оптической плотности систем водный раствор НПАВ – краситель от времени встряхивания. Установлено, что, независимо от природы НПАВ, состояние химического равновесия (т.е. равновесия между молекулами красителя, содержащимися в истинном растворе, в мицеллах и в твердой фазе), при котором значение оптической плотности системы является постоянным, в изученных системах достигается после 12 часов встряхивания для систем с концентрациями растворов НПАВ в интервале 0,005-1,0 г/л (истинных растворов) и после 16 часов встряхивания для систем с концентрациями 5,0-25,0 г/л (коллоидных растворов).

Для количественной оценки способности к растворению красителя судана III в водных растворах НПАВ группы TWEEN был построен калибровочный график зависимости оптической плотности истинных растворов красителя в бензоле от их концентрации. С использованием этого графика по известным значениям оптической плотности определяли значение S (г/л), показывающее массу красителя, растворенного в единице объема раствора коллоидного ПАВ. Полученные результаты представлены на рисунке.

Таким образом, проведенные исследования показали, что органический краситель судан III незначительно растворяется в истинных водных растворах изученных НПАВ. При концентрациях растворов до 1,0 г/л растворимость достигает значений 0,4·10^-2 г/л (для TWEEN-20) и 0,7·10^-2 г/л (для TWEEN-80).

В коллоидных растворах НПАВ происходит солюбилизация красителя, причем при одинаковых концентрациях растворов двух солюбилизаторов НПАВ TWEEN-80 проявляет большую солюбилизирующую способность, чем НПАВ TWEEN-20. Это связано с тем, что, что для ПАВ, имеющих бензольное кольцо (в нашем случае шестичленный цикл), солюбилизация возрастает с уменьшением длины цепи углеводородного радикала, присоединенного к данному кольцу.