Cac hien tuong be mat

NHÓM 4 – ĐH DƯỢC 11


BÀI 6 : CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT


I - NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1 - Sức căng bề mặt của chất lỏng :

Sức căng bề mặt (SCBM) của chất lỏng là năng lượng tự do trên một diện tích bề mặt, là công cần
thiết để làm tăng bề mặt lên diện tích nhất định.


KHÍ
ꙟ

ꙟ

ꙟ

Các phân tử trên bề mặt chất lỏng

Các phân tử bên trong chất lỏng
 
Lực tương tác giữa các phân tử bề mặt và trong lòng chất lỏng

Xét bề mặt phân cách 2 pha lỏng - khí. Các phân tử A ở trong lòng chất lỏng chịu những lực tương tác giữa các phía lỏng - lỏng
bằng nhau.
Còn các phân tử B ở lớp bề mặt, lực tương tác các phân tử lỏng - khí nhỏ hơn lỏng - lỏng.
Vì thế hợp lực của các lực tương tác vào phân tử B là một lực, kéo B hướng vào trong lòng chất lỏng khiến bề mặt phân chia lỏng khí có xu hướng giảm đi gây nên SCBM trên chất lỏng B.

Sức căng bề mặt một số hợp chất hóa học
TT

Chất lỏng

Nhiệt độ (˚C)

2
SCBM σ (erc/cm )

1

Etanol

20

21,6

2

Benzen

20

28,9

3

Glycerin

20

66,0

4

Nước

20

72,75

5

Thủy ngân

20

485

6

Hydro

-252

2

7

Oxy

-198

17

8

Thiếc

900

510

9

Vàng

1200

1120

Khi nhiệt độ tăng thì SCBM giảm.
Ở nhiệt độ tới hạn, bề mặt phân chia lỏng hơi biến mất thì SCBM = 0.


2 – Áp suất hơi bão hòa :
Có hai giọt chất lỏng bán kính r1 và r2, áp suất hơi bão hoà trên hai giọt chất lỏng này là p 1 và p2, để đơn giản, ta coi hơi là khí lý
tưởng thì áp suất hơi bão hoà và bán kính hai giọt chất lỏng liên quan đến nhau theo phương trình sau:

1
p2
1
ln
= k −
÷
p1
r
r
2 
 1
 

Nếu r1 > r2 thì p2 > p1. Khi thay giọt 1 bằng bề mặt phẳng tức r1 = thì p1 = pphẳng và p2 vẫn là plồi . Khi đó liên quan giữa áp

suất hơi trên bề mặt phẳng có tương quan sau:

ln

ploi
1
= K 
p phang
r

Như vậy, áp suất hơi bão hoà trên bề mặt phẳng luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà ở trên mặt lồi (r > 0). Áp suất hơi bão hoà trên bề
mặt lõm (r < 0) luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà trên bề mặt phẳng.

a, Hiện tượng mao dẫn :

Trường hợp nhúng những mao quản thuỷ tinh trong
nước thì có hiện tượng nước dâng lên bên trong mao
quản một khoảng có chiều cao là h.
Ngấn mép nước trong mao quản luôn có dạng lõm,
do áp suất hơi bão hòa ở bề mặt lõm luôn nhỏ hơn áp
suất hơi bão hoà ở bề mặt phẳng.

Mao quản thuỷ tinh nhúng trong nước p1 < p2


b, Hiện tượng ngưng tụ mao quản :

Vì áp suất hơi bão hoà ở mao quản hẹp luôn nhỏ hơn áp ở mặt phẳng, cho nên nhiều khi hơi vẫn
chưa đạt bão hoà hoặc quá bão hoà ở bề mặt phẳng, nhưng có thể bão hòa hoặc quá bão hòa đối
với pha lỏng nằm trong mao quản hẹp, nghĩa là nước có thể đọng lại trong mao quản hẹp. Quá trình
này gọi là hiện tượng ngưng tụ mao quản.
Từ đó suy ra: sự ngưng tụ hơi ở mao quản hẹp xảy ra sớm hơn ở mao quản lớn.


3 – Hiện tượng thấm ướt :
Khi một chất lỏng tiếp xúc với bề mặt rắn, bao phủ toàn bề mặt rắn hoặc tạo ra một lớp đơn phân tử
thì được gọi là sự thấm ướt hoàn toàn. Ví dụ như một giọt nước trên bề mặt thuỷ tinh sạch sẽ bao phủ bề
mặt thủy tinh.
Ngược lại, có khi chất lỏng tụ lại thành những giọt trên bề mặt rắn, ta gọi đó là sự thấm ướt không
hoàn toàn.
Nếu chất lỏng tạo ra những hạt dạng hình cầu trên bể mặt rắn thì gọi đó là sự không thấm ướt, giống
như gọt thuỷ ngân trên bề mặt rắn.

Dựa vào tương quan của lực tương tác giữa các phân tử rắn - lỏng và lỏng - lỏng mà ta quan sát thấy hiện tượng
thấm ướt với các mức độ khác nhau. Các mép tiếp xúc của chất lỏng tạo với bề mặt rắn những góc nghiêng khác nhau
được gọi là góc thấm ướt θ.

Những trường hợp thấm ướt không hoàn toàn


4 – Sức căng bề mặt của dung dịch chất tan :
a, Chất tan là chất không hoạt động bề mặt :
Trong dung dịch, sự phân bố chất tan và nồng độ chất tan có ảnh hưởng lớn tới sức căng bề mặt của dung dịch.
Nếu chất tan phân ly trong dung dịch, các ion điện ly tương tác với các phân tử dung môi tạo nên hiện
tượng solvat hoá; trong nước các ion này bị hydrat hoá mạnh, nghĩa là chúng bị các phân tử dung môi kéo sâu vào
trong thể tích pha.
Kết lượng chất tan ở bề mặt nhỏ hơn trong lòng dung dịch, như thế sức căng bề mặt của dung dịch lớn
hơn sức căng bề mặt của dung môi (σdd > σdm).


Những chất tan không điện ly, không solvat hoá mạnh thì chúng phân bố ở lớp bề mặt và
thể tích pha như nhau, khi đó: σdd = σdm.
Ví dụ: dung dịch đường saccarozơ trong nước. Khi hoà tan đường vào trong nước thì
SCBM dung dịch hầu như không thay đổi.
Trong hai trường hợp trên: chất tan làm tăng chút ít SCBM của dung dịch hoặc không làm
thay đổi SCBM của dung dịch; người ta gọi chúng là chất không hoạt động bề mặt.


a, Chất tan là chất hoạt động bề mặt (HĐBM) :

Một số chất hữu cơ có cấu tạo gồm hai phần: gốc hydrocacbon và các nhóm chức -NO2, -COOH, -NH2,
-OH, -SO3H.

Do các gốc hydrocacbon kỵ nước tức là không tương tác hoặc tương tác yếu với nước, nên sự có mặt của
chúng ở trong nước đã làm yếu tương tác giữa các phân tử trong dung môi này. Trong dung dịch này chất tan
thường tập trung tích tụ ở lớp bề mặt nhiều hơn. Vì thế SCBM của dung dịch nhỏ hơn SCBM của dung môi
tinh khiết (σdd < σdm).
Người ta gọi những chất này là chất HĐBM.


Ký hiệu chất HĐBM gồm vòng tròn tương ứng cho nhóm phân cực thân nước, còn nét đậm gạch dài là gốc R thân dầu.

a: Những phân tử có phần không phân cực thân dầu chiếm ưu thế.
b: Những phân tử có cân bằng dầu - nước như nhau.
c: Những phân tử có phần phân cực thân nước chiếm ưu thế.

Tương quan thân dầu - nước của chất HĐBM


Tuỳ theo độ dài của mạch cacbon và bản chất
các nhóm chức có tính thân nước khác nhau mà các
chất này phân bố trong dung dịch ở những vị trí
nhất định nào đó.
Trong môi trường dầu-nước phần gốc R nằm ở
pha dầu, phần thân nước (nhóm chức) nằm ở pha
nước.

sự phân bố của chất HĐBM trong dung dịch


Các chất HĐBM đều có khả năng tập trung ở bề mặt ngăn cách pha, và làm giảm SCBM của dung dịch.
Khả năng làm giảm SCBM của dung dịch nhiều hay ít phụ thuộc nồng độ chất HĐBM và chiều dài mạch cacbon
của gốc R.

Khả năng làm giảm SCBM trong dung dịch của chất HĐBM còn phụ thuộc vào chiều dài gốc hydrocacbon và được gọi là
hoạt tính bề mặt.
1. Chất điện ly

2. Dung môi tinh khiết

3. Chất HĐBM

Sự thay đổi SCBM theo nồng độ chất tan trong dung dịch.


II - PHÂN LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Theo nguồn gốc, các chất HĐBM có thể chia làm hai loại:

-

Các chất HĐBM có nguồn gốc tự nhiên như đất sét, cao lanh (vô cơ), hoặc gôm, nhựa cây, lòng đỏ trứng
(lecithin), cholesterol (hữu cơ).

-

Các chất HĐBM có nguồn gốc nhân tạo (tổng hợp), đây là lọai quan trọng và có nhiều ứng dụng thực tế, loại chất
HĐBM này được phân làm các dạng sau:

1 - Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) loại anion
2 - Chất HĐBM loại Canion
3 - Chất HĐBM không phân li thành ion

1 - Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) loại anion :
Đây là loại chất HĐBM có thể phân ly thành anion trong môi trường hoạt động, loại này có thể kể các hợp chất
sau:
a, Xà phòng kim lọai hóa trị I :
Là muối của acid béo và kim lọai hóa trị I.
Ví dụ: Natri stearat: C17H35COONa;

Kali oleat: C17H33COOK

Trong môi trường hoạt động các muối này phân ly thành anion có tác động
C17H33COONa → C17H33COO

+

Xà phòng Na thường gây kích ứng da và là chất nhũ hóa của nhũ tương D/N.

Na

+


b, Xà phòng kim lọai hóa trị II :
Là muối của acid béo và kim lọai hóa trị II.
Ví dụ: Canxi stearat: (C17H35COO)2Ca; Magnesium oleat:

(C17H33COO)2Mg

Trong môi trường hoạt động các muối này phân ly thành anion có tác động
(C17H33COO)2Ca

→ 2C17H33COO +

Xà phòng Ca thường gây kích ứng da và là chất nhũ hóa của nhũ tương N/D

Ca

2+


c, Muối sunfat của alcol béo và kim loại :

Điển hình của loại này là Natri lauryl sunfat: C12H25OSO3Na.
Hợp chất này dễ tan trong nước, dễ tạo bọt (dùng trong kem đánh răng), dùng làm chất trợ tan,
bền trong môi trường nước cứng


2 - Chất HĐBM loại Canion :
Đây là loại chất HĐBM có thể phân ly thành canion dương trong môi trường hoạt động, loại này có thể kể các hợp
chất sau:
a, Muối amoni bậc 4 :
Phân tử các chất này có nhiều nhóm chức, khi hòa tan trong nước các chất phân ly thành ion âm và dương
nhưng ion dương đóng vai trò chất họat động bề mặt. Ví dụ:
+
C16H33(CH3)3NCl → C16H33(CH3)3N

+

Cl

-

Chất HĐBM loại này rất dễ gây thấm, gíúp bề mặt vi khuẩn dễ thấm các chất sát khuẩn và dễ bị tiêu diệt.


b, Muối amin :

Khi hòa tan trong nước các chất phân ly thành ion âm và dương nhưng ion dương đóng vai
trò chất họat động bề mặt
+
C18H37NH3Cl → C18H37NH3

+ Cl

-


3 - Chất HĐBM không phân li thành ion :
a, Ester của rượu đa chức và acid béo :

Rượu đa chức khi bị ester hóa với acid béo hữu cơ có thể tạo thành mono ester hoặc ester nhiều lần như diester,
triester đây là chất HĐBM không phân ly thành ion. Ví dụ:
HO-CH2-CH2-OH + C17H35COOH

→ HO-CH2-CH2-O-CO-C17H35 + H2O

Đây là loại chất HĐBM mà trong môi trường hoạt động không phân ly thành ion, không kích ứng da thường dùng
trong mỹ phẩm.


b, Span và Tween :

* Span: Là sản phẩm ester hóa của sorbitan và acid béo, trong môi trường hoạt động không phân ly thành ion,
có tác dụng nhũ hóa nhũ dịch N/D.
(CHOH)3CH2OCH2OH + C17H35COOH → (CHOH)3(CH2O)2COC17H35 + H2O

* Tween: là sản phẩm eter hóa của span và polioxietilen, trong môi trường hoạt động không phân ly thành ion,
có tác dụng nhũ hóa nhũ dịch D/N.


IIi - ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HĐBM
Trong ngành Dược các chất HĐBM chủ yếu được dùng làm các tác nhân thấm ướt, hòa tan, nhũ hoá, tạo bọt,
khả năng tẩy rửa và khả năng tạo mixen.
1 - Sự thấm ướt
Nhiều chất rắn không thấm ướt chất lỏng, khi SCBM tới hạn của nó quá thấp so với SCBM của chất lỏng. Ví dụ:
σH2O =72 dyl/cm, σpolyetylen = 31 dyl/cm.
Người ta dùng các chất HĐBM khác nhau trong dung dịch nước, để làm giảm SCBM dung dịch nước xuống dưới
gần 31 dyl/cm, khi đó chúng dễ thấm ướt hơn.