научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНА E НА МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ ПЕНТАДЕЦИЛСУЛЬФОНАТА НАТРИЯ В ЭТАНОЛЬНЫХ РАСТВОРАХ Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНА E НА МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ ПЕНТАДЕЦИЛСУЛЬФОНАТА НАТРИЯ В ЭТАНОЛЬНЫХ РАСТВОРАХ»

КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 76, № 3, с. 403-406

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 541.182+661.185

ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНА E НА МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ ПЕНТАДЕЦИЛСУЛЬФОНАТА НАТРИЯ В ЭТАНОЛЬНЫХ РАСТВОРАХ

© 2014 г. Л. Р. Арутюнян

Ереванский государственный университет, химический факультет Армения, 0025 Ереван, ул. А. Манукяна, 1 lusinehar@ysu.am Поступила в редакцию 18.10.2013 г.

Изучено влияние витамина Е на мицеллообразование анионного поверхностно-активного вещества, пентадецилсульфоната натрия, в этанольных растворах. Рассчитаны термодинамические параметры мицеллообразования и свободная энергия перехода витамина Е из этанола в мицеллярный этанольный раствор. Установлено, что с ростом температуры и концентрации витамина Е мицелло-образование пентадецилсульфоната натрия в этанольных растворах затрудняется.

Б01: 10.7868/80023291214030021

ВВЕДЕНИЕ

Мицеллообразование поверхностно-активных веществ (ПАВ) в неводных растворителях широко изучается [1—11]. В органических растворителях движущей силой мицеллообразования являются сольвофобные взаимодействия, аналогичные гидрофобным взаимодействиям в водной среде: в этом и состоит основное различие [12—14]. Изучение мицеллообразующих свойств ПАВ в неводных растворителях, в основном, фокусируется на двух аспектах: 1) что требуется от растворителя для мицеллообразования ПАВ и 2) какими структурными свойствами обладают образованные мицеллярные системы. В этом направлении проведены многочисленные исследования. Например, хорошо изучено формирование мицелл в глицерине [14—16], формамиде [1, 2, 5, 17—21], этиленгликоле [14, 22—27]. Для того чтобы происходило мицеллообразование, растворитель должен иметь высокие значения энергии когезии и диэлектрической проницаемость и быть способным к образованию водородных связей [27]. Надо отметить, что последнее условие некоторыми авторами [28] считается превалирующим. Возможность растворителя образовывать водородные связи рассматривается как необходимое условие для мицеллообразования ПАВ в неводной среде. В неводных растворах, в тех случаях, если в молекуле органического растворителя существуют потенциальные центры образования водородных связей, при мицеллообразовании важную роль могут играть структурные изменения органического растворителя [27].

В данной работе изучено мицеллообразование пентадецилсульфоната натрия в этанольных растворах в присутствии витамина E.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве ПАВ применялся анионный пента-децилсульфонат натрия (ПДСН, C15H31SO3Na) фирмы VEB- Leuna, очищенный согласно [29]. Содержание основного вещества составляло не менее 99%. Витамин E (2,5,7,8-тетраметил-2-(4,8,12-триметилтридецил)хроман-6-ол, а-токо-ферол) производства Sigma-Aldrich, формула которого приведена ниже, был использован без дополнительной очистки.

Структурная формула витамина E

Витамин Е не растворяется в воде, поэтому в качестве растворителя использовали этанол, который был абсолютизирован по методике [30].

Удельную электропроводность растворов измеряли на приборе "Jenway 4330". Средняя квадратичная ошибка составляла не более 2%.

Поверхностное натяжение у растворов определяли методом максимального давления в пузырьке на приборе Ребиндера [31] и рассчитывали по формуле

404

АРУТЮНЯН

с х 103 , моль л 1

у, мН м 1 (б)

24 -

22

20 -XV

18 - \\

16 -

14 - 2 -ч а\Ч

12 -

10 - А А *

8 1 1111 1 1 1

0 0.1 0.2 0.8 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

18 С + 3 [М]

Зависимость удельной электропроводности (а) и поверхностного натяжения (б) этанольных растворов ПДСН от концентрации ПДСН при содержании витамина Е 1 х 10—5 моль л-1 и температуре 303 (1) и 313 К (2).

У = ЬН, (1)

где Ь — константа прибора, к — высота столба жидкости в манометре. Среднее значение у нахо-

дили на основании данных 5—6 измерений. Равновесное значение у получали при образовании пузырька в течение 1.5—2 мин. Образцы термо-статировали не менее 10 мин, температуру поддерживали с точностью ± 0.05°С. Средняя квадратичная ошибка не превышала 2%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Мицеллообразование существенно зависит от состава среды, наличия добавок, а также от их концентрации. В присутствии добавок в растворах ПАВ важную роль играют межмолекулярные взаимодействия, которые могут сместить равновесие между мономерными молекулами и мицеллами ПАВ. Вследствие этого будут изменяться критическая концентрация мицеллообразования (ККМ), плотность заряда на поверхности мицелл и степень компактности (размер) последних.

Значение ККМ анионного ПДСН определяли по изотермам удельной электропроводности к и поверхностного натяжения у. Измерения показали, что вид изотерм удельной электропроводности и поверхностного натяжения этанольных растворов ПДСН при разных концентрациях витамина Е аналогичен, поэтому приведены изотермы только для одной его концентрации (рисунок).

Значения ККМ при разных значениях температуры и концентрации витамина Е приведены в табл. 1. Анализ этих данных свидетельствует о том, что с ростом температуры значения ККМ растут, т.е. мицеллообразование затрудняется. Согласно литературным данным [32, 33] это является результатом разрушения структуры растворителя. Из данных, приведенных в табл. 1, следует также, что значения ККМ растут с ростом концентрации витамина Е. Одной из причин такого эффекта может являться увеличение степени диссоциации ПДСН в присутствии витамина Е. Степень диссоциации ПДСН а в системе ПДСН—ви-тамин Е—этанол определяли методом Фраама [22] по следующему уравнению:

а = Б2/(2)

Таблица 1. Значения ККМ ПДСН в этанольных растворах в отсутствие и в присутствии витамина Е при разной температуре

Таблица 2. Влияние температуры и концентрации витамина Е на степень диссоциации а ПДСН в этаноль-ных растворах

[Витамин Е] х 105, моль л—1 ККМ х 10 3, моль л —1 [Витамин Е] х 105, моль л—1 а

298 К 303 К 308 К 313 К 298 К 303 К 308 К 313 К

0.0 2.63 3.25 3.35 3.45 0.0 0.707 0.649 0.566 0.525

1.0 2.90 3.35 3.42 3.46 1.0 0.792 0.654 0.616 0.582

2.5 3.10 3.42 3.50 3.56 2.5 0.855 0.840 0.793 0.697

5.0 3.43 3.50 3.60 3.63 5.0 0.910 0.901 0.835 0.716

7.5 3.48 3.56 3.68 4.77 7.5 0.989 0.922 0.877 0.732

ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНА E НА МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ

405

Таблица 3. Значения свободной энергии мицеллообразования Гиббса АО энтальпии мицеллообразования АН и энтропии мицеллообразования А5 ° в системе ПДСН—витамин Е—этанол

un О 298 К 303 К 308 К 313 К

X W К _ Г« S § а ¡ AG кДж моль-1 АН кДж моль-1 AG кДж моль-1 АН кДж моль-1 AG кДж моль-1 АН кДж моль-1 AG кДж моль-1 АН кДж моль-1 А5 Дж моль-1

0.0 1.0 2.5 5.0 7.5 -31.92 -29.53 -22.80 -20.19 -18.26 -141.46 -63.32 -134.26 -156.14 -192.43 -33.19 -29.97 -24.75 -23.39 -20.24 -144.57 -64.33 -138.07 -161.62 -197.33 -35.70 -30.60 -26.11 -25.11 -23.69 -148.92 -65.53 -141.30 -165.62 -203.70 -37.21 -31.21 -28.58 -27.22 -26.85 -152.27 -66.70 -145.64 -170.07 -209.79 -367.6 -113.4 -374.0 -456.2 -584.5

где S2 и S — тангенсы углов наклона изотерм удельной электропроводности выше и ниже ККМ соответственно. Рассчитанные значения степени диссоциации ПДСН в этанольных растворах в отсутствие и в присутствии витамина E приведены в табл. 2.

Исходя из значений ККМ и степени диссоциации а, рассчитали термодинамические параметры мицеллообразования в растворах ПДСН—витамин E—этанол согласно следующим уравнениям [34]:

AG° = (2 -a)RTln Nkkm, (3)

AG° = АН° - TAS(4)

где A G ° — свободная энергия мицеллообразования Гиббса, АН ° — энтальпия и AS ° — энтропия мицеллообразования. Рассчитанные значения термодинамических параметров мицеллообразо-вания приведены в табл. 3. В изученной системе свободная энергия мицеллообразования Гиббса отрицательна. Это означает, что мицеллообразо-вание является самопроизвольно протекающим процессом. С ростом концентрации витамина E отрицательные значения АО° уменьшаются, указывая на то, что образование мицелл ПДСН в эта-

Таблица 4. Значения свободной энергии перехода АО°г для системы ПДСН—витамин Е—этанол при разной температуре

[Витамин E] х 105, моль л 1 AGt°, кДж моль 1

298 К 303 К 308 К 313 К

1.0 2.39 3.22 5.10 6.00

2.5 9.12 8.44 9.59 8.63

5.0 11.73 9.80 10.59 9.99

7.5 13.66 12.95 12.01 10.36

нольных растворах затрудняется в присутствии витамина E. Об этом свидетельствуют также значения

свободной энергии перехода AGt° витамина E из этанола в мицеллярный этанольный раствор [35]:

AG° = (AG°)E+alc - (AG°)alc, (5)

где (AG °)E+alc и (AG °)alc — свободные энергии мицеллообразования Гиббса ПДСН в этаноле в присутствии и в отсутствие витамина E соответственно.

Рассчитанные значения AGt° приведены в табл. 4, из которой следует, что они положительны и растут с ростом концентрации витамина E; таким образом, переход мономерных молекул ПАВ в мицеллы затрудняется в присутствии витамина E.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. AkhterM.S., Alawi S.M. // Colloids Surf. А. 2000. V. 175. P. 311.

2. Akhter M.S., Alawi S.M. // Colloids Surf. А. 2003. V 219. P. 281.

3. Akhter M.S., Alawi S.M. // Colloids Surf. А. 2000. V 164. P. 247.

4. Akhter M.S., Alawi S.M. // Colloids Surf. А. 2000. V 173. P. 95.

5. Feng Q., Wang H, Zhang S., Wang J. // Colloids Surf. А. 2010. V. 367. P. 7.

6. Seguin C., Eastoe J., Heenan R.K., Grillo L. // Lang-muir. 2007. V. 23. P. 4199.

7. Seguin C., Eastoe J., Rogers S., Hollamby M., Dal-gliesh R.M. // Langmuir. 2006. V 22. P. 11187.

8. Hollamby M.J., Tabor R., Mutch K.J., Trickett K., Eastoe J., Heenan R.K., Grillo I. // Langmuir. 2008. V. 24. P. 12235.

9. Li G.-L., Gao Y.-A., Li X.-W, Liu J, Zheng L.-Q, Xing H., Xiao J.-X. // J. Colloid Interface Sci. 2010. V. 342. P. 372.

10. Moyá M.L., Rodríguez A., Del Mar Graciani M., Fernández G. // J. Colloid Interface Sci. 2007. V. 316. P. 787.

406

АРУТЮНЯН

11. Das J., Ismail K // J. Colloid Interface Sci. 2009. V 337. P. 227.

12. Singh H.N., Saleem S.M., Singh R.P., BirdiKS. // J. Phys. Chem. 1980. V 84. P. 2191.

13. Franks F. Water Comprehensive Treatise. New York: Plenum Press, 1975.

14. Palepu R., Gharibi H, Bloor D.M., Wyn-Jones E. // Langmuir. 1993. V. 9. P. 110.

15. Friberg S.E., Ward A.J.I., Larsen D.W. // Langmuir. 1987. V. 3. P. 735.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком