Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
Polecenie 1

Czy wiesz, co to jest punkt Kraffta? I co ma wspólnego z surfaktantami? Zapoznaj się z grafiką, a następnie spróbuj wykonać ćwiczenie 1.

R16LUpB6mCxpQ1
Grafika dotyczy punktu Kraffta a surfaktantów. Na ilustracji jest wykres zależności temperatury od stężenia surfaktantu w molach na decymetr sześcienny. Krzywa łagodnie wznosi się do góry, po czym biegnie w prawo nad osią stężenia surfaktantu. Przez punkt, znajdujący się w połowie krzywej, poprowadzono trzy linie przerywane. Opisano: Punkt Kraffta to temperatura, w której drastycznie wzrasta rozpuszczalność jonowych środków powierzchniowo czynnych w wodzie. Mówiąc ściślej, punkt Kraffta definiuje się jako punkt potrójny krzywej rozpuszczalności monomeru środka powierzchniowo czynnego, krzywej temperatury CMC i linii przejścia fazowego (Tc) uwodnionych ciał stałych do miceli i/lub ciekłych kryształów. Na ilustracji dwie warstwy cząsteczek. Pod powierzchnią wody układają się rzędem częściami hydrofilowymi do góry. Podpis: uwodnione ciało stałe. Na powierzchni wody ustawione są częściami hydrofobowymi do góry. Nad nimi znajdują się surfaktanty ustawione ogonami w dół. To wytrącony surfaktant. Rysunek znajduje się pod krzywą rozpuszczalności. Opis: Ponieważ środki powierzchniowo czynne nie działają, dopóki nie zostaną rozpuszczone, znajomość punktu Kraffta środka powierzchniowo czynnego jest niezbędna do opracowania formulacji. Gdy roztwór środka powierzchniowo czynnego jest niższy niż punkt Kraffta i wyższy niż CMC, tworzy uwodnioną substancję stałą dwuwarstwową, a jeśli jest wyższy niż punkt Kraffta i wyższy niż CMC, tworzy micele. Oznaczanie CMC środka powierzchniowo czynnego wymaga trudnych i wymagających procesów, takich jak ocena rozpuszczalności i zależności temperaturowej. Jednak punkt Kraffta jest uważany za punkt topnienia uwodnionego ciała stałego środka powierzchniowo czynnego, i ta koncepcja jest często stosowana do określenia punktu Kraffta. Przy punkcie styku linii przerywanej na krzywej jest opis: Podobnie jak punkt zmętnienia, na punkt Kraffta wpływają zarówno grupy hydrofilowe, jak i lipofilowe. Na przykład, gdy grupa hydrofilowa jest identyczna, punkt Kraffta wzrasta, a rozpuszczalność w wodzie maleje, gdy zwiększają się węgle w łańcuchu alkilowym. Ponadto wzrasta rozpuszczalność w wodzie, a punkt Kraffta zmniejsza się, gdy grupy polarne są dodawane do grupy nienasyconej. Jeśli grupa lipofilowa jest identyczna, rozpuszczalność zmienia się wraz z liczbą i pozycją grup hydrofilowych, a gdy grupa hydrofilowa znajduje się bliżej środka łańcucha alkilowego, rozpuszczalność ma tendencję do wzrostu. Na punkt Kraffta duży wpływ mają również przeciwjony. Zasadniczo punkt Kraffta zmniejsza się, a rozpuszczalność wzrasta, jeśli stopień hydratacji przeciwjonu jest wyższy. Nad krzywą rozpuszczalności znajduje się micela – kulista struktura, którą tworzą surfaktanty. Części hydrofilowe ustawiają się na zewnątrz. Opisano: Linia temperatury krytycznego stężenia miceli. Krytyczne stężenie miceli (CMC) to stężenie, w którym środki powierzchniowo czynne tworzą micele. Po dodaniu surfaktantów do wody cząsteczki wody wokół grup hydrofobowych tworzą strukturę góry lodowej, powodując zmniejszenie entropii cząsteczek wody. Wraz ze wzrostem stężenia i wzrostem liczby cząsteczek środka powierzchniowo czynnego grupy hydrofobowe spotykają się i zaczynają się łączyć, powodując zapadnięcie się struktury góry lodowej i uwolnienie wolnej wody. Po uwolnieniu wolnej wody wzrasta entropia cząsteczek wody (spadek entropii spowodowany przez połączenie węglowodorów jest znacznie mniejszy niż wzrost entropii wody), a energia ta powoduje micelizację. Po lewej stronie miceli, przed linią temperatury krytycznego stężenia miceli, jest roztwór rzeczywisty, a w nim pojedyncze cząsteczki surfaktantu.
Grafika interaktywna pt. „Punkt Kraffta a surfaktanty”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., Y. Nakama, 2017, Cosmetic Science and Technology, Elsevier., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 2

Czy wiesz, jakie zastosowania mają środki powierzchniowo czynne? Czy potrafisz podać ich przykłady? Poniższa grafika przedstawia surfaktanty używane w codziennym życiu. Zapoznaj się z grafiką interaktywną, a następnie wykonaj ćwiczenia 2 i 3.

R17l77RvmzQpR1
Grafika interaktywna dotycząca przykładów i zastosowania środków powierzchniowo czynnych. Po lewej stronie grafiki na ilustracji znajduje się wzór półstrukturalny cząsteczki, w której łańcuch składa się z dziewięciu atomów węgla, ośmiu cząsteczek wodoru, z jednej grupy metylowej. Na końcu łańcucha po prawej stronie jest grupa COO. Jeden atom tlenu łączy się z atomem węgla wiązaniem podwójnym, drugi pojedynczym. Drugi atom tlenu to anion. Opis: W strukturze amfifilowej są grupy o przeciwnych właściwościach, jedna grupa o powinowactwie do wody i grupa o powinowactwie do lipidów. Od wzoru biegnie strzałka w dół. Przy strzałce napis: w wodzie. Pod strzałką znajduje się wzór półstrukturalny, w którym łańcuch składa się z dziewięciu atomów węgla, ośmiu cząsteczek wodoru, z jednej grupy metylowej. Na końcu łańcucha po prawej stronie jest grupa COO. Jeden atom tlenu łączy się z atomem węgla wiązaniem podwójnym, drugi pojedynczym. Drugi atom tlenu to anion. Obok jest kation sodu opisany jako przeciwjon. Łańcuch bez grupy COONa zaznaczono jako grupa lipofilowa. Opis: Inaczej grupa hydrofobowa. Jest to fragment cząsteczki wykazujący powinowactwo do tłuszczów. 1. Grupa COONa to grupa hydrofilowa. Opis: Jest to fragment cząsteczki wykazujący powinowactwo do wody. 2. Kation sodu to przeciwjon. Opis: Jest to jon towarzyszący innemu jonowi w celu zachowania neutralności elektrycznej, na przykład w soli kuchennej (NaCl) jon sodu (naładowany dodatnio) jest przeciwjonem jonu chloru (naładowany ujemnie) i odwrotnie., Po prawej stronie ilustracji opisano cztery rodzaje surfaktantów: anionowe, kationowe, amfoteryczne, niejonowe. 1. Surfaktanty anionowe. Wzór: grupa C H 3 C H 2 łączy się za pomocą trzech kropek z taką samą grupą, ta z kolei łączy się z anionem O S O 3 . Tę grupę zakreślono. Opis: Surfaktanty anionowe to związki, w których grupa hydrofilowa dysocjuje na aniony w roztworach wodnych. Przedstawicielami tej grupy są siarczan alkilowy i mydła. Substancje te znalazły zastosowanie jako składniki płynów do mycia naczyń, środków do prania oraz szamponów. Na zdjęciu w wodzie z pianą są zanurzone kolorowe szklanki., 2. Surfaktanty kationowe. Wzór: grupa C H 3 C H 2 łączy się za pomocą trzech kropek z taką samą grupą. Ta z kolei łączy się z atomem azotu (kationem), który łączy się z trzema grupami metylowymi. Tę grupę zaznaczono. Opis: Surfaktanty kationowe, to grupa związków, w których grupa hydrofilowa dysocjuje na kationy w roztworach wodnych. Przedstawicielami tej klasy substancji są czwartorzędowe sole amoniowe. Znalazły zastosowanie jako zmiękczacze do tkanin (np. w produkcji maskotek) i dodatki antystatyczne. Na zdjęciu znajdują się trzy maskotki – misie siedzące na łóżku., 3. Surfaktanty amfoteryczne. Wzór: grupa C H 3 C H 2 łączy się za pomocą trzech kropek z taką samą grupą. Ta z kolei łączy się z atomem azotu (kationem), który łączy się z dwiema grupami metylowymi i jedną grupą metylenową. Grupa metylenowa łączy się z anionem COO. Opis: Surfaktanty amfoteryczne (zwiterrjonowe), w których grupy hydrofilowe dysocjują na aniony i kationy często w zależności od pH. Przedstawicielami są betainy, amfooctany, które znalazły zastosowanie w produkcji kosmetyków. Ich wadą jest cena. Zdjęcie przedstawia paletę z cieniami do powiek., 6. Surfaktanty niejonowe. Wzór: grupa C H 3 C H 2 łączy się za pomocą trzech kropek z taką samą grupą. Ta z kolei łączy się z grupą C H 2 C H 2 n H . Opis: W surfaktantach niejonowych część aktywna powierzchniowo nie ma żadnego widocznego ładunku jonowego. Przedstawicielami są etoksylowany alkohol alifatyczny, polioksyetylenowane środki powierzchniowo czynne, które stosowane są jako zwilżające powłoki oraz składniki żywności.
Grafika interaktywna pt. „Przykłady i zastosowania środków powierzchniowo czynnych”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., Y. Nakama, 2017, Cosmetic Science and Technology, Elsevier., licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 1
RTPzX2G8DOK9p
Wybierz prawidłowe odpowiedzi opisujące punkt Kraffta. Możliwe odpowiedzi: 1. Punkt Kraffta to temperatura, w której drastycznie wzrasta rozpuszczalność jonowych środków powierzchniowo czynnych w wodzie., 2. Punkt Kraffta to temperatura, w której drastycznie wzrasta rozpuszczalność jonowych surfaktantów w wodzie., 3. Punkt Kraffta to temperatura, w której drastycznie wzrasta rozpuszczalność niejonowych środków powierzchniowo czynnych w wodzie., 4. Punkt Kraffta to temperatura, w której drastycznie wzrasta rozpuszczalność jonowych środków powierzchniowo czynnych w rozpuszczalnikach organicznych.
Ćwiczenie 2
R1dSuztNsXHlE
Przyporządkuj definicje do ich określeń. Surfaktanty Możliwe odpowiedzi: 1. skłonność cząsteczek chemicznych do odpychania od siebie cząsteczek wody., 2. skłonność cząsteczek chemicznych do łączenia się z wodą., 3. organiczne związki chemiczne, w których aktywna część powierzchniowa nosi ładunek ujemny np. grupę karboksylową, sulfonianową lub siarczanową., 4. związki powierzchniowo czynne, które obniżają napięcie powierzchniowe cieczy. Surfaktanty anionowe Możliwe odpowiedzi: 1. skłonność cząsteczek chemicznych do odpychania od siebie cząsteczek wody., 2. skłonność cząsteczek chemicznych do łączenia się z wodą., 3. organiczne związki chemiczne, w których aktywna część powierzchniowa nosi ładunek ujemny np. grupę karboksylową, sulfonianową lub siarczanową., 4. związki powierzchniowo czynne, które obniżają napięcie powierzchniowe cieczy. Hydrofilowość Możliwe odpowiedzi: 1. skłonność cząsteczek chemicznych do odpychania od siebie cząsteczek wody., 2. skłonność cząsteczek chemicznych do łączenia się z wodą., 3. organiczne związki chemiczne, w których aktywna część powierzchniowa nosi ładunek ujemny np. grupę karboksylową, sulfonianową lub siarczanową., 4. związki powierzchniowo czynne, które obniżają napięcie powierzchniowe cieczy. Hydrofobowość Możliwe odpowiedzi: 1. skłonność cząsteczek chemicznych do odpychania od siebie cząsteczek wody., 2. skłonność cząsteczek chemicznych do łączenia się z wodą., 3. organiczne związki chemiczne, w których aktywna część powierzchniowa nosi ładunek ujemny np. grupę karboksylową, sulfonianową lub siarczanową., 4. związki powierzchniowo czynne, które obniżają napięcie powierzchniowe cieczy.
Ćwiczenie 3
R1NcIIdoa69Cc
Jakie zastosowanie mają surfaktanty amfoteryczne? Możliwe odpowiedzi: 1. Stosowane są do produkcji kosmetyków., 2. Stosowane są do produkcji detergentów., 3. Stosowane są do produkcji mydeł w płynie., 4. Stosowane są do produkcji środków do zmiękczania tkanin.