Беттік активті заттардың құрылымын, жіктелуін сипаттаңыз

Беттік активті заттар -OH, -COOH, -O функционалды топтары мен гидрофильді және гидрофобты компоненттері бар органикалық заттар. Беттік активті заттар—фаза (орта) бөлімінің бетінде оның бос энергиясын (беттік керілуді) төмендетіп, жинақталуға қабілетті заттар. Беттік активті заттар өнеркәсіпте (мысалы, флотация кезінде) қолданылады, жуғыш заттардың, лактар мен бояқтардың, пестицидтердің, тамақ өнімдерінің құрамына кіреді.

Беттік активті заттарорта қасиетін күшті өзгертеді, тіршілік процестеріне теріс әсер етеді.

Сонымен қатар беттік активті заттар дегеніміз еру кезінде еріткіштің беттік керілуін төмендететін заттар. БАЗ молекулаларының дифильділігі, яғни оларда полярлы (гидрофильді) және полярлы емес (липофильді, гидрофобты) бөлшектердің болуы – бұл молекулаларға ерекше қасиет беретін молекула құрылысының өзіндік ерекшелігі. Осы дифильділіктің қарапайым шегінде түрлердің, топтардың саны мен өлшемдерінің мыңдаған функционалды комбинациялары болуы мүмкін, ол БАЗ – ды топтау қажеттілігін туғызады. Маңызды болып гидрофильді топтардың ионогенді қасиеттері бойынша топтау табылады, ол БАЗ-дың 5 түрін көрсетеді:

1)Анионды (анион-активті)-полярлы еріткіште беттік активті анионды түзе отырып, диссоциацияланатын БАЗ;

2)Катионды (катион-активті) беттік активті катиондарды түзе отырып, диссоциацияланатын БАЗ;

3)Амфотерлі БАЗ (амфолитті) олардың молекулалары бірнеше полярлы топтарды құрайды және диссоциация кезінде сыртқы жағдайға байланысты (ең алдымен сулы ерітіндідегі рН мәніне) беттік активті аниондар мен катиондар беруге қабілетті;

4)Цвиттер ионды БАЗ- олардың полярлы топтары цвиттер иондар болып табылады;

5)Ионды емес БАЗ (ионогенді емес).

Алғашқы 3 түрі көбінде ионды (ионогенді) БАЗ деген ортақ атпен біріктіріледі. Цвиттер ионды БАЗ ионды және ионды емес БАЗ-дың арасындағы аралық орынды алады: бірақ, жалпы олардағы полярлы топ электробейтарап, оның қарама-қарсы зарядтары кеңістікте молекуланың басқа құрылымдық элементтерімен алшақтатылған.

Эффективті БАЗ тек дифильді қосылыс болып қана қоймай , сонымен қатар оптимальды гидрофильді – липофильді балансты қосылыстар да болуы керек (ГЛБ), сондай-ақ белгілі бір баланс жасаумен қатар, гидрофильді және липофильді күштер шамасы да маңызды. БАЗ молекулаларының құрылысының мұндай ерекшеліктері БАЗ-дың ерітінділерінде мицелло түзу қабілетімен анықталады.

1.Сабын – тілімізге арабтың «сабун» деген сөзінен енген кірме сөз. Сілтінің, сақардың және майдың қосындысынан жасалған, суда еритін кір жууға арналған кесек немесе қоймалжың сұйық зат. Бүгінде сабынның сан түрлі атаулары бар. Сабын өндірісі бұдан 6000 жыл бұрын жүзеге асқанын археолог-ғалымдар дәлелдеп отыр. Сабынның адам баласына ертеден белгілі екендігі туралы Рим дәрігері Гален шығармаларында жазылған. Оны көп мөлшерде өндіру ХІХ ғасырда сода тәсілі табылғаннан кейін жедел өркендеді. Орта ғасырларда сабын өндіру жөнінен Марсель портты қаласының аты шықты. Ресейде сабын І Петр дәуірінде пайда болып, ХІХ ғасырдың ортасына дейін ақсүйектерге ғана белгілі болды. Қазақ арасында сабын сөзі одан әлдеқайда ертерек пайда болғанын мына мысалдардан аңғаруға болады. Мәселен, Бұқар жырау (1668-1791 жж) өлеңдерінде мынандай жолдар бар екен:

Қара қойдың терісін,

Сабындап жусаң ағармас…

Одан кейінірек Шал ақын Құлекеұлы (1748-1818 жж) былай депті:

Сабының сақар болды дені келін,

Көрмедің шыбын құрлы мені келін

Сабын — жоғары май қышқылдарының тұздары. Жалпы химиялық формуласы: RCOONa. Тарихта сабын туралы мәліметтер ерте кезден белгілі. Мысалы, римдіктердіңсабын қайнатқаны туралы дәрігер Галеннің шығармаларында жазылған; Әбу Әли ибн Сина өз қолжазбаларында шығыс елдерінде сабын қолданылғаны жәнеВизантияда сабын жасалғандығы туралы мәлімет берген. Ал скифтердің жуғыш заттар қолданғандығы туралы Геродот жазған. 9 — 10 ғасырларда Орта АзияныңАсбара (Исфара), Бахи, Термез қалаларында сабын сатылып, моншалар салынған. Сабынды көп мөлшерде өндіру 19 ғасырда сода алу әдісі ашылған соң өркендей бастады. Сабын — кристалл C-та балқиды; ыстық суда,°қатты заттар, 220 — 270 органикалық еріткіштерде жақсы ериді. Судағы ерітінділерінің беттік актив заттар ретінде жуғыш қасиеті бар, себебі сабын әлсіз қышқыл және күшті негіздің тұзы болғандықтан гидролизге R—COOH+ +NaOH. Мұндағы R радикал, егер ол кіші мән H, CH3, C2H5, C3H7-ге тең болса сабын жақсы еріп, жуғыштығы жоғары болады. Қарапайым сабын — карбон қышқылдарының тұздары. Оларды®ұшырайды. Мысалы, RCOONa+HOH глицерин мен әр түрлі май қышқылдарының эфирлері болып саналатын табиғи майлардан (өсімдік, жануар, балық майлары) алады. Қазақтар жануар майын алабұта, балаты қурайы, сексеуіл шырпысы немесе басқа өсімдік күлімен (сақар) араластырып, қайнату арқылы қолдан сабын жасаған. Өнеркәсіптік жолмен сабын алу үшін көптеген шикізаттар (өсімдік майы, жануар майы, KOH, сода, NaOH, сақар, конифоль, нафтен, т.б.) қолданылады. Майдың гидролизінен алынған ерітінді қатайғанда, глицерині бар сабын түзіледі. Оған ас тұзын қосқанда қатты сабын алынады. Құрамында май қышқылдарының тұзы мен органикалық және бейорганикалық қосымша заттар болатын кір сабын, 72%-ды қатты сабын, хош иісті заттардан тұратын иіс сабын, медицинада қолданылатын арнайы сабын тәрізді түрлері бар. Тоқыма, былғары, металлургия өнеркәсібінде, сондай-ақ, зиянды жәндіктерге қарсы күресте препараттар дайындауда техникалық сабын қолданылады

Сабын молекуласы

Сабын молекуласы–кішкене бақаға ұқсайтын құрылымдар.Әрбір молекуланың екі ұшы бар, бір ұшы құйрық сияқты ұзын полюссіз және гидрофобиялық көмірсутек шынжыры, ал екінші ұшы басы сияқты қысқа полюсті және гидрофильді карбоксильді ион болады. Молекулардың гидрофобиялық қасиеті молеклалардың суда ерімейтін, алайда майда ери алатын ерекшіліктеріне байланысты айтылса, гидрофильдік қасиеттері заттың суда еритін, алайда майда ерімейтін ерекшіліктеріне қатысты айтылады. ==Майлы қышқылдар== Сабындарда стеарин, пальмитин және олеин қышқылдары секілді қаныққан және қанықпаған майлы қышқылдардың натрий және калий сияқты минералды тұздарынан тұрады.Мұндай қышқылдарда 10-20 көміртегі атомынан тұратын ұзын көмірсутекті тізбек және карбоксильді топ бар. Стеарин және пальмитин қышқылдары жалғыз байланыстардан тұратын қаныққа майлы қышқылдарға жатады. Олеин және линол қышқылдары бір немесе бірнеше қос байланыстан тұратын қанықпаған майлы қышқылдарға жатады.

Сабынмен тазалау

Сабын тазалау процесі барысында механизм бойынша жұмыс істейді. Сабынды сумен араластырып шайқағанда, сабын ерітіндісі концентраты түзіліп, көбік пайда болады.Көбік сабын молекулаларынан су бетінде жалғыз молекулалық қабықшаның пайда болуына ықпал етіп, олардың матаға кіруіне септігін тигізеді.Сабын молекуласының гидрофобиялық ұшы матаға сіңген кірді немесе майды қоршап алады.Ал, екінші жағынан, гидрофильді ұшы суды кірден алшақтатады. Кірді немесе майды қоршап тұрып, кір бөдшектерінен жұмсаратын сабын молекулаларының шоғыры мицелла деп аталады. Сабындарды кермек сула қолданбаған жөн.

Сабындану

Сабындану дегеніміз— химиялық реакция басында майларды гидролиздеу жолымен сабын жасау процесі. Сабындану процесі кезінде триглицеридтер натрий немесе калий гидроксидімен реакцияға түсіп, глицерин мен сабын деп аталатын майлы қышқыл түзеді. Сабындану реакциясы барысында күшті қышқылдар немесе негіздер катализатор ретінде қолданылады.

Ұнтақтардың қасиеті

· Синтетикалық ұнтақтар сабындарға қарағанда суда жақсы ериді.

· Олар сабындарға қарағанда тазалау әрекеті бойынша күштірек.

· Олар биологиялық ыдырауға түспейтін болғандықтан судың ластануына әкеледі.

· Олар қатты суда ерімейтін тұнба жасамайды.

Қызықты мәліметтер

Жібек және жүн маталарды сабынмен күнделікті жууға болмайды. Ондаға сілтілер мата талшықтарынан бүлдіруі мүмкін.

1. Сабын алу. Сабындану реакциясын майды натрий гидроксидімен немесе натрий карбонатымен қыздыру арқылы жүргізеді. Реакция нәтижесінде глицерин мен жоғары карбон қышқылының натрий тұзы (сабын) түзіледі:

май + NaOH → глицерин + сабын

Түзілген сабынды бөліп алу үшін реакция өнімдеріне натрий хлоридін қосады, сонда сабын қоспаның бетіне қалқып шығып, глицерин астында қалады. Сабынды жинап алады және пішін береді. Сабын жасағанда жоғары май қышқылы тұзынан (RCOOMe) басқа оған — хош иісті заттар, бояулар, антисептиктер және т.б. заттар қосады.

2. Соңғы кезде майды үнемдеу мақсатында сабын алу үшін мұнай өнімдері құрамындағы көмірсутектерден карбон қышқылын алады:

2С₃₆Н₇₄ + 5O₂ → 4С₁₇Н₃₅СООН + 2Н₂O

Түзілген қышқылдарды бейтараптау арқылы сабын алынады:

С₁₇Н₃₅СООН + NaOH → C₁₇H₃₅COONa + Н₂O (натрий стеараты (қатты сабын))

С₁₇Н₃₅СООН + Na₂CO₃ → C₁₇H₃₅COONa + Н₂O + СO₂ (натрий стеараты)

Карбон қышқылы тұздарының (сабынның) гидролизі кезінде сілті түзіледі:

С₁₇Н₃₅СОО^- + Na⁺ + НОН → С₁₇Н₃₅СООН + Na⁺+ ОН^-

Сілті майлы заттарды ыдыратады, ал карбон қышқылы — беттік белсенді зат (ББЗ) (43-сурет). Ол екі сұйықтың немесе сұйық пен газ шекарасында беттік керілуді төмендететін зат. ББЗ болу үшін оның құрамындағы топтар әр түрлі затпен әрекеттесуі керек. Карбон қышқылы молекуласының беттік белсенді заты су мен органикалық сұйықтық шекарасында. Карбон қышқылында гидрофобты (гр. hydro — су және phobos — қорқады) көміртек қалдығы және гидрофильді (гр. hydro — су және рһіlіо — сүйеді, ұнатады) карбоксил тобы бар. 44-суретте сабынның жуғыш қасиеті көрсетілген. Сабын молекуласы екі бөліктен тұрады, көмірсутек тізбегі майдың құрамында, ал —COONa⁺ тобы суда болады.

Сабындардың жуғыш қасиеті — жуылатын беткейлердегі жабысқан кір бөлшектерін эмульсия, суспензия түріне ауыстыра алатын мүмкіндігіне байланысты.
Кермек суда сабын "іріп кетеді" де, кір ашылмайды. Себебі кермек суда карбон қышқылының кальций, магний тұздары тұнбаға түседі:

2C₁₇H₃₅COONa + СаСl₂ → (С₁₇Н₃₅СОО)₂Са↓ + 2NaCl

Сабынның суда еруі кезінде жоғары қышқылдармен сілті түзе гидролиздену процесі бірге жүреді. Бұл жағдай матаға зиянды әсерін тигізеді:

C₁₇H₃₅COONa + Н₂O → С₁₇Н₃₅СООН +NaOH

Жоғары карбон қышқылдары тұздарының қолданылуы жуғыш заттар ретінде шектелмейді. Кальций тұзын мұнай майларына қосып, солидол жағар майын алады. Тығыз маталарды алюминий сабынымен (тұзымен) өңдеп, су өткізбейтін брезенттер жасайды. Қорғасын, марганец сабындарын майлы бояулар дайындағанда пайдаланады. Қазіргі кезде синтетикалық жуғыш заттар кеңінен қолданылуда. Синтетикалық жуғыш заттар (СЖЗ), негізінен, алкилсульфаттардың натрий тұзынан тұрады. RO — SO₂— ONa. R — құрамында 8—18 көміртек атомы бар көмірсутек радикалы.
СЖЗ алу үшін әуелі спирт пен күкірт қышқылын әрекеттестіріп, күкірт қышқылының күрделі эфирін алады:

R — OH + HO — SO₂— OH → R — О — SO₂ — OH + H₂O

Түзілген алкилсульфаттан күрделі эфирдің натрий тұзын алады:

R — О — SO₂ — OH + NaOH → R — O — SO₂— ONa + H₂O

СЖЗ күкіртсутектің ұзын тізбегі (R) мен ерігіш функционалдың топтан тұратындықтан, сабын сияқты жуғыштық қасиеті жоғары. Сабыннан айырмашылығы — кальций мен магний тұздары ерігіш болғандықтан, жуғыштық қасиетін кермек суда да жоймайды. Синтетикалық жуғыш заттар өте баяу айырылады, сондықтан табиғатқа, қоршаған ортаға, тірі организмдерге зиян тигізуі мүмкін. Сол себепті акаба (кір) суларды тұндырғыштарда тұндырып, балдырларда болатын биологиялық бактериялар көмегімен тотықтыру арқылы тазалайды. Бұл кезде органикалық заттарды көмірқышқыл газы мен суға дейін ыдыратады. Алкилсульфаттар мен алкилсульфонаттарды ыдырататын бактериялар штамдары әзірленген, осылар арқылы микробиологиялық тазарту іске асады. Сабындар жоғары карбон қышқылдарынъш (палъмитнн және стеарин) калий және натрий тұздары. Сабындар қатты және сұйық болады. Сабын кермек суда "іріп" кетіп, кір ашылмайды. Синтетикалық жуғыш заттардың кір алғыштығы сабыннан жоғары, бірақ қоршаған ортаға зиян тигізуі мүмкін.