Поверхностно-активные

М. Демина

Как много интересного можно прочитать на коробке обыкновенного стирального порошка, на флаконе жидкого мыла или шампуня! Пропустим красочную, в картинках инструкцию по применению, а также обещания чистоты и свежести выстиранного белья и обратим внимание на состав продукта. Если это стиральный порошок, то в длинном списке ингредиентов мы обязательно увидим коротенькое слово, написанное заглавными буквами, — ПАВ. Это общепринятое сокращение для поверхностно-активных веществ — большой группы органических соединений, относящихся к разным классам, которые способны понижать поверхностное натяжение воды. В роли ПАВ могут выступать жиры, сложные эфиры и соли жирных кислот, полисахариды и др. Есть у них и другое название — сурфактанты (от англ. surface active agent — поверхностно-активный агент). ПАВ — основа любого моющего средства, его «рабочая лошадка».

pic_2009_06_65.jpg
Иллюстрация: Г. Гончаров

Нальем воду на загрязненную поверхность, например жирное пятно на ткани. Вода соберется в капельки, которые будут кататься по пятну, не смачивая его. Если же в воду добавить ПАВ (скажем, обыкновенное мыло), то раствор хорошо смочит загрязнение и смоет частички грязи. Но это еще не все. Те же ПАВ удержат грязь в растворе и не дадут ей снова осесть на ткань. Почему так происходит? Замечательные свойства ПАВ определяются строением их молекул. Молекула любого ПАВ состоит из двух частей: гидрофильной («любящей воду») и гидрофобной («боящейся воды»). Такие молекулы всегда располагаются на границе раздела двух фаз (например, воды и масла) таким образом, что гидрофильная часть молекулы направлена к воде, а гидрофобная — ко второй фазе системы, маслу. В результате значительно уменьшается поверхностное натяжение воды, ее поверхность как бы дробится, и она свободно проникает в жировое пятно.

А что будет, если мы увеличим концентрацию ПАВ и молекул станет так много, что им не хватит «места под солнцем», то есть на поверхности раздела? Вот тут начинаются настоящие чудеса. Молекулы ПАВ сами создают границу раздела: они собираются в компактные группы-ядра так, что гидрофильная часть «смотрит» в воду, а гидрофобная оказывается внутри ядра и не контактирует с водой. Такое ядро похоже на стадо оленей при нападении хищников: олени выстраиваются по окружности, выставив острые рога, а внутри круга прячутся детеныши и самки. Рога оленей — гидрофильная часть молекулы, а хвосты — гидрофобная. Такие ядра из сотен и более молекул ПАВ называются агрегатами, или мицеллами.

Вернемся к жирному пятну на ткани. Гидрофобный кончик молекулы ПАВ пристраивается к частицам жира, отрывает их от поверхности, и вскоре они, облепленные со всех сторон молекулами ПАВ, в виде мицелл расплываются в разные стороны. Загрязнение остается в растворе. Вот так работают ПАВ в моющих средствах — мыле, порошках, шампунях, автокосметике, жидкостях для мытья посуды, зубных пастах.

«Да здравствует мыло душистое!» — мы с детства помним эти веселые стихи Чуковского. Но мыло не всегда было душистым. Долгие века его варили из отходов переработки животных жиров. В 1843 году в Германии впервые было изготовлено мыло из белого сала с новым ингредиентом — кокосовым маслом. Новый продукт был принят не сразу. Мыло не имело отвратительного запаха прогорклого жира, а значит, думали люди, плохо стирало. С тех пор и по сей день классическое туалетное мыло — это натриевая соль жирных кислот кокосового масла и говяжьего жира в соотношении 1:4.

Сейчас в косметических целях широко используются жидкие мыла и шампуни, имеющие много преимуществ перед обычным мылом. Как шутят ученые, у них только один недостаток: длинные названия. Их основа — оксиэтилированные лаурилсульфаты натрия или магния, продукты переработки пальмоядрового масла, которое наполовину состоит из лауриновой кислоты. Такие ПАВ, получаемые из растительного сырья — оливкового, пальмового, рапсового масел — с минимальной химической переработкой, производители относят к натуральным продуктам. Они отличаются мягкостью, не вызывают раздражений, поэтому их применяют для очищения чувствительной кожи лица ив косметике для детей.

Но ПАВ не только моют и стирают. Они используются в нефтегазодобывающей промышленности, в производстве минеральных удобрений. Есть пищевые ПАВ: с ними хлеб долго не черствеет, макароны не склеиваются, маргарин становится пластичным и маложирным. Смягчители и антистатики для тканей, консерванты древесины, составы для обработки кожи и мехов — все это тоже ПАВ.

Отсюда вопрос: что делать со стоками промышленных и бытовых вод, содержащими ПАВ в огромных количествах? Попадая в водоемы, они наносят ущерб природе, так как большинство этих соединений практически не разлагается. Западная Европа до сих пор помнит шапку пены, которая «украшала» воды Рейна в конце 60-х годов ХХ века. Современные способы очистки сточных вод дороги и малоэффективны, если учесть, с какой скоростью растет рынок ПАВ: сейчас их мировое потребление только в составе косметических продуктов превышает 3,5 кг на человека в год.

Нельзя ли создать такие ПАВ, которые сами разлагались бы после использования? Эта идея оказалась перспективной, и сейчас в России и за рубежом разрабатывают новые виды ПАВ, получившие название биоПАВ. При попадании в водоемы они быстро распадаются на исходные нетоксичные составляющие. Есть и другой способ решения проблемы: очистка сточных вод микробиологическим путем. Уже получены штаммы бактерий, поглощающие некоторые виды ПАВ.

Разные разности
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...
Маскировка, подсказанная цикадой
Тело цикады покрывают брохосомы. Эти структуры отлично поглощают свет, тем самым помогая ей маскироваться от животных, глаза которых видят в том числе и ультрафиолетовый свет. Используя 3D-принтер, исследователи создали искусственные аналоги брохосом...