Исследование монослоев стаериновой кислоты

ИССЛЕДОВАНИЕ МОНОСЛОЕВ СТЕАРИНОВОЙ КИСЛОТЫ

Цель:

Изучить поверхностное натяжение монослоев стеариновой кислоты при различных температурах с помощью установки Ленгмюра-Блоджетт

Задачи:

1. Познакомиться с установкой Ленгмюра-Блоджетт
2. Рассмотреть изотермы сжатия монослоев стеариновой кислоты при разных температурах
3. Составить уравнение состояния для стеариновой кислоты, т.е. зависимость π, S,T.

1) Наибольший вклад в изучение монослоев внес И.Ленгмюр. Именно с помощью установки под названием Ленгмюр-Блоджетт мы и будем исследовать поверхностное натяжение. Ленгмюр был первым, кто занялся систематическим изучением плавающих монослоев на поверхности жидкости. Он дал объяснение результатов экспериментов по снижению поверхностного натяжения водных растворов в присутствии поверхностно-активных веществ, в 1917г. Разработал конструкцию прибора для прямого измерения внутреннего давления в монослое (весы Ленгмюра) и предложил новый экспериментальный метод для изучения мономолекулярных слоев. Ленгмюр показал, что многие нерастворимые в воде амфифильные вещества, способны растекаясь по водной поверхности мономолекулярным слоем снижать ее поверхностное натяжение. Изучая зависимость поверхностного давления (поверхностное давление в монослое – отношение силы межмолекулярного отталкивания противодействующей сжатию пленки, к единичной длине монослоя (Н/м) от площади монослоя, Ленгмюр обнаружил существование различных фазовых состояний монослоя. Мономолекулярные пленки нерастворимых амфифильных веществ на поверхности жидкости получили название – Ленгмюровские пленки. В начале 30-х годов К.Блоджетт осуществила перенос мономолекулярных пленок нерастворимых жирных кислот на поверхность твердой подложки, получив таким образом мультислойные пленки. Подход Блоджетт, основанный на методике Ленгмюра, получил название технологии Ленгмюра-Блоджетт, а полученные таким способом пленки – пленки Ленгмюра-Блоджетт. В состав установки для изучения пленок Ленгмюра и получения пленок Ленгмюра-Блоджетт входят следующие основные блоки: емкость, в которой находится жидкость (субфаза), называемая ванной, поверхностные барьеры, движущиеся встречно-согласованно по краям ванны, электронные весы Вильгельми, для измерения величины поверхностного давления в монослое, устройство перемещения подложки. Для измерения поверхностного давления в монослое в современных установках Ленгмюра-Блоджетт используется датчик поверхностного давления – электронные весы Вильгельми. В своей работе мы изучаем поверхностное натяжение монослоя стеариновой кислоты при различных температурах с помощью установки Ленгмюра-Блоджетт и весов Вильгельми.

2)

Стеариновую кислоту используют в аналитической химии при нефелометрическом определении кальция, магния и лития, а также качестве жидкой фазы в распределительной газо-жидкостной хроматографии для разделения смеси жирных кислот. При полировании металлов стеариновая кислота является компонентом полировальных паст. Это соединение применяется не только в качестве функционального химиката, но и как химическое сырье. Например, для получения октадецилового (стеарилового) спирта, который употребляется как структурообразователь и эмолент в кремах и пеногаситель в моющих средствах. В промышленности стеариновая кислота используется также для синтеза октадециламина.

Фармакопейная стеариновая кислота широко применяется в фармацевтической промышленности. В косметической промышленности стеариновая кислота используется в качестве структурообразующего и эмульгирующего компонента в кремах.

3)В ходе работы мы использовали ионизированную воду, помещенную в ванну установки. Сделав раствор, концентрации стеариновой кислоты 3мг/мл мы нанесли его на поверхность воды с помощью специального прибора. Первый опыт при температуре (18°С) дал нам первую изотерму, в которой мы могли различить 3 фазы вещества: газ, жидкость, твердое тело. С течением времени пространство между барьерами уменьшалось, а поверхностное давление увеличивалось, что и показывает нам график. Повторив опыт при температуре(31°С), мы заметили, что молекулярное давление было сразу же выше начальной отметки. В следующих опытах мы постоянно увеличивали температуру вещества в ванночке с помощью бани сначала до температуры 41°С потом до 45С. И также получили зависимость (S;T).

Рис.№1

Рис 1. Изотермы сжатия монослоев стеариновой кислоты

1. Газ
2. Жидкость
3. Твердое тело
4. После третьего участка идет наложение монослоев друг на друга.

В ходе работы было получено уравнение состояния фосфолипида:

Результаты занесены в данную таблицу:

В ходе работы получено уравнение состояния для стеариновой кислоты, т.е. зависимость π(S,T). Рассмотрели изотермы сжатия монослоев стеориновой кислоты при разных температурах (, ) на двух участках: первый участок соответствует двумерной жидкости, а второй участок –двумерному кристаллу. В работе не принимали в рассмотрение участок соответствующий двумерным газам. Все расчеты и графики выполнялись в программе Origin8.5 Viewer.