Momentul dipol, polarizatia de orientare si refractia molara

1. Definiti momentul dipol, polarizatia de orientare si refractia molara.

Momentul dipol:

In molecula apare un moment electric denumit moment dipolar sau dipolmoment, egal cu produsul dintre marimea sarcinilor electrice (q) si distanta care le separa:

µ=q ∙d

Momentul de dipol electric se masoara in unitati debye (D):

lD=3,336∙10-30C∙m.

Polarizatia de orientare:

In prezenta unui camp electric aplicat, momentul electric indus µ_i , este proportional cu intensitatea campului electric E :

µ_i = αE = (α_el + α_a + α_dip)

Constanta de proportionalitate α se numeste polarizabilitatea moleculara.

Primele doua componente ale sale apar la frecvente inalte ale campului electric si se datoreaza deplasarii electronilor in orbitele lor, (polarizabilitate electronica α_el), respectiv oscilatiilor si vibratiilor atomilor si ionilor (polarizabilitate atomica α_a).

Ele apar atat la moleculele nepolare, cat si polare si constituie ceea ce se numeste polarizabilitate de deplasare sau de deformare.

Cel de-al treilea termen α_dip apare la campuri de frecventa joasa si se numeste polarizabilitate de orientare.

Refractia molara:

In teoria electromagnetica a luminii elaborata de Maxwell, se demonstreaza ca ε=n² , n fiind indicele de refractie al substantei.

Expresia refractiei molare (formula Lorenz-Lorenz):

Refractia molara este egala cu polarizatia electronica indusa (R_M=P_E).

Refractia molara se exprima in unitati de volum ( cm³∙mol^-1).

2. Definiti legea de distributie Nernst si explicati constanta de repartitie

Legea de distributie sau de repartitie a lui Nernst se poate enunta astfel: cand doua faze lichide sunt in echilibru, o substanta dizolvata se va distribui intre cele doua faze conform unui echilibru bine definit.

Forma matematica generalizata a legii de distributie a lui Nernst este data de ecuatia (1):

si arata ca raportul activitatilor substantei i in doua faze, α si β ,aflate in echilibru, pentru T si p

date, este constant. .

Forma uzuala a legii este data de expresia matematica utilizata in cazul solutiilor diluate:

si arata ca raportul concentratiilor substantei i in doua faze, α si β ,aflate in echilibru, pentru T si p

date, este constant.

3. Explicati prepararea emulsiilor prin metoda gumei umede

Conform F.R.X emulsia uleioasa se prepara prin triturarea la mojar a 10 parti (g) de ulei de floarea soarelui cu 5 (g) parti guma arabica dezenzimata pulverizata si 7,5 parti (g) de apa. Se obtine emulsia primara la care se adauga apa treptat si in portiuni mici pana la 100 parti (g)

a) Metoda gumei umede, numita si metoda solutiei sau metoda engleza:

Guma arabica se pulverizeaza la mojar, se adauga apa necesara obtinerii emulsiei primare si se tritureaza pana la obtinerea unui mucilag cu aspect omogen. Uleiul de floarea soarelui se adauga treptat in mici portiuni sub triturare continua; se continua triturarea pana la obtinerea emulsiei primare. Aceasta se dilueaza apoi cu restul de apa.

4. Explicati prepararea emulsiilor prin metoda gumei uscate

b) Metoda gumei uscate, numita si metoda suspensiei sau metoda continentala:

Guma arabica se pulverizeaza la mojar, se adauga uleiul de floarea soarelui si se tritureaza usor. Se adauga dintr-o data cantitatea de apa necesara prepararii emulsiei primare si se lasa 2-3 minute in repaus pentru imbibare, dupa care se tritureaza energic pana la obtinerea emulsiei primare.

5. Definiti HLB si aratati aplicatiile surfactantilor in functie de valoarea HLB

HLB- Balanta Hidrofil Lipofila

Din punct de vedere calitativ, notiunea de HLB reprezinta un raport intre proprietatea hidrofila si cea lipofila a unui surfactant.

Cuantificarea acestei notiuni are un caracter relativ si a fost realizata de Griffin in urma unui mare numar de experiente ce aveau la baza studiul solubilitatii unor surfactanti neionici, in functie de structura lor.

Pentru aceasta, Griffin a propus o scara arbitrara de valori, corespunzatoare valorilor HLB, cuprinse intre 1-20. El a atribuit valoarea 1 surfactantilor cu proprietati lipofile maxime (solubili in solventi nepolari) si valoarea 20 pentru surfactantii cu proprietati hidrofile maxime (solubili in solventi polari). Fig. 3.

Valori HLB 1 5 10 15 20

Figura 3 Variatia valorilor HLB in functie de solubilitatea surfactantilor

Corelarea valorilor HLB cu domeniile de utilizare a condus la gruparea surfactantilor in diferite clase (Tabelul1)

Tabelul 1. Domenii de aplicatie ale surfactantilor

in functie de HLB

Atat din schema prezentata in figura 3 cat si din tabelul 1 se desprinde urmatoarea observatie:

valorile mici ale HLB sunt caracteristice surfaetantilor cu contributii mici ale partii hidrofile (cu solubilitate limitata in apa) si care favorizeaza formarea emulsiilor inverse de tip A/U, in timp ce valorile mari ale HLB sunt caracteristice surfaetantilor cu ponderi mari ale partii hidrofile (cu solubilitate ridicata in apa) si care stabilizeaza emulsiile directe, de tip U/A.

6. Definiti si clasificati surfactantii

Surfactantii sunt substante tensioactive (micsoreaza tensiunea superficiala) care in solutie formeaza niste agregate moleculare, numite micele de asociatie.

Din punct de vedere structural, moleculele surfactantilor sunt molecule amfifile, alcatuite dintr-o grupare polara (hidrofila) si o grupare nepolara (hidrofoba).

Clasificarea surfactantilor se face dupa mai multe criterii. Cel mai important criteriu il constitue structura moleculei amfifile, dupa care surfactantii se clasifica in urmatoarele clase:

A.    Surfactanti ionici

A₁. Surfactanti anionici, au in strucura lor o parte hidrocarbonata formata din radicali

alchil, arii sau alchil-aril cu numar mare de atomi de carbon (8-20) si o grupare

functionala ionizata negativ : - COO^-; -OS0₃^-; - SO3^- etc;

A₂. Surfactanti cationici, au in structura lor o parte hidrocarbonata formata din

radicali alchil, aril, heterocicli si o grupare ionizata pozitiv:

sarurile cuaternare de amoniu (R₁R₂R₃R₄) N⁺ X^-

B. Surfactanti neionici

Sunt molecue in structura carora exista o catena hidrocarbonata, hidrofoba de care se

leaga o grupare polara, neionizata, hidrofila:

Ex. compusii polietoxilati: R-(O-CH₂- CH₂-)_n-OH;

C. Surfactanti amfoteri

Sunt molecule in structura carora exista o grupare ionizata pozitiv si alta negativ legate de lanturi hidrocarbonate care asigura partea hidrofoba a moleculei. Din acesta clasa fac parte glicerofosfolipidele.

Definiti CCM

CCM - Concentratia Critica Micelara

Moleculele amfifile ale surfactantilor, in solutii apoase sau neapoase, au proprietatea de a se autoasocia in agregate numite micele de asociatie, de unde si numele lor de coloizi de asociatie.

Concentratia surfactantului la care se formeaza micelele de asociatie se numeste concentratie critica micelara (CCM).

Valoarea CCM se poate determina prin masurarea diferitelor proprietati de echilibru sau de transport ale solutiilor.

Potrivit figurii 2 solutiile de surfactanti cu concentratia cuprinsa in domeniul ( I ) au un comportament caracteristic proprietatilor generale.

La o concentratie corespunzatoare aparitiei micelelor (CCM), proprietatile urmarite inregistreaza o modificare brusca a pantei, explicata in general, prin modificarea dimensiunii particulelor din sistem.

De exemplu, conductivitatea solutiei scade brusc la CCM datorita mobilitatii mai mici a micelelor in comparatie cu monomerii.

Tensiunea superficiala ramane constanta dupa CCM , ca urmare a faptului ca in domeniul (II) de concentratie, suprafata interfaciala este saturata cu molecule amfifile iar scaderea tensiunii superficiale a atins valoarea minima.

8. Explicati scaderea energiei libere superficiale

In procesele spontane, energia libera superficiala scade:

respectiv:

Aceasta se poate realiza prin doua moduri:

a) se mentine constanta tensiunea interfaciala si se micsoreaza aria suprafetei interfazice:

Este cazul adoptarii formei sferice a unei picaturi de lichid (forma sferica prezinta o suprafata minima, corespunzatoare unui volum dat de lichid), precum si tendintei sistemelor coloidale de a se destabiliza prin contopirea unitatilor cinetice (picaturi, micele, particule fine etc).

b) se mentine constanta aria suprafetei interfazice si se micsoreaza tensiunea superficiala:

in acest caz este vorba despre adsorbtia in stratul interfacial de arie constanta a unor

molecule care, fie scad tensiunea superficiala, si se numesc substante tensioactive, fie

cresc tensiunea superficiala, si se numesc substante tensioactive.

Substantele care nu influenteaza tensiunea superficiala se numesc substante

tensioindiferente

9. Definiti punctul izoelectric al proteinelor:

Punctul izoelectric al proteinelor face parte din categoria proprietatilor electrice ale sistemelor disperse coloidale. Proteinele sunt compusi macromoleculari naturali din grupa polielectrolitilor (polimeri cu sarcina electrica) adica in structura lor exista grupari ionogene.

Sarcina electrica a lantului proteic este in functie de ph

-la ph > 7 (bazic) dispar sarcinile pozitive iar sarcina polimerului este negativa

-la ph < 7 (acid) avem in plus sarcina pozitiva

Exista un ph la care numarul sarcinilor pozitive este egal cu nr sarcinilor negative , numit ph izoelectric.

La ph izoelectric lantul macromolecular ese afla sub forma de ghem statistic.

10. Caracterizati izoterma de adsorbtie

Adsorbtia unei molecule dintr-un lichid pe o suprafata solida: a = f(c)