powierzchniowo czynne substancje

powierzchniowo czynne substancje, surfaktanty,

grupa związków chemicznych, których cząsteczki są zbudowane z 2 elementów o przeciwnym powinowactwie do wody — z części hydrofobowej (o małym powinowactwie do wody) oraz części hydrofilowej (o dużym powinowactwie do wody);

część hydrofobową stanowi najczęściej alifatyczna lub alkiloaromatyczna grupa węglowodorowa zawierająca 10–22 atomów węgla, część hydrofilową — ugrupowanie o charakterze soli (np. –COONa, –SO₃Na, –N(CH₃)₃Cl) lub większa liczba polarnych grup org. (np. –OH, –CH₂–O–). Charakterystyczną cechą wszystkich substancji powierzchniowo czynnych jest zdolność do adsorbowania się na granicy faz, tj. gromadzenia się rozpuszczalnych w wodzie cząsteczek substancji powierzchniowo czynnych na powierzchni zetknięcia roztworu z fazą gazową (powietrze), ciekłą (np. olej) lub stałą (powierzchnia naczynia, tkaniny itp.); obniża to napięcie powierzchniowe na granicy faz lub zmienia ładunek powierzchniowy i dzięki temu substancja powierzchniowo czynna wykazuje właściwości emulgujące, myjące i piorące. Substancje powierzchniowo czynne są stosowane przede wszystkim w postaci roztworów wodnych i z tego względu klasyfikowane w zależności od rodzaju grupy hydrofilowej. Rozróżnia się związki anionowo czynne, kationowo czynne, amfoteryczne i niejonowe.

Związki anionowo czynne ulegają w roztworze wodnym dysocjacji na aniony, w których znajdują się grupy hydrofobowe, oraz kationy, będące jonami metalu (np. Na⁺) lub zasadami org. (np. H₃N⁺CH₂–CH₂OH, HN⁺(CH₂–CH₂OH)₃) albo grupą amonową NH₄⁺; typowymi związkami anionowo czynnymi są mydła, do innych ważnych anionowo czynnych substancji należą: alkilosulfoniany — sole, gł. sodowe, sulfonowanych węglowodorów alifatycznych o wzorze ogólnym C_nH_2n+1SO₃Na (n = 10–18), alkiloarylosulfoniany — sole sulfonowych kwasów alkilobenzenowych (np. dodecylobenzenosulfonian sodu) i alkilonaftalenowych (np. butylonaftalenosulfonian sodu), oraz alkilosiarczany — sole sodowe, potasowe lub amonowe monoestrów kwasu siarkowego i alifatycznych alkoholi, o wzorze ogólnym C_nH_2n+1OSO₃Na.

Związki kationowo czynne ulegają w roztworze wodnym dysocjacji na kationy i aniony stanowiące resztę kwasową, np. fluorowiec, grupę SO₄^2–; przykładem związku kationowo czynnego jest chlorek cetylotrimetyloamoniowy [C₁₆H₃₃N(CH₃)₃]⁺Cl^–; do związków kationowo czynnych mających duże znaczenie praktyczne należą chlorki i bromki alkilotrimetyloamoniowe, chlorek alkilodimetylobenzyloamoniowy oraz chlorki, bromki i siarczany alkilopirydyniowe.

Związki amfoteryczne dysocjują w zasadowych roztworach podobnie jak związki anionowo czynne, w roztworach kwaśnych zaś — podobnie jak związki kationowo czynne; w roztworze obojętnym tworzą tzw. jony obojnacze (w których znajdują się grupy — hydrofobowa i hydrofilowa), obdarzone zarówno ładunkiem dodatnim, jak i ujemnym; do ważniejszych związków tego typu należą tzw. pochodne betain, o wzorze ogólnym

w których R¹ — alkil zawierający 10–20 atomów węgla, R² i R³ — alkile o krótkich łańcuchach. Związki niejonowe nie dysocjują w roztworze wodnym na jony, a ich rozpuszczalność w wodzie jest spowodowana obecnością w cząsteczce wielu grup org., np. hydroksylowych, eterowych, odznaczających się dużym powinowactwem do wody; do związków niejonowych o dużym znaczeniu przem. należą oksyetylenowane alkilofenole i oksyetylenowane alkohole — produkty kondensacji odpowiednio alkilofenoli i wyższych alkoholi z tlenkiem etylenu (charakterystyczna jest ich lepsza rozpuszczalność w zimnej niż gorącej wodzie). Oferowane w handlu s.p.cz. nie są indywiduami chem., ale mieszaninami substancji homologicznych, różniących się np. długością łańcucha alkilowego lub długością łańcucha polioksyalkilenowego. Największe znaczenie praktyczne mają związki anionowo czynne i niejonowe; ich udział w ogólnej produkcji substancji powierzchniowo czynnych wynosi ok. 90%. Substancje powierzchniowo czynne są stosowane jako środki zwilżające i emulgatory, jako podstawowy składnik czynny środków piorących, myjących i czyszczących oraz jako środki pomocnicze, m.in. w przemyśle włók., skórz., tworzyw sztucznych. Związki kationowo czynne i niektóre związki amfoteryczne wykazują silne właściwości bakteriobójcze i są stosowane m.in. do dezynfekcji.