Поверхностно-активные

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».

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.