4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.2.4. Cách tính HLB của một chất HĐBM
Xà phòng có tính chất tẩy rửa các chất bẩn khỏi quần áo, đò vật tại sao vậy? Đó là vì phân tử xà phòng có một tính chất đặc biệt, nó gồm một đàu bị phân cực và một cái đuôi hydrocacbon dài. Phân tử nước được cấu thành từ hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxygen, nhưng hai nguyên tử hydro lại không phân bố đều hai bên nguyên tử O (tức là ba nguyên tử H-O-H thẳng hàng, hay góc giữa H-H bằng 180o) mà tạo một góc 135o. Do đó, phân tử nước bị phân cực, cực âm là O và cực dương là tổ hợp của hai nguyên tử H, do bị phân cực như thế nên nước là một dung môi rất tốt. Khi xà phòng được hòa vào nước, đầu phân cực của xà phòng sẽ có xu hướng quay đầu về các phân tử nước do lực điện, còn cái đuôi hydrocacbon thì không có xu hướng đó. Người ta gọi phân tử xà phòng có cái đầu ưa nước và cái đuôi kị nước. Đuôi kị nước sẽ tìm những nơi không có nước như là chỗ bẩn của quần áo vì thế sẽ bị rời ra. Việc này giống như ta dùng một cái xà beng, tương đương với phân tử xà phòng, bẩy một hòn đá, tương đương với chất bẩn trên quần áo ra.
Xà phòng chỉ là một trường hợp đặc biệt của hàng triệu chất có tính chất tương tự như thế gọi là chất hoạt hóa bề mặt - HHBM (surfactant). Khả
năng mà chất HHBM kị nước hoặc ưa nước được đặc trưng bởi một thông số gọi là độ cân bằng ưa-kị nước (hydrophilic-lipophilic Balance: HLB). HLB có thể được tính từ công thức phân tử của chất HHBM
HLB = 7 + S (số nhóm ưa nước) - S (số nhóm kị nước)
Một số giá trị của nhóm ưa nước: -SO4Na [38.7]; -COONa [19.1]; -N
(amine) [9.4]; -COOH [2.1]; -OH (tự do) [1.9]; -O- [1.3]; -(CH2CH2O)- [0.33]
Một số giá trị của nhóm kị nước: -CH-; -CH2-; -CH3; =CH- [-0.475]; -
(CH2CH2CH2O)- [-0.15]
VD1: Tính giá trị HLB của phân tử oleic acid
CTPT: CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH
Nhóm ưa nước: -COOH có giá trị HLB là 2.1
Nhóm kị nước: CH3 (1); CH2 (14); CH (2) tổng số bằng:
7*0.475 = -8.075
Vậy HLB của oleic acid là: 7 - 8.075 + 2.1 = 1.025
VD2: Tính giá trị HLB của phân tử sodium oleate
CTPT: CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COONa
Nhóm ưa nước: -COONa có giá trị HLB là 19.1
Nhóm kị nước: CH3 (1); CH2 (14); CH (2) tổng số bằng:
7*0.475 = -8.075
Vậy HLB của oleic acid là: 7 - 8.075 + 19.1 = 18.1
Vì oleic acid co HLB = 1 nên nó hòa tan trong nước rất ít nhưng lại có thể hòa tan trong dầu, ngược lại, sodium oleate lại không thể hòa tan trong dầu nhưng lại hòa tan được trong nước.