ffects of Temperature and Addition of Sodium Chloride and Calcium Chloride on the Surface Tension ofBenzyl-dimethyl-hexadecyl-ammonium Chloride and its Mixture with Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate

Abstract

Abstract

In this work the surface tension of the cationic surfactant Benzyledimethylhexadecyl ammonium chloride (BAC) as a function of its concentration was measured. The effect of addition of sodium chloride and Calcium chloride, at concentrations between 0.1 M - 0.3 M and temperatures in the range of 10 oC – 50 oCwas investigated. In addition the surface tension of a mixtures of BAC with different concentrations and a fixed amount of the anionic surfactant of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) was measured. According to the resultobtained it was found that: the surface tension of BAC decreases with increasing its concentration in solution and increasing the temperature. The critical micelle concentration (CMC) of pure BAC was found to be 0.50 mM and decreases with increasing temperature in the temperature range studied. The change of CMC with temperature is a consequence of the decrease of hydrophilicity of the surfactant molecule. The addition of salts was found to decrease the CMC of BAC. This could be due to the reduction of the migration of the surfactant caused salt ions. In addition, interfacial packing of the adsorbed molecules particularly of the ionic type can be increased by the presence of salt and this is due to the reduction in the electrostatic repulsive forces. Charge valence of the cation has little effect of the CMC of BAC. Regarding the BAC mixture with SDBS, a synergetic effect was observed as a significant decrease in the surface tension of the mixture was observed. This synergetic effect was found in the entire mixture range studied. A peak in the behavior of the surface tension as a function of BAC concentration with added SDBS was observed. Such a behavior may originate from the fact that, at the beginning we start with a mixture of the two surfactants with low amount of BAC and the synergism is at maximum where the surface tension of the mixture is minimum. As we add more BAC and since the BAC hydrophobic tail is longer there will be less synergism due to surface adsorption competition of the two surfactant and the surface tension increases until the CMC of BAC is reached and the addition of more BAC will strengthen the synergism again where the surface tension decreases again.

الملخص تم في هذا البحث قياس التوتر السطحي لمحاليل مائية للمركب الكاتيوني النشط سطحيا المسمى بنزين ثنائي ميثيل سداسي ديسيل كلوريد الامونيوم (BAC) عند تراكيز مختلفة ودرجات حرارة مختلفة ، كما تم دراسة تأثير اضافة كلوريد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم بتراكيز تتراوح بين 0.1 -0.3مول/لتر الى المحاليل السابقة وعند درجات حرارة مختلفة في المدى بين 10 الى 50 درجة مئوية ، بالاضافة الى ذلك تم قياس التوترالسطحيلمزيح من BAC بتراكيز مختلفة عند اضافة كمية ثابتة من المركب الأنيوني النشط سطحيا والمسمى بنزين دوديسيلسلفونات الصوديوم (SDBS) ، وطبقا للنتائج التي تم الحصول عليها فقد وجد ان هناك تناقص في قيم التوتر السطحي لمحاليل BAC مع زيادة تركيزه في المحلول وكذلك مع زيادة درجة الحرارة ، كما تم قياس قيمة تركيز المذيلات الحرج (CMC) لمركب BAC ووجد انها تساوي 0.50 مول/لتر ، وتنخفض هذه القيمة مع زيادة درجة الحرارة في المدى الذي تم دراسته ، ويمكن ان يعزى هذا الانخفاض الى زيادة صد جزيئات مركب BAC للماء كما ان اضافة الاملاح الى المحاليل السابقة كان لها ذات التأثير على قيم CMC ويمكن تفسير ذلك الى تناقص في الميول الى انتقال جزيئات المركب النشط سطحيا نحوالطبقة العليا من المحلول، كما ان وجود ايونات الاملاح يعمل على زياد اصطفاف جزيئات BACالمتواجدة على السطح من خلال التقليل من قوى التنافر بينها ، علما ان تغيير ارقام التكافؤ للأيونات الموجبة للأملاح المضافة لم يكن له أثر ملموس على التغيرات السابقة . أما النتائج المتعلقة بإضافة مركب SDBS على المحاليل المائية لمركب BAC فقد لوحظ حدوث اثر تأزري بين المركبين السابقين من خلال النقصان الكبير في قيم التوتر السطحي ، كما لوحظ انه مع الازدياد في تراكيز مركب BAC وثبات كمية SDBS حصل زيادة في قيم التوتر السطحي للمزيج وصولا الى قيمة عليا تقترب من قيمة CMC لمركبBAC التي تم الاشارة لها سابقا ، وقد تم اقتراح التفسير التالي لهذا السلوك غير المتوقع : وهو ان عدد جزيئات كلا المركبات النشطة سطحيات ذات الشحنات السالبة والموجبة تكون متقاربة وبالتالي فان حصول الاثر التازري يكون في اعلى قيمه المتوقعة وبالتالي فان قيم التوتر السطحي للمزيج السابق وصلت الى قيم متدنية ومع زيادة كمية مركب BAC مع ثبات كمية SDBS فتكون هناك فرصة لجزيئات الماء الموجودة على السطح لإعادة تموضعها واصطفافها بما يعزز قوى الروابط الهيدوجينية بين جزيئات الماء الموجودة على السطح والتي تم اضعافها بفعل وجود جزيئات المركبات النشطة سطحيا .