Miceller

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 21 augusti 2020; kontroller kräver 12 redigeringar .

Miceller (diminutiv av latinsk  glimmer "partikel, korn") är aggregat av ytaktiva ämnen (tensider) i en kolloidal lösning (sol) , bestående av ett stort antal amfifila molekyler. Ett exempel är miceller av dodecylsulfat i vatten. En lösning av ytaktiva ämnen där miceller är i jämvikt med enstaka icke-associerade molekyler - monomerer  - kallas en micellär lösning.

Övergången till micellisering sker i ett smalt intervall av koncentrationer, och det kan tolkas som en andra ordningens fasövergång . Orsaken till micellisering i vattenlösningar är den hydrofoba effekten, och i media av icke-polära molekyler  , den ömsesidiga attraktionen av polära grupper av ytaktiva molekyler. Under en viss temperatur ( Krafts punkt ) sker inte bildningen av miceller, och med en ökning av koncentrationen av ytaktiva ämnen observeras kristallisering . När den ytaktiva koncentrationen närmar sig den kritiska micellkoncentrationen sker en kraftig förändring av lösningens egenskaper: elektrisk ledningsförmåga , ytspänning , ljusspridningskoefficient , etc.

Micellära system är av stort intresse både ur olika fysikalisk-kemiska tekniska tillämpningar (se till exempel micellär katalys ) och det unika med själva micelliseringsmekanismen. I synnerhet är detta intresse associerat med micellpolymorfism , dvs  förmågan hos ytaktiva molekyler att bilda aggregat av olika former: sfäriska, cylindriska och trådformiga. En av de viktiga egenskaper som följer direkt av strukturen hos ytaktiva molekyler är solubilisering . Tillämpningen av solubiliseringsegenskapen är emulsionspolymerisation , livsmedelsproduktion, farmaceutiska preparat [1] .

Historik

Förmågan hos ytaktiva molekyler att bilda miceller i lösning har varit känd i mer än hundra år och används flitigt i den moderna världen. Det första arbetet med detta ämne gjordes av den kanadensiske kemisten James William McBain i början av 1900-talet. Redan 1913 postulerade han förekomsten av miceller för att förklara den goda elektrolytiska ledningsförmågan hos palmitinsyralösningar . Ändå lades grunden för en teoretisk beskrivning av micellbildningskinetiken långt senare, på 1970-talet, i verk av Aniansson [2] . Under de senaste sjutton åren[ när? ] den kinetiska teorin om micellisering utvidgades, fördjupades och presenterades avsevärt i termer av teorin om aggregeringsprocesser baserade på skillnaden och kontinuumkinetiska ekvationerna av Becker-Döring och generaliserade kinetiska ekvationer av Smoluchowski .

Applikation

Användningen av fenomenet micellisering är direkt relaterad till användningen av ytaktiva ämnen i vardagen, kosmetologi (micellärt vatten), vetenskap och industri. Inom analytisk kemi används miceller som en pseudostationär fas vid utförande av micellär elektrokinetisk kromatografi (MEKC) .

Micellers struktur

I varje molekyl är en lång hydrofob radikal kopplad till en polär ( hydrofil ) grupp. När en micell bildas kombineras molekylerna så att hydrofoba radikaler bildar kärnan (inre regionen), och hydrofila grupper bildar micellens ytskikt. Den minsta koncentrationen av ytaktiva ämnen i lösning, vid vilken stabila miceller bildas i systemet, som är i jämvikt med icke-associerade ytaktiva molekyler, kallas den kritiska micellkoncentrationen . Om dispersionsmediet är en organisk vätska kan orienteringen av molekyler i en micell vändas: kärnan innehåller polära grupper, och hydrofoba radikaler omvandlas till den yttre fasen ( omvänd micell ) [3] . Miceller är partiklar i kolloidala system , bestående av en mycket liten kärna som är olöslig i ett givet medium , omgiven av ett stabiliserande skal av adsorberade joner och lösningsmedelsmolekyler . Till exempel har en arseniksulfidmicell strukturen :

{(As 2S 3 ) m •nHS − • (nx)H + } x- •хН +

Den genomsnittliga storleken på miceller är från 10 −7 till 10 −5 cm.

Micellär polymorfism

Miceller kan existera i tillstånd med olika jämviktsstrukturer och i olika yttre former som är stabila vid olika koncentrationer av ytaktiva ämnen i en micelllösning [4] .

Vid koncentrationer av ytaktiva ämnen som är lägre än den första kritiska koncentrationen (CMC1), bildas ett monoskikt av ytaktiva molekyler vid gränsytan mellan polära och opolära medier - " Langmuirs palisad ". Vid ytaktiva koncentrationer nära CMC1 börjar sfäriska miceller bildas i lösningen. Vidare, med ökande koncentration av ytaktiva ämnen, blir strukturen hos miceller mer komplicerad: sfäriska miceller förvandlas till klotformiga (oblate sfärer från polerna) och sedan, när den andra kritiska koncentrationen (CMC2) uppnås, till cylindriska miceller. Med en ytterligare ökning av koncentrationen börjar mer komplexa micellära strukturer gradvis bildas, vars element också är miceller - supermiceller . Och slutligen, med en ytterligare ökning av det ytaktiva medlet i lösningen, förändras inte bara formen och storleken på micellerna, utan de kombineras också aktivt till ett stort kluster. Detta fenomen kallas gelning .

Kinetik för micellisering

Utvecklingen av koncentrationen av miceller beskrivs i termer av teorin om aggregationsprocesser baserad på Becker-Dörings ekvationer .

Exempel

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Suzdalev I.P. Nanoteknik: fysikalisk kemi av nanokluster, nanostrukturer och nanomaterial. - M .: KomKniga, 2006. - 592 sid.
  2. ↑ EAG Aniansson och SNWall. Kinetik för stegvis micellassociation. The Journal of Physical Chemistry, 78(10):1024-1030, 1974.
  3. ↑ Micella . Hämtad 23 september 2011. Arkiverad från originalet 17 november 2011.
  4. ↑ Slesarev V.I. Grunderna i de levandes kemi. - St. Petersburg: Himizdat, 2005. S. 730-733.
  5. ↑ Stebe, M.-J. Fluorokarboner som syrebärare. En NMR-studie av nonjoniska fluorerade mikroemulsioner och deras syrelösningar: [ eng. ]  / M.-J. Stebe, G. Serratrice, J.-J. Delpuech // Journal of Physical Chemistry . - 1985. - Vol. 89, nr. 13. - P. 2837-2843. - doi : 10.1021/j100259a026 .

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger