2020-01-15
106
Самоорганизация поверхностно-активных веществ в растворе приводит к возникновению различных структур.
а) Сферические мицеллы, внутренняя часть которых состоит из углеводородных цепей, а на поверхности расположены полярные группы (изображены сферами), обращенные к воде. Сферические мицеллы характеризуются низким значением числа ПАВ (критический параметр упаковки, КПУ) и большой положительной самопроизвольной кривизной. Радиус углеводородного ядра близок к длине вытянутой алкильной цепи.
б) Цилиндрические мицеллы, внутренняя часть которых образована углеводородными цепями, а поверхность - полярными группами, обращенными к воде. Поперечное сечение углеводородного ядра по величине близко к поперечному сечению сферических мицелл. Длина мицелл может существенно изменяться, поэтому цилиндрические мицеллы полидисперсны.
в) Бислои ПАВ, образующие ламелярные жидкокристаллические фазы, в системах ПАВ-вода имеют толщину углеводородных прослоек - 80% от длины двух вытянутых алкильных цепей.
|
|
|
г) Обращенные мицеллы имеют водное ядро, окруженное полярными группами ПАВ. Алкильные цепи вместе с неполярным растворителем образует непрерывную среду. Как и обычные мицеллы, обращенные мицеллы могут превращаться в цилиндрические.
Системы, содержащие ПАВ, удобнее классифицировать на гомогенные (или однофазные) и гетерогенные (состоящие из двух или большего числа фаз). Общая классификация дифильных систем приведена в табл. 3.
Таблица 3. Общая классификация систем, формируемых дифильными веществами
| Системы | Примеры |
| Гомогенные системы Твердые фазы | Множество разнообразных структур |
| Жидкокристаллические фазы | Ламелярные; Гексагональные; Обращенные гексагональные; Кубические: известно несколько структур, которые можно подразделить на кубические с водной дисперсионной (непрерывной) средой, кубические с неполярной дисперсионной средой и биконтинуальные; «Промежуточные» и «деформированные» фазы, в том числе лиотропные нематические структуры |
| Изотропные растворы | Разбавленные и концентрированные мицеллярные растворы; Обращенные мицеллярные растворы; Микроэмульсии; Везикулярные дисперсии |
| Гетерогенные системы | Эмульсии; Суспензии; Везикулы, липосомы; Пены; Адсорбционные слои и другие пленки ПАВ; Гели |
Однофазные системы в свою очередь можно разделить на изотропные растворы, твердые и жидкокристаллические фазы. Для твердых кристаллических фаз характерны как дальний, так и ближний порядок, однако степень ближнего порядка зависит от вида фазы. Изотропные растворы характеризуются отсутствием порядка на ближних и дальних расстояниях, в то время как в жидкокристаллических фазах (или мезофазах) нет ближнего порядка, но есть определенный порядок на больших расстояниях. И в изотропных растворах, и в жидкокристаллических фазах состояние неполярной алкильной цепи можно отнести к «жидкообразному».
|
|
|
Критическая концентрация мицеллообразования и ее зависимость от строения молекул ПАВ
При измерении различных физико-химических свойств водных растворов поверхностно-активного вещества или липида, (достаточно полярного, чтобы его растворимость в воде была относительно высока) наблюдается ряд особенностей.
При низких концентрациях большинство свойств раствора ионного ПАВ аналогично свойствам растворов простых электролитов. Можно отметить только одно исключение: поверхностное натяжение раствора быстро уменьшается с увеличением концентрации ПАВ. При некоторой более высокой концентрации, специфической для каждого ПАВ, наблюдаются необычные изменения. Например, поверхностное натяжение и осмотическое давление становятся почти постоянными, в то время как светорассеяние начинает увеличиваться, а коэффициент самодиффузии ПАВ - уменьшаться.
Эти данные указывают на перестройку системы от молекулярного (или ионного) раствора ПАВ к системе, в которой молекулы ПАВ все в большей и большей степени оказываются в самоорганизованном (самоассоциированном) состоянии. Концентрация начала самоорганизации определяется достаточно четко и тем точнее, чем длиннее алкильная цепь молекулы ПАВ. Образующиеся агрегаты обычно сначала имеют сферическую форму. Эти агрегаты называют мицеллами. Концентрацию, при которой они начинают образовываться, принято называть критической концентрацией мицеллообразования (ККМ).
Критическая концентрация мицеллообразования - единственная и наиболее важная характеристика ПАВ, использующаяся при рассмотрении всех вопросов практического использования поверхностно-активных веществ. Прежде чем обсудить факторы, влияющие на ККМ, остановимся на способах измерения этой величины.
