Поверхнево-активні речовини та утворення міцелл |… |…

Амфібіль: дві кінцеві точки, два уподобання

Поверхнеактивний молекула є амфіфільною: гідрофільний (водовідштовхуючий) кінець прикріплений до гідрофобного (вода-відштовхуючого) хвоста, зазвичай довгої гідрокарбонної ланцюга. На повітряно-водній поверхні хвіст відвертається від води, а кінець залишається зануреним, і це орієнтування порушує власну водневу мережу води безпосередньо на поверхні, що є точним механізмом зниження поверхневого натягу порівняно з чистою водою.

Поверхневе насичення

При додаванні більшої кількості поверхнево-активного засобу, більше молекул адсорбується на повітряно-водійському інтерфейсі, і поверхневий натяг падає приблизно лінійно з логарифмом концентрації. Це триває лише до тих пір, поки інтерфейс повністю заповнений моношаром — там є лише так багато площі, і після його насичення фізично неможливо подальше адсорбція.

Критична концентрація міцель

Понад цю точку насичення, будь-який доданий поверхневий активний агент не адсорбується на інтерфейсі, а замість цього мінімізує несприятливе контакт між його гідрофобним хвостом і водою шляхом самоаггрегації у міцелі. Це приблизно сферичні згрупування, де хвости скупчені всередині, подалі від води, а голови спрямовані назовтра. Концентрація, при якій відбувається спонтанне самозбірання, є критичною концентрацією міцель (КМЗ).

жива демонстрація · пов'язана симуляція● LIVE

Чому поверхневий тиск досягає певної величини

Вище критичної концентрації (CMC), вільна концентрація мономеров у розчині залишається практично закріпленою біля її значення CMC, оскільки будь-який доданий поверхневий активний агент поглинається зростаючими міцелами замість того, щоб збільшувати вільну концентрацію мономерів, яка фактично визначає інтерфейсний тиск. Саме тому графік поверхневого тиску проти логарифму концентрації показує різкий, вимірюваний розлом — майже пряму лінійку, що практично стабілізується біля CMC.

below CMC:  γ decreases roughly linearly as log[surfactant] increases
above CMC:  γ ≈ constant  (free monomer concentration pinned near CMC)

Застосування: вимивання, доставка ліків, емульгування

Гідрофобний ядро міцели є сприятливою для інших жирних або гідрофобних видів, що дозволяє їх розчиняти у воді, яка б відштовхнула їх; це властивість лежить в основі дії миючих засобів, де жир і масло захоплюються всередині міцел та змиваються водою; доставки ліків, де погано розчинні у воді молекули ліків переносяться всередині ядра міцели; та емульгування, де поверхнево-активні речовини стабілізують суміші незбагненної олії та води.

Frequently asked questions

Чому поверхневий натяг перестає зменшуватися вище за КМК?

Поверхневий натяг залежить від кількості молекул поверхнево-активного засобу, які адсорбуються як вільні мономєри на повітряно-водяному інтерфейсі. Нижче КМК, додавання поверхнево-активного засобу збільшує цю популяцію мономерів і натяг падає. Вище КМК, інтерфейс вже практично насичений, і будь-який додатковий поверхнево-активний засіб самозбирається в міцели у маси, а не адсорбується далі на поверхні, тому концентрація вільних мономерів — і, відповідно, поверхневий натяг — залишається практично фіксованою біля значення КМК.

Що саме стимулює утворення міцел – це хімічна зв’язок?

Ні жодна ковалентна чи іонна взаємодія не утримує міцелу разом; це самозбирання, яке відбувається під дією збільшення ентропії, відоме як гідрофобний ефект. Водоподібні молекули навколо ізольованого гідрофобного хвоста змушені організуватися в більш упорядковане, низькоенергійне розташування водневих зв’язків. Згрупування хвостів разом у ядро міцели зменшує загальну площу гідрофобної поверхні, що контактує з водою, звільняючи воду для більш випадкового руху і підвищуючи загальну ентропію системи – саме цей приріст ентропії є справжньою силою, яка рухає процес.

Як міцели допомагають милам видаляти жирні бруд?

Гідрофобне ядро міцели є хорошим середовищем для інших гідрофобних (жирних, маслянистих) молекул, які можуть переходити в це ядро, а не залишатися розсіяними та відштовхуватися від води. Коли бруд або жир розчиняються всередині міцел, весь агрегат – тепер з гідрофільним зовнішнім покриттям від груп головних молекул поверхнево-активного засобу – можна промити водою, що й пояснює, чому мило починає ефективно піднімати жир лише після того, як його концентрація перевищує КМК.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Surfactants & Micelle Formation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.

▶ Відкрити симуляцію Surfactants & Micelle Formation

Поверхнево-активные вещества и критическая мицельная концентрация