Змочвальны эфект, патрабаванне: HLB: 7-9
Змочванне вызначаецца як з'ява, пры якой газ, адсарбаваны на цвёрдай паверхні, выцясняецца вадкасцю. Рэчывы, якія могуць павялічыць гэтую здольнасць выцяснення, называюцца змочвальнымі агентамі. Змочванне звычайна падзяляецца на тры тыпы: кантактнае змочванне (адгезійнае змочванне), апускальнае змочванне (апускальнае змочванне) і расцякальнае змочванне (расцяканне). Сярод іх расцяканне ўяўляе сабой найвышэйшы стандарт змочвання, і каэфіцыент расцякання часта выкарыстоўваецца як паказчык для ацэнкі эфектыўнасці змочвання паміж рознымі сістэмамі. Акрамя таго, кут змочвання таксама з'яўляецца крытэрыем для ацэнкі якасці змочвання. Павярхоўна-актыўныя рэчывы могуць выкарыстоўвацца для кантролю ступені змочвання паміж вадкай і цвёрдай фазамі.
У пестыцыднай прамысловасці некаторыя грануляваныя прэпараты і парашкі таксама ўтрымліваюць пэўную колькасць павярхоўна-актыўных рэчываў. Іх мэта — палепшыць адгезію і колькасць пестыцыду на паверхні, паскорыць хуткасць вызвалення і пашырыць плошчу распаўсюджвання актыўных інгрэдыентаў ва ўмовах вільготнасці, тым самым павышаючы эфектыўнасць прафілактыкі і лячэння захворванняў.
У касметычнай прамысловасці павярхоўна-актыўныя рэчывы дзейнічаюць як эмульгатары і з'яўляюцца незаменнымі кампанентамі ў сродках па догляду за скурай, такіх як крэмы, ласьёны, сродкі для ачышчэння твару і сродкі для зняцця макіяжу.
Міцэлы і растварэнне,патрабаванні: C > CMC (HLB 13–18)
Мінімальная канцэнтрацыя, пры якой малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў аб'ядноўваюцца, утвараючы міцэлы. Калі канцэнтрацыя перавышае значэнне ККМ, малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў арганізуюцца ў структуры, такія як сферычныя, палачкападобныя, пласціністыя або пласціністыя канфігурацыі.
Сістэмы солюбілізацыі з'яўляюцца тэрмадынамічнымі раўнаважнымі сістэмамі. Чым ніжэй ККМ і чым вышэй ступень асацыяцыі, тым большая максімальная канцэнтрацыя дабаўкі (МАК). Уплыў тэмпературы на солюбілізацыю адлюстроўваецца ў трох аспектах: яна ўплывае на ўтварэнне міцэл, растваральнасць солюбілізатаў і растваральнасць саміх павярхоўна-актыўных рэчываў. Для іонных павярхоўна-актыўных рэчываў іх растваральнасць рэзка павялічваецца з павышэннем тэмпературы, і тэмпература, пры якой адбываецца гэта рэзкае павелічэнне, называецца кропкай Крафта. Чым вышэй кропка Крафта, тым ніжэй крытычная канцэнтрацыя міцэл.
Для поліаксіэтыленавых неіённых павярхоўна-актыўных рэчываў, калі тэмпература павышаецца да пэўнага ўзроўню, іх растваральнасць рэзка зніжаецца і адбываецца выпадзенне асадка, у выніку чаго раствор памутнее. Гэта з'ява вядома як памутненне, а адпаведная тэмпература называецца тэмпературай памутнення. Для павярхоўна-актыўных рэчываў з аднолькавай даўжынёй поліаксіэтыленавага ланцуга, чым даўжэйшы вуглевадародны ланцуг, тым ніжэйшая тэмпература памутнення; і наадварот, пры аднолькавай даўжыні вуглевадароднага ланцуга, чым даўжэйшы поліаксіэтыленавы ланцуг, тым вышэйшая тэмпература памутнення.
Непалярныя арганічныя рэчывы (напрыклад, бензол) маюць вельмі нізкую растваральнасць у вадзе. Аднак даданне павярхоўна-актыўных рэчываў, такіх як алеат натрыю, можа значна палепшыць растваральнасць бензолу ў вадзе — гэты працэс называецца солюбілізацыяй. Солюбілізацыя адрозніваецца ад звычайнага растварэння: солюбілізаваны бензол не раўнамерна размеркаваны ў малекулах вады, а трапляе ў міцэлы, утвораныя іонамі алеату. Рэнтгенаструктурныя даследаванні пацвердзілі, што ўсе тыпы міцэл пашыраюцца ў рознай ступені пасля солюбілізацыі, у той час як калігатыўныя ўласцівасці ўсяго раствора застаюцца ў значнай ступені нязменнымі.
Па меры павелічэння канцэнтрацыі павярхоўна-актыўных рэчываў у вадзе малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў назапашваюцца на паверхні вадкасці, утвараючы шчыльна ўпакаваны, арыентаваны монамалекулярны пласт. Лішнія малекулы ў аб'ёмнай фазе агрэгуюцца сваімі гідрафобнымі групамі, звернутымі ўнутр, утвараючы міцэлы. Мінімальная канцэнтрацыя, неабходная для пачатку ўтварэння міцэл, вызначаецца як крытычная канцэнтрацыя міцэл (ККМ). Пры гэтай канцэнтрацыі раствор адхіляецца ад ідэальнага паводзін, і на крывой залежнасці павярхоўнага нацяжэння ад канцэнтрацыі з'яўляецца выразная кропка перагіну. Далейшае павелічэнне канцэнтрацыі павярхоўна-актыўнага рэчыва больш не будзе зніжаць павярхоўнае нацяжэнне; замест гэтага яно будзе спрыяць бесперапыннаму росту і размнажэнню міцэл у аб'ёмнай фазе.
Калі малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў рассейваюцца ў растворы і дасягаюць пэўнага парога канцэнтрацыі, яны аб'ядноўваюцца з асобных манамераў (іёнаў або малекул) у калоідныя агрэгаты, якія называюцца міцэламі. Гэты пераход выклікае рэзкія змены фізічных і хімічных уласцівасцей раствора, і канцэнтрацыя, пры якой гэта адбываецца, называецца ККМ. Працэс утварэння міцэл называецца міцэлізацыяй.
Утварэнне міцэл у водных растворах павярхоўна-актыўных рэчываў — гэта працэс, які залежыць ад канцэнтрацыі. У надзвычай разведзеных растворах вада і паветра знаходзяцца амаль у непасрэдным кантакце, таму павярхоўнае нацяжэнне змяншаецца толькі нязначна, застаючыся блізкім да павярхоўнага нацяжэння чыстай вады, прычым вельмі мала малекул павярхоўна-актыўных рэчываў распылена ў асноўнай фазе. Па меры ўмеранага павелічэння канцэнтрацыі павярхоўна-актыўных рэчываў малекулы хутка адсарбуюцца на паверхні вады, памяншаючы плошчу кантакту паміж вадой і паветрам і выклікаючы рэзкае падзенне павярхоўнага нацяжэння. Тым часам некаторыя малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў у асноўнай фазе агрэгуюцца з іх гідрафобнымі групамі, выраўнаванымі, утвараючы невялікія міцэлы.
Па меры таго, як канцэнтрацыя працягвае расці і раствор дасягае насычанай адсорбцыі, на паверхні вадкасці ўтвараецца шчыльна ўпакаваная монамалекулярная плёнка. Калі канцэнтрацыя дасягае КМЦ, павярхоўнае нацяжэнне раствора дасягае свайго мінімальнага значэння. Пасля КМЦ далейшае павелічэнне канцэнтрацыі павярхоўна-актыўнага рэчыва амаль не ўплывае на павярхоўнае нацяжэнне; замест гэтага яно павялічвае колькасць і памер міцэл у аб'ёмнай фазе. Затым у растворы пераважаюць міцэлы, якія служаць мікрарэактарамі ў сінтэзе нанапарашкоў. Пры далейшым павелічэнні канцэнтрацыі сістэма паступова пераходзіць у вадкакрышталічны стан.
Калі канцэнтрацыя воднага раствора павярхоўна-актыўнага рэчыва дасягае ККМ, з павелічэннем канцэнтрацыі становіцца прыкметным утварэнне міцэл. Гэта характарызуецца кропкай перагіну на крывой павярхоўнага нацяжэння ў залежнасці ад лагарыфмічнай канцэнтрацыі (крывая γ–log c), а таксама з'яўленнем неідэальных фізічных і хімічных уласцівасцей у растворы.
Міцэлы іённых павярхоўна-актыўных рэчываў нясуць высокія паверхневыя зарады. З-за электрастатычнага прыцягнення процііёны прыцягваюцца да паверхні міцэлы, нейтралізуючы частку станоўчых і адмоўных зарадаў. Аднак, як толькі міцэлы ўтвараюць высоказараджаныя структуры, сіла затрымкі іённай атмасферы, утворанай процііёнамі, значна павялічваецца — уласцівасць, якую можна выкарыстоўваць для рэгулявання дысперснасці нанапарашкоў. Па гэтых дзвюх прычынах эквівалентная праводнасць раствора хутка памяншаецца з павелічэннем канцэнтрацыі пасля ККМ, што робіць гэты пункт надзейным метадам для вызначэння крытычнай канцэнтрацыі міцэл павярхоўна-актыўных рэчываў.
Структура міцэл іённых павярхоўна-актыўных рэчываў звычайна сферычная і складаецца з трох частак: ядра, абалонкі і дыфузнага падвойнага электрычнага слоя. Ядро складаецца з гідрафобных вуглевадародных ланцугоў, падобных да вадкіх вуглевадародаў, з дыяметрам прыблізна ад 1 да 2,8 нм. Метыленавыя групы (-CH₂-), якія прылягаюць да палярных галаўных груп, маюць частковую палярнасць, утрымліваючы некаторыя малекулы вады вакол ядра. Такім чынам, ядро міцэлы змяшчаезначная колькасць захопленай вады, і гэтыя -CH₂- групы не цалкам інтэграваныя ў вадкападобнае вуглевадароднае ядро, а замест гэтага ўтвараюць частку невадкаснай абалонкі міцэлы.
Міцэльная абалонка таксама вядомая як мяжа міцэла-вада або павярхоўная фаза. Гэта не макраскапічная мяжа паміж міцэламі і вадой, а хутчэй вобласць паміж міцэламі і манамерным водным растворам павярхоўна-актыўнага рэчыва. Для міцэл з іянічным павярхоўна-актыўным рэчывам абалонка ўтворана самым унутраным пластом Штэрна (або фіксаваным адсарбцыйным пластом) падвойнага электрычнага пласта таўшчынёй каля 0,2-0,3 нм. Абалонка змяшчае не толькі іянічныя галаўныя групы павярхоўна-актыўных рэчываў і частку звязаных процііёнаў, але і гідратны пласт з-за гідратацыі гэтых іонаў. Міцэльная абалонка — гэта не гладкая паверхня, а хутчэй «шурпатая» мяжа, якая з'яўляецца вынікам ваганняў, выкліканых цеплавым рухам малекул манамераў павярхоўна-актыўнага рэчыва.
У неводных (на аснове алею) асяроддзях, дзе пераважаюць малекулы алею, гідрафільныя групы павярхоўна-актыўных рэчываў агрэгуюць унутр, утвараючы палярнае ядро, у той час як гідрафобныя вуглевадародныя ланцугі ўтвараюць знешнюю абалонку міцэлы. Гэты тып міцэлы мае адваротную структуру ў параўнанні са звычайнымі воднымі міцэламі і таму называецца зваротнай міцэлай; наадварот, міцэлы, якія ўтвараюцца ў вадзе, называюцца звычайнымі міцэламі. На малюнку 4 паказана схематычная мадэль зваротных міцэл, утвораных павярхоўна-актыўнымі рэчывамі ў неводных растворах. У апошнія гады зваротныя міцэлы шырока выкарыстоўваюцца ў сінтэзе і падрыхтоўцы нанамаштабных носьбітаў лекаў, асабліва для інкапсуляцыі гідрафільных лекаў.
Час публікацыі: 26 снежня 2025 г.