Smáčivost, požadavek: HLB: 7-9
Smáčení je definováno jako jev, kdy je plyn adsorbovaný na pevném povrchu vytlačován kapalinou. Látky, které mohou tuto vytlačovací kapacitu zvýšit, se nazývají smáčecí činidla. Smáčení se obecně dělí na tři typy: kontaktní smáčení (adhezní smáčení), imerzní smáčení (imerzní smáčení) a roztírací smáčení (rozprostření). Mezi nimi představuje rozprostření nejvyšší standard smáčení a koeficient rozprostření se často používá jako indikátor pro hodnocení smáčecího výkonu mezi různými systémy. Kromě toho je kontaktní úhel také kritériem pro posouzení kvality smáčení. Povrchově aktivní látky lze použít k řízení stupně smáčení mezi kapalnou a pevnou fází.
V pesticidním průmyslu některé granulované přípravky a prášky také obsahují určité množství povrchově aktivních látek. Jejich účelem je zlepšit adhezi a množství pesticidu na cílovém povrchu, urychlit rychlost uvolňování a rozšířit oblast rozprostření účinných látek za vlhkých podmínek, čímž se zvyšuje účinnost prevence a léčby nemocí.
V kosmetickém průmyslu působí povrchově aktivní látky jako emulgátory a jsou nepostradatelnou součástí produktů péče o pleť, jako jsou krémy, pleťové vody, čisticí prostředky na obličej a odličovače.
Micely a solubilizace,požadavky: C > CMC (HLB 13–18)
Minimální koncentrace, při které se molekuly povrchově aktivní látky spojují za vzniku micel. Když koncentrace překročí hodnotu CMC, molekuly povrchově aktivní látky se uspořádají do struktur, jako jsou sférické, tyčinkovité, lamelární nebo deskovité konfigurace.
Solubilizační systémy jsou termodynamicky rovnovážné systémy. Čím nižší je CMC a čím vyšší je stupeň asociace, tím větší je maximální koncentrace aditiva (MAC). Vliv teploty na solubilizaci se projevuje ve třech aspektech: ovlivňuje tvorbu micel, rozpustnost solubilizátů a rozpustnost samotných povrchově aktivních látek. U iontových povrchově aktivních látek se jejich rozpustnost prudce zvyšuje s rostoucí teplotou a teplota, při které k tomuto náhlému nárůstu dochází, se nazývá Krafftův bod. Čím vyšší je Krafftův bod, tím nižší je kritická koncentrace micel.
U neiontových povrchově aktivních látek na bázi polyoxyethylenu platí, že když teplota stoupne na určitou úroveň, jejich rozpustnost prudce klesá a dochází ke srážení, což způsobuje zakalení roztoku. Tento jev se nazývá zakalení a odpovídající teplota se nazývá bod zákalu. U povrchově aktivních látek se stejnou délkou polyoxyethylenového řetězce platí, že čím delší je uhlovodíkový řetězec, tím nižší je bod zákalu; naopak, při stejné délce uhlovodíkového řetězce platí, že čím delší je polyoxyethylenový řetězec, tím vyšší je bod zákalu.
Nepolární organické látky (např. benzen) mají velmi nízkou rozpustnost ve vodě. Přidání povrchově aktivních látek, jako je oleát sodný, však může významně zvýšit rozpustnost benzenu ve vodě – tento proces se nazývá solubilizace. Solubilizace se liší od běžného rozpouštění: solubilizovaný benzen není rovnoměrně dispergován v molekulách vody, ale je zachycen v micelách tvořených oleátovými ionty. Studie rentgenové difrakce potvrdily, že všechny typy micel po solubilizaci expandují v různé míře, zatímco koligativní vlastnosti celkového roztoku zůstávají do značné míry nezměněny.
S rostoucí koncentrací povrchově aktivních látek ve vodě se molekuly povrchově aktivních látek hromadí na povrchu kapaliny a vytvářejí hustě uspořádanou, orientovanou monomolekulární vrstvu. Přebytečné molekuly v objemové fázi se agregují svými hydrofobními skupinami směřujícími dovnitř a tvoří micely. Minimální koncentrace potřebná k zahájení tvorby micel je definována jako kritická koncentrace micel (CMC). Při této koncentraci se roztok odchyluje od ideálního chování a na křivce povrchového napětí vs. koncentrace se objevuje zřetelný inflexní bod. Další zvyšování koncentrace povrchově aktivní látky již nesnižuje povrchové napětí; místo toho bude podporovat kontinuální růst a množení micel v objemové fázi.
Když se molekuly povrchově aktivních látek dispergují v roztoku a dosáhnou specifického koncentračního prahu, asociují se z jednotlivých monomerů (iontů nebo molekul) do koloidních agregátů zvaných micely. Tento přechod spouští náhlé změny fyzikálních a chemických vlastností roztoku a koncentrace, při které k tomu dochází, se nazývá karboxymethylcelulární metabolismus (CMC). Proces tvorby micel se označuje jako micelizace.
Tvorba micel ve vodných roztocích povrchově aktivních látek je proces závislý na koncentraci. V extrémně zředěných roztocích jsou voda a vzduch téměř v přímém kontaktu, takže povrchové napětí klesá jen mírně a zůstává blízké napětí čisté vody, přičemž v objemové fázi je rozptýleno jen velmi málo molekul povrchově aktivní látky. S mírným zvyšováním koncentrace povrchově aktivní látky se molekuly rychle adsorbují na povrch vody, čímž se zmenšuje kontaktní plocha mezi vodou a vzduchem a způsobuje se prudký pokles povrchového napětí. Mezitím se některé molekuly povrchově aktivní látky v objemové fázi agregují s jejich hydrofobními skupinami zarovnanými a tvoří malé micely.
Jak koncentrace dále roste a roztok dosáhne saturační adsorpce, na povrchu kapaliny se vytvoří hustě uspořádaný monomolekulární film. Když koncentrace dosáhne CMC, povrchové napětí roztoku dosáhne své minimální hodnoty. Za CMC další zvyšování koncentrace povrchově aktivní látky povrchové napětí sotva ovlivňuje; místo toho zvyšuje počet a velikost micel v objemové fázi. V roztoku pak dominují micely, které slouží jako mikroreaktory při syntéze nanoprášků. S dalším zvyšováním koncentrace systém postupně přechází do kapalně krystalického stavu.
Když koncentrace vodného roztoku povrchově aktivní látky dosáhne karboxymetrické membrány (CMC), s rostoucí koncentrací se výrazně zvyšuje tvorba micel. To je charakterizováno inflexním bodem na křivce povrchového napětí vs. logaritmické koncentrace (γ–log c křivka) spolu se vznikem neideálních fyzikálních a chemických vlastností roztoku.
Micely iontových povrchově aktivních látek nesou vysoké povrchové náboje. V důsledku elektrostatické přitažlivosti jsou protiionty přitahovány k povrchu micely a neutralizují část kladných a záporných nábojů. Jakmile však micely vytvoří vysoce nabité struktury, zpomalovací síla iontové atmosféry vytvořené protiionty se výrazně zvyšuje – vlastnost, kterou lze využít k úpravě dispergovatelnosti nanoprášků. Z těchto dvou důvodů ekvivalentní vodivost roztoku s rostoucí koncentrací nad CMC rychle klesá, což z tohoto bodu činí spolehlivou metodu pro stanovení kritické micelární koncentrace povrchově aktivních látek.
Struktura micel iontových povrchově aktivních látek je typicky sférická a skládá se ze tří částí: jádra, obalu a difúzní elektrické dvojvrstvy. Jádro se skládá z hydrofobních uhlovodíkových řetězců, podobných kapalným uhlovodíkům, s průměrem v rozmezí přibližně 1 až 2,8 nm. Methylenové skupiny (-CH₂-) sousedící s polárními hlavicemi mají částečnou polaritu a zadržují kolem jádra některé molekuly vody. Jádro micely tedy obsahujeznačné množství zachycené vody a tyto skupiny -CH₂- nejsou plně integrovány do kapalného uhlovodíkového jádra, ale tvoří součást nekapalné micelární slupky.
Micelární obal je také známý jako rozhraní micela-voda nebo povrchová fáze. Nevztahuje se na makroskopické rozhraní mezi micelami a vodou, ale spíše na oblast mezi micelami a monomerním vodným roztokem povrchově aktivní látky. U micel s iontovými povrchově aktivními látkami je obal tvořen nejvnitřnější Sternovou vrstvou (nebo pevnou adsorpční vrstvou) elektrické dvojvrstvy o tloušťce přibližně 0,2 až 0,3 nm. Obala obsahuje nejen iontové hlavové skupiny povrchově aktivních látek a část vázaných protiiontů, ale také hydratační vrstvu v důsledku hydratace těchto iontů. Micelární obal nemá hladký povrch, ale spíše „drsné“ rozhraní, které je výsledkem fluktuací způsobených tepelným pohybem molekul monomerních povrchově aktivních látek.
V nevodných médiích (na bázi oleje), kde převládají molekuly oleje, se hydrofilní skupiny povrchově aktivních látek agregují dovnitř a tvoří polární jádro, zatímco hydrofobní uhlovodíkové řetězce tvoří vnější obal micely. Tento typ micely má ve srovnání s konvenčními vodnými micelami obrácenou strukturu, a proto se nazývá reverzní micela; naproti tomu micely vytvořené ve vodě se nazývají normální micely. Obrázek 4 ukazuje schematický model reverzních micel vytvořených povrchově aktivními látkami v nevodných roztocích. V posledních letech se reverzní micely široce používají při syntéze a přípravě nanoměřítkových nosičů léčiv, zejména pro zapouzdření hydrofilních léčiv.
Čas zveřejnění: 26. prosince 2025