Märgistav toime, nõue: HLB: 7-9
Märgamine on nähtus, kus tahkele pinnale adsorbeerunud gaas tõrjutakse vedeliku poolt välja. Aineid, mis seda tõrjumisvõimet suurendavad, nimetatakse märgavateks aineteks. Märgamine jaguneb üldiselt kolme tüüpi: kontaktmärgamine (adhesioonimärgamine), sukeldumismärgamine (sukeldamismärgamine) ja hajumismärgamine (levimine). Nende hulgas esindab hajumine märgamise kõrgeimat standardit ja levimiskoefitsienti kasutatakse sageli indikaatorina märgumisvõime hindamiseks erinevate süsteemide vahel. Lisaks on kontaktnurk ka kriteerium märgamise kvaliteedi hindamisel. Pindaktiivseid aineid saab kasutada vedela ja tahke faasi vahelise märgumise astme reguleerimiseks.
Pestitsiiditööstuses sisaldavad mõned granuleeritud preparaadid ja tolmpulbrid ka teatud koguses pindaktiivseid aineid. Nende eesmärk on parandada pestitsiidi nakkumist ja sadestumise hulka sihtpinnal, kiirendada vabanemiskiirust ja laiendada toimeainete levikuala niisketes tingimustes, suurendades seeläbi haiguste ennetamise ja ravi tõhusust.
Kosmeetikatööstuses toimivad pindaktiivsed ained emulgaatoritena ja on asendamatud komponendid nahahooldustoodetes, nagu kreemid, losjoonid, näopuhastusvahendid ja meigieemaldajad.
Mitsellid ja lahustumine,nõuded: C > CMC (HLB 13–18)
Minimaalne kontsentratsioon, mille juures pindaktiivsete ainete molekulid ühinevad mitsellideks. Kui kontsentratsioon ületab CMC väärtuse, paigutuvad pindaktiivsete ainete molekulid struktuuridesse, näiteks sfäärilistesse, vardakujulistesse, lamellaarsetesse või plaadikujulistesse konfiguratsioonidesse.
Lahustumissüsteemid on termodünaamilised tasakaalusüsteemid. Mida madalam on CMC ja mida kõrgem on assotsiatsiooniaste, seda suurem on maksimaalne lisaaine kontsentratsioon (MAC). Temperatuuri mõju lahustumisele avaldub kolmes aspektis: see mõjutab mitsellide moodustumist, lahustuvate ainete lahustuvust ja pindaktiivsete ainete endi lahustuvust. Ioonsete pindaktiivsete ainete puhul suureneb nende lahustuvus järsult temperatuuri tõustes ja temperatuuri, mille juures see järsk tõus toimub, nimetatakse Kraffti punktiks. Mida kõrgem on Kraffti punkt, seda madalam on kriitiline mitsellide kontsentratsioon.
Polüoksüetüleeni mitteioonsete pindaktiivsete ainete puhul langeb temperatuuri tõustes teatud tasemeni lahustuvus järsult ja tekib sadestumine, mis põhjustab lahuse hägustumise. Seda nähtust nimetatakse häguseks ja vastavat temperatuuri nimetatakse hägustumispunktiks. Sama pikkusega polüoksüetüleeni ahelaga pindaktiivsete ainete puhul on hägustumispunkt madalam, mida pikem on süsivesiniku ahel; vastupidi, sama pikkusega süsivesiniku ahela korral on pikem polüoksüetüleeni ahel kõrgem, seda pikem on hägustumispunkt.
Mittepolaarsed orgaanilised ained (nt benseen) lahustuvad vees väga halvasti. Pindaktiivsete ainete, näiteks naatriumoleaadi lisamine võib aga benseeni lahustuvust vees oluliselt suurendada – seda protsessi nimetatakse lahustumiseks. Lahustumine erineb tavalisest lahustumisest: lahustunud benseen ei ole veemolekulides ühtlaselt hajutatud, vaid on lõksus oleaatioonide moodustatud mitsellide vahel. Röntgendifraktsiooniuuringud on kinnitanud, et kõik mitsellide tüübid paisuvad pärast lahustumist erineval määral, samas kui kogu lahuse kolligatiivsed omadused jäävad suures osas samaks.
Pindaktiivsete ainete kontsentratsiooni suurenedes vees kogunevad pindaktiivsete ainete molekulid vedeliku pinnale, moodustades tihedalt pakitud, orienteeritud monomolekulaarse kihi. Liigsed molekulid põhifaasis agregeeruvad oma hüdrofoobsete rühmadega sissepoole, moodustades mitselle. Mitsellide moodustumise alustamiseks vajalik minimaalne kontsentratsioon on defineeritud kui kriitiline mitsellide kontsentratsioon (CMC). Selle kontsentratsiooni juures kaldub lahus ideaalsest käitumisest kõrvale ja pindpinevuse ja kontsentratsiooni kõverale ilmub selge murdepunkt. Pindaktiivse ainete kontsentratsiooni edasine suurendamine ei vähenda enam pindpinevust, vaid soodustab mitsellide pidevat kasvu ja paljunemist põhifaasis.
Kui pindaktiivsete ainete molekulid lahuses dispergeeruvad ja saavutavad teatud kontsentratsiooniläve, ühinevad nad üksikutest monomeeridest (ioonidest või molekulidest) kolloidseteks agregaatideks, mida nimetatakse mitsellideks. See üleminek käivitab lahuse füüsikalistes ja keemilistes omadustes järsud muutused ning kontsentratsioon, mille juures see toimub, on CMC. Mitselli moodustumise protsessi nimetatakse mitseliseerimiseks.
Mitsellide moodustumine pindaktiivsete ainete vesilahustes on kontsentratsioonist sõltuv protsess. Äärmiselt lahjendatud lahustes on vesi ja õhk peaaegu otseses kontaktis, seega väheneb pindpinevus vaid veidi, jäädes puhta vee omale lähedale, kusjuures põhifaasis on hajutatud väga vähe pindaktiivsete ainete molekule. Pindaktiivsete ainete kontsentratsiooni mõõdukal suurenemisel adsorbeeruvad molekulid kiiresti veepinnale, vähendades vee ja õhu vahelist kontaktpinda ning põhjustades pindpinevuse järsu languse. Samal ajal agregeeruvad mõned põhifaasi pindaktiivsete ainete molekulid oma hüdrofoobsete rühmadega joondudes, moodustades väikeseid mitselle.
Kui kontsentratsioon jätkuvalt tõuseb ja lahus saavutab küllastusadsorptsiooni, moodustub vedeliku pinnale tihedalt pakitud monomolekulaarne kile. Kui kontsentratsioon jõuab CMC-ni, saavutab lahuse pindpinevus minimaalse väärtuse. Üle CMC kontsentratsiooni mõjutab pindaktiivse aine kontsentratsiooni edasine suurendamine pindpinevust vaevu; selle asemel suurendab see mitsellide arvu ja suurust põhifaasis. Seejärel domineerivad lahuses mitsellid, mis toimivad nanopulbrite sünteesil mikroreaktoritena. Kontsentratsiooni jätkuva suurenemisega läheb süsteem järk-järgult vedelkristallilisse olekusse.
Kui pindaktiivse aine vesilahuse kontsentratsioon jõuab CMC-ni, muutub mitsellide moodustumine kontsentratsiooni suurenedes silmapaistvaks. Seda iseloomustab pindpinevuse ja logaritmilise kontsentratsiooni kõvera (γ–log c kõver) murdepunkt koos lahuse mitteideaalsete füüsikaliste ja keemiliste omaduste ilmnemisega.
Ioonsed pindaktiivsed mitsellid kannavad suuri pinnalaenguid. Elektrostaatilise külgetõmbe tõttu tõmbuvad vastasioonid mitselli pinnale, neutraliseerides osa positiivsetest ja negatiivsetest laengutest. Kui mitsellid aga moodustavad tugevalt laetud struktuure, suureneb vastasioonide moodustatud ioonse atmosfääri pidurdusjõud märkimisväärselt – omadus, mida saab ära kasutada nanopulbrite dispergeeritavuse reguleerimiseks. Nendel kahel põhjusel väheneb lahuse ekvivalentjuhtivus kiiresti kontsentratsiooni suurenedes üle CMC, muutes selle punkti usaldusväärseks meetodiks pindaktiivsete ainete kriitilise mitsellikontsentratsiooni määramiseks.
Ioonsete pindaktiivsete mitsellide struktuur on tavaliselt sfääriline, koosnedes kolmest osast: südamikust, kestast ja difuussest elektrilisest kaksikkhist. Südamik koosneb hüdrofoobsetest süsivesinikahelatest, mis sarnanevad vedelate süsivesinikega, läbimõõduga umbes 1–2,8 nm. Polaarsete pearühmade kõrval asuvad metüleenrühmad (-CH₂-) on osaliselt polaarsed, hoides südamiku ümber mõningaid veemolekule. Seega sisaldab mitsellsüdamikmärkimisväärses koguses lõksus olevat vett ja need -CH₂- rühmad ei ole täielikult integreeritud vedelikutaolisse süsivesiniku tuuma, vaid moodustavad osa mittevedela mitselli kestast.
Mitsellkoort tuntakse ka mitsell-vesi piirpinna või pinnafaasina. See ei viita mitsellide ja vee vahelisele makroskoopilisele piirpinnale, vaid pigem mitsellide ja monomeerse pindaktiivse aine vesilahuse vahelisele piirkonnale. Ioonsete pindaktiivsete ainete mitsellide puhul moodustub koore elektrilise kaksikkihi sisemine Sterni kiht (või fikseeritud adsorptsioonikiht), mille paksus on umbes 0,2–0,3 nm. Kest sisaldab lisaks pindaktiivsete ainete ioonsetele pearühmadele ja osa seotud vastasioonidest ka nende ioonide hüdratsioonist tingitud hüdratsioonikihti. Mitsellkoor ei ole sile pind, vaid pigem „kare“ piirpind, mis on pindaktiivsete ainete monomeermolekulide termilise liikumise põhjustatud kõikumiste tulemus.
Mittevesikeskkonnas (õlipõhistes) keskkondades, kus domineerivad õlimolekulid, agregeeruvad pindaktiivsete ainete hüdrofiilsed rühmad sissepoole, moodustades polaarse südamiku, samas kui hüdrofoobsed süsivesinikahelad moodustavad mitselli väliskesta. Seda tüüpi mitsellidel on tavapäraste vesilahustega võrreldes vastupidine struktuur ja seetõttu nimetatakse neid pöördmitsellideks; seevastu vees moodustunud mitselle nimetatakse tavalisteks mitsellideks. Joonis 4 näitab pindaktiivsete ainete poolt mittevesilahustes moodustunud pöördmitsellide skemaatilist mudelit. Viimastel aastatel on pöördmitselle laialdaselt kasutatud nanoskaala ravimikandjate sünteesimisel ja valmistamisel, eriti hüdrofiilsete ravimite kapseldamiseks.
Postituse aeg: 26. detsember 2025