Որքա՞ն գիտեք մակերևութային ակտիվ նյութերի թրջման և լուծելիության ազդեցությունների մասին։

Թրջող ազդեցություն, պահանջ՝ HLB: 7-9

Թրջումը սահմանվում է որպես այն երևույթը, երբ պինդ մակերեսին կլանված գազը տեղաշարժվում է հեղուկով: Այս տեղաշարժի ունակությունը մեծացնող նյութերը կոչվում են թրջող նյութեր: Թրջումը սովորաբար դասակարգվում է երեք տեսակի՝ կոնտակտային թրջում (կպչուն թրջում), ընկղմման թրջում (ընկղմման թրջում) և տարածման թրջում (տարածում): Դրանցից տարածումը ներկայացնում է թրջման ամենաբարձր չափանիշը, և տարածման գործակիցը հաճախ օգտագործվում է որպես ցուցանիշ՝ տարբեր համակարգերի միջև թրջման արդյունավետությունը գնահատելու համար: Բացի այդ, շփման անկյունը նույնպես չափանիշ է թրջման որակը գնահատելու համար: Մակերևութային ակտիվ նյութերը կարող են օգտագործվել հեղուկ և պինդ ֆազերի միջև թրջման աստիճանը վերահսկելու համար:

Թունաքիմիկատների արդյունաբերության մեջ որոշ հատիկավոր բանաձևեր և փոշոտվող փոշիներ նույնպես պարունակում են որոշակի քանակությամբ մակերևութային ակտիվ նյութեր: Դրանց նպատակն է բարելավել թունաքիմիկատների կպչունությունը և նստվածքի քանակը թիրախային մակերեսին, արագացնել արտանետման արագությունը և ընդլայնել ակտիվ բաղադրիչների տարածման տարածքը խոնավ պայմաններում, դրանով իսկ բարձրացնելով հիվանդությունների կանխարգելման և բուժման արդյունավետությունը:

Կոսմետիկայի արդյունաբերության մեջ մակերևութային ակտիվ նյութերը հանդես են գալիս որպես էմուլգատորներ և անփոխարինելի բաղադրիչներ են մաշկի խնամքի միջոցներում, ինչպիսիք են կրեմները, լոսյոնները, դեմքի մաքրող միջոցները և դիմահարդարումը հեռացնող միջոցները:

Միցելներ և լուծելիություն,պահանջներ՝ C > CMC (HLB 13–18)

Նվազագույն կոնցենտրացիան, որի դեպքում մակերևութային ակտիվ նյութի մոլեկուլները միանում են միցելներ առաջացնելու համար: Երբ կոնցենտրացիան գերազանցում է CMC արժեքը, մակերևութային ակտիվ նյութի մոլեկուլները դասավորվում են գնդաձև, ձողանման, շերտավոր կամ թիթեղանման կառուցվածքներով:

Լուծման համակարգերը թերմոդինամիկ հավասարակշռության համակարգեր են: Որքան ցածր է CMC-ն և որքան բարձր է ասոցացման աստիճանը, այնքան մեծ է առավելագույն հավելանյութի կոնցենտրացիան (MAC): Ջերմաստիճանի ազդեցությունը լուծելիության վրա արտացոլվում է երեք ասպեկտով՝ այն ազդում է միցելների առաջացման, լուծվող նյութերի լուծելիության և մակերևութային ակտիվ նյութերի լուծելիության վրա: Իոնային մակերևութային ակտիվ նյութերի դեպքում դրանց լուծելիությունը կտրուկ աճում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, և այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում տեղի է ունենում այս կտրուկ աճը, կոչվում է Կրաֆտի կետ: Որքան բարձր է Կրաֆտի կետը, այնքան ցածր է միցելների կրիտիկական կոնցենտրացիան:

Պոլիօքսիէթիլենային ոչ իոնային մակերևութային ակտիվ նյութերի դեպքում, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև որոշակի մակարդակ, դրանց լուծելիությունը կտրուկ նվազում է, և տեղի է ունենում նստվածք, ինչի հետևանքով լուծույթը պղտորվում է: Այս երևույթը հայտնի է որպես մշուշոտում, իսկ համապատասխան ջերմաստիճանը կոչվում է մշուշոտման կետ: Նույն պոլիօքսիէթիլենային շղթայի երկարություն ունեցող մակերևութային ակտիվ նյութերի դեպքում, որքան երկար է ածխաջրածնային շղթան, այնքան ցածր է մշուշոտման կետը. ընդհակառակը, նույն ածխաջրածնային շղթայի երկարության դեպքում, որքան երկար է պոլիօքսիէթիլենային շղթան, այնքան բարձր է մշուշոտման կետը:

Ոչ բևեռային օրգանական նյութերը (օրինակ՝ բենզոլը) շատ ցածր լուծելիություն ունեն ջրում: Այնուամենայնիվ, մակերևութային ակտիվ նյութերի, ինչպիսին է նատրիումի օլեատը, ավելացումը կարող է զգալիորեն բարձրացնել բենզոլի լուծելիությունը ջրում՝ մի գործընթաց, որը կոչվում է լուծելիացում: Լուծելիացումը տարբերվում է սովորական լուծելիությունից. լուծելի բենզոլը հավասարաչափ չի ցրվում ջրի մոլեկուլներում, այլ խրված է օլեատ իոնների կողմից ձևավորված միցելների մեջ: Ռենտգենյան դիֆրակցիոն ուսումնասիրությունները հաստատել են, որ լուծելիացումից հետո բոլոր տեսակի միցելները տարբեր աստիճաններով ընդարձակվում են, մինչդեռ ընդհանուր լուծույթի կոլիգատիվ հատկությունները մեծ մասամբ մնում են անփոփոխ:

Քանի որ ջրում մակերևութային ակտիվ նյութերի կոնցենտրացիան մեծանում է, մակերևութային ակտիվ նյութերի մոլեկուլները կուտակվում են հեղուկի մակերեսին՝ ձևավորելով խիտ փաթեթավորված, կողմնորոշված ​​մոնոմոլեկուլային շերտ: Հիմնական փուլում ավելորդ մոլեկուլները ագրեգացվում են՝ իրենց հիդրոֆոբ խմբերը դեպի ներս ուղղված, ձևավորելով միցելներ: Միցելների առաջացումը սկսելու համար անհրաժեշտ նվազագույն կոնցենտրացիան սահմանվում է որպես կրիտիկական միցելների կոնցենտրացիա (ԿՄԿ): Այս կոնցենտրացիայի դեպքում լուծույթը շեղվում է իդեալական վարքից, և մակերեսային լարվածության և կոնցենտրացիայի կորի վրա հայտնվում է հստակ թեքման կետ: Մակերևութային ակտիվ նյութերի կոնցենտրացիայի հետագա բարձրացումը այլևս չի նվազեցնի մակերեսային լարվածությունը. փոխարենը, այն կնպաստի միցելների շարունակական աճին և բազմացմանը հիմնական փուլում:

Երբ մակերևութային ակտիվ նյութի մոլեկուլները ցրվում են լուծույթում և հասնում որոշակի կոնցենտրացիայի շեմի, դրանք առանձին մոնոմերներից (իոններից կամ մոլեկուլներից) միանում են կոլոիդային ագրեգատների, որոնք կոչվում են միցելներ: Այս անցումը առաջացնում է լուծույթի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների կտրուկ փոփոխություններ, և այն կոնցենտրացիան, որի դեպքում դա տեղի է ունենում, կոչվում է CMC: Միցելների առաջացման գործընթացը կոչվում է միցելացում:

Մակերևութային ակտիվ նյութի ջրային լուծույթներում միցելների առաջացումը կոնցենտրացիայից կախված գործընթաց է: Չափազանց նոսր լուծույթներում ջուրը և օդը գրեթե անմիջական շփման մեջ են, ուստի մակերեսային լարվածությունը փոքր-ինչ նվազում է՝ մնալով մաքուր ջրի լարվածությանը մոտ, ընդ որում՝ շատ քիչ մակերևութային ակտիվ նյութի մոլեկուլներ են ցրված հիմնական փուլում: Մակերևութային ակտիվ նյութի կոնցենտրացիայի չափավոր աճի հետ մեկտեղ, մոլեկուլները արագորեն կլանում են ջրի մակերեսին՝ նվազեցնելով ջրի և օդի միջև շփման մակերեսը և առաջացնելով մակերեսային լարվածության կտրուկ անկում: Միևնույն ժամանակ, հիմնական փուլում որոշ մակերևութային ակտիվ նյութի մոլեկուլներ ագրեգացվում են իրենց հիդրոֆոբ խմբերով դասավորված՝ ձևավորելով փոքր միցելներ:

Քանի որ կոնցենտրացիան շարունակում է աճել, և լուծույթը հասնում է հագեցման ադսորբցիայի, հեղուկի մակերեսին առաջանում է խիտ փաթեթավորված մոնոմոլեկուլային թաղանթ։ Երբ կոնցենտրացիան հասնում է CMC-ին, լուծույթի մակերեսային լարվածությունը հասնում է իր նվազագույն արժեքին։ CMC-ից այն կողմ մակերևութային ակտիվ նյութի կոնցենտրացիայի հետագա աճը գրեթե չի ազդում մակերեսային լարվածության վրա. փոխարենը, այն մեծացնում է միցելների քանակը և չափը հիմնական փուլում։ Այնուհետև լուծույթում գերակշռում են միցելները, որոնք ծառայում են որպես միկրոռեակտորներ նանոպոշների սինթեզում։ Կոնցենտրացիայի շարունակական աճի հետ մեկտեղ համակարգը աստիճանաբար անցնում է հեղուկ բյուրեղային վիճակի։

Երբ ջրային մակերևութային ակտիվ նյութի լուծույթի կոնցենտրացիան հասնում է CMC-ին, միցելների առաջացումը նկատելի է դառնում կոնցենտրացիայի աճին զուգընթաց։ Սա բնութագրվում է մակերևութային լարվածության և կոնցենտրացիայի լոգարիթմական կորի թեքման կետով (γ–log c կոր), ինչպես նաև լուծույթում ոչ իդեալական ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների ի հայտ գալով։

Իոնային մակերևութային ակտիվ միցելները կրում են բարձր մակերևութային լիցքեր: Էլեկտրաստատիկ ձգողության շնորհիվ հակաիոնները ձգվում են միցելի մակերեսին՝ չեզոքացնելով դրական և բացասական լիցքերի մի մասը: Այնուամենայնիվ, երբ միցելները ձևավորում են բարձր լիցքավորված կառուցվածքներ, հակաիոնների կողմից ձևավորված իոնային մթնոլորտի դանդաղեցնող ուժը զգալիորեն մեծանում է՝ մի հատկություն, որը կարող է օգտագործվել նանոպոշների ցրման ունակությունը կարգավորելու համար: Այս երկու պատճառներով լուծույթի համարժեք հաղորդականությունը արագորեն նվազում է CMC-ից բարձր կոնցենտրացիայի աճին զուգընթաց, ինչը այս կետը դարձնում է մակերևութային ակտիվ նյութերի կրիտիկական միցելի կոնցենտրացիան որոշելու հուսալի մեթոդ:

Իոնային մակերևութային ակտիվ միցելների կառուցվածքը սովորաբար գնդաձև է, որը բաղկացած է երեք մասից՝ միջուկ, թաղանթ և դիֆուզ էլեկտրական կրկնակի շերտ։ Միջուկը կազմված է հիդրոֆոբ ածխաջրածնային շղթաներից, որոնք նման են հեղուկ ածխաջրածիններին, մոտավորապես 1-ից մինչև 2.8 նմ տրամագծով։ Բևեռային գլխային խմբերին հարակից մեթիլենային խմբերը (-CH₂-) ունեն մասնակի բևեռականություն, պահպանելով որոշ ջրի մոլեկուլներ միջուկի շուրջ։ Այսպիսով, միցելային միջուկը պարունակում էզգալի քանակությամբ կլանված ջուր է, և այս -CH₂- խմբերը լիովին ինտեգրված չեն հեղուկանման ածխաջրածնային միջուկի մեջ, այլ կազմում են ոչ հեղուկ միցելային թաղանթի մի մասը։

Միցելային թաղանթը հայտնի է նաև որպես միցել-ջուր միջերես կամ մակերեսային փուլ։ Այն չի վերաբերում միցելների և ջրի միջև մակրոսկոպիկ միջերեսին, այլ միցելների և մոնոմերային ջրային մակերևութային ակտիվ նյութի լուծույթի միջև ընկած տարածքին։ Իոնային մակերևութային ակտիվ միցելների դեպքում թաղանթը ձևավորվում է էլեկտրական կրկնակի շերտի ամենաներքին Ստեռնի շերտով (կամ ֆիքսված ադսորբցիոն շերտով), որի հաստությունը կազմում է մոտ 0.2-ից 0.3 նմ։ Թաղանթը պարունակում է ոչ միայն մակերևութային ակտիվ նյութերի իոնային գլխային խմբերը և կապված հակադիր իոնների մի մասը, այլև հիդրատացիոն շերտ՝ այդ իոնների հիդրատացիայի շնորհիվ։ Միցելային թաղանթը հարթ մակերես չէ, այլ «կոպիտ» միջերես, որը մակերևութային ակտիվ նյութի մոնոմեր մոլեկուլների ջերմային շարժման հետևանքով առաջացած տատանումների արդյունք է։

Ոչ ջրային (յուղային հիմքով) միջավայրերում, որտեղ գերակշռում են յուղի մոլեկուլները, մակերևութային ակտիվ նյութերի հիդրոֆիլ խմբերը ագրեգացվում են դեպի ներս՝ ձևավորելով բևեռային միջուկ, մինչդեռ հիդրոֆոբ ածխաջրածնային շղթաները կազմում են միցելի արտաքին թաղանթը: Այս տեսակի միցելն ունի հակադարձ կառուցվածք՝ համեմատած ավանդական ջրային միցելների հետ, ուստի կոչվում է հակադարձ միցել. ընդհակառակը, ջրում առաջացած միցելները կոչվում են նորմալ միցելներ: Նկար 4-ը ցույց է տալիս ոչ ջրային լուծույթներում մակերևութային ակտիվ նյութերի կողմից առաջացած հակադարձ միցելների սխեմատիկ մոդելը: Վերջին տարիներին հակադարձ միցելները լայնորեն օգտագործվել են նանոմասշտաբի դեղամիջոցների կրիչների սինթեզի և պատրաստման մեջ, մասնավորապես՝ հիդրոֆիլ դեղամիջոցների պատիճավորման համար: