Mitrināšanas efekts, prasība: HLB: 7-9
Mitrināšana ir definēta kā parādība, kad uz cietas virsmas adsorbētā gāze tiek izspiesta ar šķidrumu. Vielas, kas var uzlabot šo izspiedes spēju, sauc par mitrinātājiem. Mitrināšanu parasti iedala trīs veidos: kontakta mitrināšana (adhēzijas mitrināšana), iegremdēšanas mitrināšana (iegremdēšanas mitrināšana) un izkliedēšanas mitrināšana (izkliedēšana). Starp tiem izkliedēšana ir augstākais mitrināšanas standarts, un izkliedēšanas koeficients bieži tiek izmantots kā indikators, lai novērtētu mitrināšanas veiktspēju starp dažādām sistēmām. Turklāt saskares leņķis ir arī kritērijs mitrināšanas kvalitātes novērtēšanai. Virsmaktīvās vielas var izmantot, lai kontrolētu mitrināšanas pakāpi starp šķidro un cieto fāzi.
Pesticīdu nozarē daži granulētie preparāti un putekļsūcēji satur arī noteiktu daudzumu virsmaktīvo vielu. To mērķis ir uzlabot pesticīdu saķeri un nogulsnēšanās daudzumu uz mērķa virsmas, paātrināt izdalīšanās ātrumu un paplašināt aktīvo vielu izplatīšanās laukumu mitros apstākļos, tādējādi uzlabojot slimību profilakses un ārstēšanas efektivitāti.
Kosmētikas nozarē virsmaktīvās vielas darbojas kā emulgatori un ir neaizstājamas sastāvdaļas ādas kopšanas līdzekļos, piemēram, krēmos, losjonos, sejas tīrīšanas līdzekļos un kosmētikas noņēmējos.
Micellas un šķīdināšana,prasības: C > CMC (HLB 13–18)
Minimālā koncentrācija, pie kuras virsmaktīvo vielu molekulas saistās, veidojot micellas. Kad koncentrācija pārsniedz CMC vērtību, virsmaktīvās vielas molekulas sakārtojas tādās struktūrās kā sfēriskas, stieņveida, lamelāras vai plāksnveida konfigurācijas.
Šķīdināšanas sistēmas ir termodinamiskās līdzsvara sistēmas. Jo zemāks ir CMC un jo augstāka ir asociācijas pakāpe, jo lielāka ir maksimālā piedevu koncentrācija (MAC). Temperatūras ietekme uz šķīdināšanu atspoguļojas trīs aspektos: tā ietekmē micellu veidošanos, šķīdinātāju šķīdību un pašu virsmaktīvo vielu šķīdību. Jonu virsmaktīvajām vielām to šķīdība strauji palielinās, paaugstinoties temperatūrai, un temperatūru, kurā notiek šis pēkšņais pieaugums, sauc par Krafta punktu. Jo augstāks ir Krafta punkts, jo zemāka ir kritiskā micellu koncentrācija.
Polioksietilēna nejonu virsmaktīvajām vielām, kad temperatūra paaugstinās līdz noteiktam līmenim, to šķīdība strauji samazinās un notiek nogulšņu veidošanās, izraisot šķīduma duļķainību. Šo parādību sauc par duļķošanos, un atbilstošo temperatūru sauc par duļķainības punktu. Virsmaktīvajām vielām ar vienādu polioksietilēna ķēdes garumu, jo garāka ir ogļūdeņraža ķēde, jo zemāka ir duļķainības punkts; un otrādi, ar vienādu ogļūdeņraža ķēdes garumu, jo garāka ir polioksietilēna ķēde, jo augstāka ir duļķainības punkts.
Nepolārām organiskām vielām (piemēram, benzolam) ir ļoti zema šķīdība ūdenī. Tomēr virsmaktīvo vielu, piemēram, nātrija oleāta, pievienošana var ievērojami uzlabot benzola šķīdību ūdenī — šo procesu sauc par šķīdināšanu. Šķīdināšana atšķiras no parastās šķīdināšanas: šķīdinātais benzols nav vienmērīgi izkliedēts ūdens molekulās, bet gan iesprostots oleāta jonu veidotajās micellās. Rentgenstaru difrakcijas pētījumi ir apstiprinājuši, ka visu veidu micellas pēc šķīdināšanas dažādā mērā izplešas, savukārt kopējā šķīduma koligatīvās īpašības lielākoties nemainās.
Palielinoties virsmaktīvo vielu koncentrācijai ūdenī, virsmaktīvo vielu molekulas uzkrājas uz šķidruma virsmas, veidojot cieši iepakotu, orientētu monomolekulāru slāni. Lieko molekulu daudzums pamatfāzē agregējas ar to hidrofobajām grupām, kas vērstas uz iekšu, veidojot micellas. Minimālā koncentrācija, kas nepieciešama, lai uzsāktu micellu veidošanos, tiek definēta kā kritiskā micellu koncentrācija (CMC). Pie šīs koncentrācijas šķīdums novirzās no ideālās uzvedības, un virsmas spraiguma un koncentrācijas līknē parādās atšķirīgs lēciena punkts. Turpmāka virsmaktīvo vielu koncentrācijas palielināšana vairs nesamazinās virsmas spraigumu; tā vietā tā veicinās nepārtrauktu micellu augšanu un vairošanos pamatfāzē.
Kad virsmaktīvās vielas molekulas izkliedējas šķīdumā un sasniedz noteiktu koncentrācijas slieksni, tās no atsevišķiem monomēriem (joniem vai molekulām) savienojas koloīdos agregātos, ko sauc par micellām. Šī pāreja izraisa pēkšņas izmaiņas šķīduma fizikālajās un ķīmiskajās īpašībās, un koncentrācija, pie kuras tas notiek, ir CMC. Micellu veidošanās procesu sauc par micelizāciju.
Micellu veidošanās virsmaktīvo vielu ūdens šķīdumos ir no koncentrācijas atkarīgs process. Ļoti atšķaidītos šķīdumos ūdens un gaiss atrodas gandrīz tiešā saskarē, tāpēc virsmas spraigums samazinās tikai nedaudz, saglabājoties tuvu tīra ūdens virsmaktīvo vielu līmenim, un pamatfāzē ir izkliedētas ļoti maz virsmaktīvo vielu molekulu. Tā kā virsmaktīvo vielu koncentrācija mēreni palielinās, molekulas ātri adsorbējas uz ūdens virsmas, samazinot ūdens un gaisa saskares laukumu un izraisot strauju virsmas spraiguma samazināšanos. Tikmēr dažas virsmaktīvo vielu molekulas pamatfāzē agregējas ar savām hidrofobajām grupām, veidojot mazas micellas.
Koncentrācijai turpinot pieaugt un šķīdumam sasniedzot piesātinājuma adsorbciju, uz šķidruma virsmas veidojas blīvi iepakota monomolekulāra plēve. Kad koncentrācija sasniedz CMC, šķīduma virsmas spraigums sasniedz minimālo vērtību. Virs CMC tālāka virsmaktīvās vielas koncentrācijas palielināšana gandrīz neietekmē virsmas spraigumu; tā vietā tā palielina micellu skaitu un izmēru pamatfāzē. Tad šķīdumā dominē micellas, kas kalpo kā mikroreaktori nanopulveru sintēzē. Turpinot koncentrācijas pieaugumu, sistēma pakāpeniski pāriet šķidrkristāliskā stāvoklī.
Kad virsmaktīvās vielas ūdens šķīduma koncentrācija sasniedz CMC, palielinoties koncentrācijai, kļūst izteiktāka micellu veidošanās. To raksturo lūzuma punkts virsmas spraiguma un logaritmiskās koncentrācijas līknē (γ–log c līkne), kā arī neilgu fizikālo un ķīmisko īpašību parādīšanās šķīdumā.
Jonu virsmaktīvo vielu micellām ir lieli virsmas lādiņi. Elektrostatiskās pievilkšanās dēļ pretjoni tiek piesaistīti micellas virsmai, neitralizējot daļu no pozitīvajiem un negatīvajiem lādiņiem. Tomēr, tiklīdz micellas veido ļoti lādētas struktūras, pretjonu veidotās jonu atmosfēras bremzēšanas spēks ievērojami palielinās — īpašība, ko var izmantot, lai pielāgotu nanopulveru disperģējamību. Šo divu iemeslu dēļ šķīduma ekvivalentā vadītspēja strauji samazinās, palielinoties koncentrācijai virs CMC, padarot šo punktu par uzticamu metodi virsmaktīvo vielu kritiskās micellas koncentrācijas noteikšanai.
Jonu virsmaktīvo vielu micellu struktūra parasti ir sfēriska, kas sastāv no trim daļām: kodola, apvalka un difūza elektriskā dubultslāņa. Kodols sastāv no hidrofobām ogļūdeņražu ķēdēm, kas līdzīgas šķidriem ogļūdeņražiem, ar diametru no aptuveni 1 līdz 2,8 nm. Metilēna grupām (-CH₂-), kas atrodas blakus polārajām galvas grupām, ir daļēja polaritāte, saglabājot dažas ūdens molekulas ap kodolu. Tādējādi micellas kodols saturievērojams daudzums iesprostota ūdens, un šīs -CH₂- grupas nav pilnībā integrētas šķidrumam līdzīgā ogļūdeņraža kodolā, bet gan veido daļu no nešķidrās micellas apvalka.
Micellas apvalks ir pazīstams arī kā micellas un ūdens saskarne vai virsmas fāze. Tas neattiecas uz makroskopisko saskarni starp micellām un ūdeni, bet gan uz apgabalu starp micellām un monomēru virsmaktīvās vielas ūdens šķīdumu. Jonu virsmaktīvo vielu micellām apvalku veido elektriskā dubultslāņa iekšējais Sterna slānis (vai fiksētais adsorbcijas slānis), kura biezums ir aptuveni 0,2 līdz 0,3 nm. Apvalks satur ne tikai virsmaktīvo vielu jonu galvas grupas un daļu saistītu pretjonu, bet arī hidratācijas slāni, kas rodas šo jonu hidratācijas dēļ. Micellas apvalks nav gluda virsma, bet gan "raupja" saskarne, kas rodas virsmaktīvo vielu monomēru molekulu termiskās kustības izraisīto svārstību rezultātā.
Neūdens (uz eļļas bāzes) vidē, kur dominē eļļas molekulas, virsmaktīvo vielu hidrofilās grupas agregējas uz iekšu, veidojot polāru kodolu, savukārt hidrofobās ogļūdeņražu ķēdes veido micellas ārējo apvalku. Šāda veida micellām ir apgriezta struktūra salīdzinājumā ar parastajām ūdens micellām, un tāpēc tās sauc par apgrieztām micellām; turpretī micellas, kas veidojas ūdenī, sauc par normālām micellām. 4. attēlā parādīts virsmaktīvo vielu neūdens šķīdumos veidoto apgriezto micellu shematisks modelis. Pēdējos gados apgrieztās micellas ir plaši izmantotas nanoskalas zāļu nesēju sintēzē un sagatavošanā, īpaši hidrofilu zāļu iekapsulēšanai.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 26. decembris