సర్ఫ్యాక్టెంట్ల చెమ్మగిల్లడం మరియు ద్రావణీకరణ ప్రభావాల గురించి మీకు ఎంత తెలుసు?

చెమ్మగిల్లడం ప్రభావం, అవసరం: HLB: 7-9

ఘన ఉపరితలంపై శోషించబడిన వాయువు ద్రవం ద్వారా స్థానభ్రంశం చెందే దృగ్విషయంగా చెమ్మగిల్లడం నిర్వచించబడింది. ఈ స్థానభ్రంశ సామర్థ్యాన్ని పెంచే పదార్థాలను చెమ్మగిల్లడం కారకాలు అంటారు. చెమ్మగిల్లడం సాధారణంగా మూడు రకాలుగా వర్గీకరించబడుతుంది: కాంటాక్ట్ చెమ్మగిల్లడం (అంటుకునే చెమ్మగిల్లడం), ఇమ్మర్షన్ చెమ్మగిల్లడం (ఇమ్మర్షనల్ చెమ్మగిల్లడం) మరియు స్ప్రెడింగ్ చెమ్మగిల్లడం (స్ప్రెడింగ్). వీటిలో, వ్యాప్తి చెమ్మగిల్లడం యొక్క అత్యున్నత ప్రమాణాన్ని సూచిస్తుంది మరియు వ్యాప్తి గుణకం తరచుగా వివిధ వ్యవస్థల మధ్య చెమ్మగిల్లడం పనితీరును అంచనా వేయడానికి సూచికగా ఉపయోగించబడుతుంది. అదనంగా, చెమ్మగిల్లడం యొక్క నాణ్యతను నిర్ధారించడానికి కాంటాక్ట్ కోణం కూడా ఒక ప్రమాణం. ద్రవ మరియు ఘన దశల మధ్య చెమ్మగిల్లడం స్థాయిని నియంత్రించడానికి సర్ఫ్యాక్టెంట్లను ఉపయోగించవచ్చు.

పురుగుమందుల పరిశ్రమలో, కొన్ని గ్రాన్యులర్ ఫార్ములేషన్‌లు మరియు డస్టబుల్ పౌడర్‌లు కూడా కొంత మొత్తంలో సర్ఫ్యాక్టెంట్‌లను కలిగి ఉంటాయి. లక్ష్య ఉపరితలంపై పురుగుమందు యొక్క సంశ్లేషణ మరియు నిక్షేపణ మొత్తాన్ని మెరుగుపరచడం, విడుదల రేటును వేగవంతం చేయడం మరియు తేమతో కూడిన పరిస్థితులలో క్రియాశీల పదార్ధాల వ్యాప్తి ప్రాంతాన్ని విస్తరించడం, తద్వారా వ్యాధి నివారణ మరియు చికిత్స యొక్క సామర్థ్యాన్ని పెంచడం వాటి ఉద్దేశ్యం.

సౌందర్య సాధనాల పరిశ్రమలో, సర్ఫ్యాక్టెంట్లు ఎమల్సిఫైయర్‌లుగా పనిచేస్తాయి మరియు క్రీములు, లోషన్లు, ముఖ ప్రక్షాళన మరియు మేకప్ రిమూవర్‌ల వంటి చర్మ సంరక్షణ ఉత్పత్తులలో అనివార్యమైన భాగాలు.

మైకెల్స్ మరియు ద్రావణీకరణ,అవసరాలు: C > CMC (HLB 13–18)

సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు కలిసి మైసెల్స్‌ను ఏర్పరిచే కనీస సాంద్రత. గాఢత CMC విలువను మించినప్పుడు, సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు గోళాకార, రాడ్ లాంటి, లామెల్లార్ లేదా ప్లేట్ లాంటి ఆకృతీకరణలు వంటి నిర్మాణాలుగా తమను తాము అమర్చుకుంటాయి.

ద్రావణీకరణ వ్యవస్థలు థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్య వ్యవస్థలు. CMC తక్కువగా మరియు అనుబంధ డిగ్రీ ఎక్కువగా ఉంటే, గరిష్ట సంకలిత సాంద్రత (MAC) ఎక్కువగా ఉంటుంది. ద్రావణీకరణపై ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం మూడు అంశాలలో ప్రతిబింబిస్తుంది: ఇది మైసెల్ నిర్మాణం, ద్రావణీయతల ద్రావణీయత మరియు సర్ఫ్యాక్టెంట్ల ద్రావణీయతను ప్రభావితం చేస్తుంది. అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ల కోసం, వాటి ద్రావణీయత పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో బాగా పెరుగుతుంది మరియు ఈ ఆకస్మిక పెరుగుదల సంభవించే ఉష్ణోగ్రతను క్రాఫ్ట్ పాయింట్ అంటారు. క్రాఫ్ట్ పాయింట్ ఎక్కువగా ఉంటే, క్లిష్టమైన మైసెల్ సాంద్రత తక్కువగా ఉంటుంది.

పాలియోక్సీథిలీన్ నాన్-అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్లకు, ఉష్ణోగ్రత ఒక నిర్దిష్ట స్థాయికి పెరిగినప్పుడు, వాటి ద్రావణీయత తీవ్రంగా పడిపోతుంది మరియు అవపాతం సంభవిస్తుంది, దీని వలన ద్రావణం టర్బిడ్ గా మారుతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని క్లౌడింగ్ అంటారు మరియు సంబంధిత ఉష్ణోగ్రతను క్లౌడ్ పాయింట్ అంటారు. అదే పాలియోక్సీథిలీన్ గొలుసు పొడవు కలిగిన సర్ఫ్యాక్టెంట్లకు, హైడ్రోకార్బన్ గొలుసు పొడవు ఎక్కువగా ఉంటే, క్లౌడ్ పాయింట్ తక్కువగా ఉంటుంది; దీనికి విరుద్ధంగా, అదే హైడ్రోకార్బన్ గొలుసు పొడవుతో, పాలియోక్సీథిలీన్ గొలుసు పొడవు ఎక్కువగా ఉంటే, క్లౌడ్ పాయింట్ ఎక్కువగా ఉంటుంది.

నాన్‌పోలార్ సేంద్రీయ పదార్థాలు (ఉదా. బెంజీన్) నీటిలో చాలా తక్కువ ద్రావణీయతను కలిగి ఉంటాయి. అయితే, సోడియం ఓలియేట్ వంటి సర్ఫ్యాక్టెంట్లను జోడించడం వల్ల నీటిలో బెంజీన్ యొక్క ద్రావణీయత గణనీయంగా పెరుగుతుంది - ఈ ప్రక్రియను ద్రావణీకరణ అంటారు. ద్రావణీకరణ సాధారణ ద్రావణీయతకు భిన్నంగా ఉంటుంది: ద్రావణీయ బెంజీన్ నీటి అణువులలో ఏకరీతిలో చెదరగొట్టబడదు, కానీ ఓలియేట్ అయాన్ల ద్వారా ఏర్పడిన మైసెల్స్‌లో చిక్కుకుంటుంది. ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ అధ్యయనాలు ద్రావణీకరణ తర్వాత అన్ని రకాల మైసెల్‌లు వివిధ స్థాయిలకు విస్తరిస్తాయని నిర్ధారించాయి, అయితే మొత్తం ద్రావణం యొక్క కొలిగేటివ్ లక్షణాలు పెద్దగా మారవు.

నీటిలో సర్ఫ్యాక్టెంట్ల సాంద్రత పెరిగేకొద్దీ, సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు ద్రవ ఉపరితలంపై పేరుకుపోయి దగ్గరగా ప్యాక్ చేయబడిన, ఓరియంటెడ్ మోనోమోలిక్యులర్ పొరను ఏర్పరుస్తాయి. బల్క్ ఫేజ్‌లోని అదనపు అణువులు వాటి హైడ్రోఫోబిక్ సమూహాలు లోపలికి ఎదురుగా ఉండటంతో కలిసి, మైకెల్‌లను ఏర్పరుస్తాయి. మైకెల్ ఏర్పడటాన్ని ప్రారంభించడానికి అవసరమైన కనీస సాంద్రతను క్రిటికల్ మైకెల్ ఏకాగ్రత (CMC)గా నిర్వచించారు. ఈ ఏకాగ్రత వద్ద, ద్రావణం ఆదర్శ ప్రవర్తన నుండి వైదొలగుతుంది మరియు ఉపరితల ఉద్రిక్తత vs. ఏకాగ్రత వక్రరేఖపై ఒక ప్రత్యేకమైన ఇన్‌ఫ్లెక్షన్ పాయింట్ కనిపిస్తుంది. సర్ఫ్యాక్టెంట్ ఏకాగ్రతను మరింత పెంచడం వల్ల ఉపరితల ఉద్రిక్తత తగ్గదు; బదులుగా, ఇది బల్క్ ఫేజ్‌లో మైకెల్‌ల నిరంతర పెరుగుదల మరియు గుణకారాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది.

సర్ఫాక్టెంట్ అణువులు ఒక ద్రావణంలో చెల్లాచెదురుగా ఉండి, ఒక నిర్దిష్ట గాఢత పరిమితిని చేరుకున్నప్పుడు, అవి వ్యక్తిగత మోనోమర్‌ల (అయాన్లు లేదా అణువుల) నుండి మైసెల్స్ అని పిలువబడే ఘర్షణ సముదాయాలలోకి అనుబంధించబడతాయి. ఈ పరివర్తన ద్రావణం యొక్క భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలలో ఆకస్మిక మార్పులను ప్రేరేపిస్తుంది మరియు ఇది సంభవించే ఏకాగ్రతను CMC అంటారు. మైసెల్ ఏర్పడే ప్రక్రియను మైసెల్లైజేషన్ అంటారు.

జల సర్ఫ్యాక్టెంట్ ద్రావణాలలో మైసెల్స్ ఏర్పడటం అనేది గాఢత-ఆధారిత ప్రక్రియ. చాలా పలుచన ద్రావణాలలో, నీరు మరియు గాలి దాదాపు ప్రత్యక్ష సంబంధంలో ఉంటాయి, కాబట్టి ఉపరితల ఉద్రిక్తత కొద్దిగా మాత్రమే తగ్గుతుంది, స్వచ్ఛమైన నీటికి దగ్గరగా ఉంటుంది, చాలా తక్కువ సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు బల్క్ దశలో చెదరగొట్టబడతాయి. సర్ఫ్యాక్టెంట్ సాంద్రత మధ్యస్తంగా పెరిగేకొద్దీ, అణువులు నీటి ఉపరితలంపై వేగంగా శోషించబడతాయి, నీరు మరియు గాలి మధ్య సంపర్క ప్రాంతాన్ని తగ్గిస్తాయి మరియు ఉపరితల ఉద్రిక్తతలో పదునైన తగ్గుదలకు కారణమవుతాయి. అదే సమయంలో, బల్క్ దశలోని కొన్ని సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు వాటి హైడ్రోఫోబిక్ సమూహాలను సమలేఖనం చేసి, చిన్న మైసెల్స్‌ను ఏర్పరుస్తాయి.

గాఢత పెరుగుతూనే ఉండి, ద్రావణం సంతృప్త శోషణకు చేరుకున్నప్పుడు, ద్రవ ఉపరితలంపై దట్టంగా ప్యాక్ చేయబడిన మోనోమోలిక్యులర్ ఫిల్మ్ ఏర్పడుతుంది. గాఢత CMCని తాకినప్పుడు, ద్రావణం యొక్క ఉపరితల ఉద్రిక్తత దాని కనిష్ట విలువకు చేరుకుంటుంది. CMCని దాటి, సర్ఫ్యాక్టెంట్ సాంద్రతను మరింత పెంచడం ఉపరితల ఉద్రిక్తతను ప్రభావితం చేయదు; బదులుగా, ఇది బల్క్ దశలో మైసెల్‌ల సంఖ్య మరియు పరిమాణాన్ని పెంచుతుంది. అప్పుడు ద్రావణం మైసెల్‌లచే ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది, ఇవి నానోపౌడర్‌ల సంశ్లేషణలో మైక్రోరియాక్టర్‌లుగా పనిచేస్తాయి. నిరంతర గాఢత పెరుగుదలతో, వ్యవస్థ క్రమంగా ద్రవ స్ఫటికాకార స్థితికి మారుతుంది.

జల సర్ఫ్యాక్టెంట్ ద్రావణం యొక్క గాఢత CMCకి చేరుకున్నప్పుడు, పెరుగుతున్న గాఢతతో మైకెల్లు ఏర్పడటం ప్రముఖంగా మారుతుంది. ఇది ఉపరితల ఉద్రిక్తత vs. లాగ్ గాఢత వక్రరేఖ (γ–లాగ్ సి వక్రరేఖ)లో ఒక ఇన్‌ఫ్లెక్షన్ పాయింట్ ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది, దానితో పాటు ద్రావణంలో ఆదర్శం కాని భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలు ఆవిర్భవిస్తాయి.

అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ మైసెల్స్ అధిక ఉపరితల ఛార్జ్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఆకర్షణ కారణంగా, కౌంటర్ అయాన్లు మైసెల్ ఉపరితలానికి ఆకర్షితులవుతాయి, సానుకూల మరియు ప్రతికూల చార్జీలలో కొంత భాగాన్ని తటస్థీకరిస్తాయి. అయితే, మైసెల్స్ అధిక చార్జ్డ్ నిర్మాణాలను ఏర్పరచిన తర్వాత, కౌంటర్ అయాన్ల ద్వారా ఏర్పడిన అయానిక్ వాతావరణం యొక్క రిటార్డింగ్ శక్తి గణనీయంగా పెరుగుతుంది - నానోపౌడర్ల వ్యాప్తిని సర్దుబాటు చేయడానికి దీనిని ఉపయోగించుకోవచ్చు. ఈ రెండు కారణాల వల్ల, ద్రావణం యొక్క సమానమైన వాహకత CMC దాటి పెరుగుతున్న సాంద్రతతో వేగంగా తగ్గుతుంది, ఇది సర్ఫ్యాక్టెంట్ల యొక్క క్లిష్టమైన మైసెల్ సాంద్రతను నిర్ణయించడానికి నమ్మదగిన పద్ధతిగా మారుతుంది.

అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ మైకెల్లు యొక్క నిర్మాణం సాధారణంగా గోళాకారంగా ఉంటుంది, ఇందులో మూడు భాగాలు ఉంటాయి: ఒక కోర్, ఒక షెల్ మరియు ఒక విస్తరించిన విద్యుత్ డబుల్ పొర. కోర్ ద్రవ హైడ్రోకార్బన్‌ల మాదిరిగానే హైడ్రోఫోబిక్ హైడ్రోకార్బన్ గొలుసులతో కూడి ఉంటుంది, దీని వ్యాసం సుమారు 1 నుండి 2.8 nm వరకు ఉంటుంది. ధ్రువ హెడ్ గ్రూపులకు ఆనుకొని ఉన్న మిథిలీన్ గ్రూపులు (-CH₂-) పాక్షిక ధ్రువణతను కలిగి ఉంటాయి, కోర్ చుట్టూ కొన్ని నీటి అణువులను నిలుపుకుంటాయి. అందువలన, మైకెల్ కోర్ వీటిని కలిగి ఉంటుందిగణనీయమైన మొత్తంలో చిక్కుకున్న నీరు, మరియు ఈ -CH₂- సమూహాలు ద్రవ-వంటి హైడ్రోకార్బన్ కోర్‌లో పూర్తిగా విలీనం చేయబడవు, బదులుగా ద్రవం కాని మైసెల్ షెల్‌లో భాగంగా ఏర్పడతాయి.

మైసెల్లె షెల్‌ను మైసెల్లె-వాటర్ ఇంటర్‌ఫేస్ లేదా సర్ఫేస్ ఫేజ్ అని కూడా పిలుస్తారు. ఇది మైసెల్లెలు మరియు నీటి మధ్య ఉన్న మాక్రోస్కోపిక్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను సూచించదు, బదులుగా మైసెల్లెలు మరియు మోనోమెరిక్ సజల సర్ఫ్యాక్టెంట్ ద్రావణం మధ్య ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది. అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ మైసెల్లెల కోసం, షెల్ ఎలక్ట్రిక్ డబుల్ లేయర్ యొక్క లోపలి స్టెర్న్ పొర (లేదా స్థిర అధిశోషణ పొర) ద్వారా ఏర్పడుతుంది, దీని మందం దాదాపు 0.2 నుండి 0.3 nm వరకు ఉంటుంది. షెల్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ల అయానిక్ హెడ్ గ్రూపులు మరియు బౌండ్ కౌంటర్‌యాన్‌ల భాగాన్ని మాత్రమే కాకుండా ఈ అయాన్ల ఆర్ద్రీకరణ కారణంగా హైడ్రేషన్ పొరను కూడా కలిగి ఉంటుంది. మైసెల్లె షెల్ మృదువైన ఉపరితలం కాదు, బదులుగా "కఠినమైన" ఇంటర్‌ఫేస్, ఇది సర్ఫ్యాక్టెంట్ మోనోమర్ అణువుల ఉష్ణ కదలిక వల్ల కలిగే హెచ్చుతగ్గుల ఫలితంగా ఉంటుంది.

చమురు అణువులు ఎక్కువగా ఉండే జలరహిత (చమురు ఆధారిత) మాధ్యమంలో, సర్ఫ్యాక్టెంట్ల హైడ్రోఫిలిక్ సమూహాలు లోపలికి కలిసి ధ్రువ కేంద్రాన్ని ఏర్పరుస్తాయి, అయితే హైడ్రోఫోబిక్ హైడ్రోకార్బన్ గొలుసులు మైసెల్ యొక్క బయటి షెల్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ రకమైన మైసెల్ సాంప్రదాయ జల మైసెల్‌లతో పోలిస్తే రివర్స్డ్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల దీనిని రివర్స్ మైసెల్ అని పిలుస్తారు; దీనికి విరుద్ధంగా, నీటిలో ఏర్పడిన మైసెల్‌లను సాధారణ మైసెల్‌లు అంటారు. జలరహిత ద్రావణాలలో సర్ఫ్యాక్టెంట్ల ద్వారా ఏర్పడిన రివర్స్ మైసెల్‌ల యొక్క స్కీమాటిక్ నమూనాను చిత్రం 4 చూపిస్తుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, రివర్స్ మైసెల్‌లు నానోస్కేల్ డ్రగ్ క్యారియర్‌ల సంశ్లేషణ మరియు తయారీలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి, ముఖ్యంగా హైడ్రోఫిలిక్ ఔషధాల ఎన్‌క్యాప్సులేషన్ కోసం.