సర్ఫ్యాక్టెంట్ల తడిపే మరియు ద్రావణీకరణ ప్రభావాల గురించి మీకు ఎంతవరకు తెలుసు?

తడిపే ప్రభావం, అవసరం: HLB: 7-9

ఒక ఘన ఉపరితలంపై అధిశోషించబడిన వాయువును ఒక ద్రవం స్థానభ్రంశం చేసే దృగ్విషయాన్ని తడపడం (వెట్టింగ్) అని నిర్వచిస్తారు. ఈ స్థానభ్రంశ సామర్థ్యాన్ని పెంచగల పదార్థాలను వెట్టింగ్ ఏజెంట్లు అంటారు. తడపడాన్ని సాధారణంగా మూడు రకాలుగా వర్గీకరిస్తారు: కాంటాక్ట్ వెట్టింగ్ (అడెషనల్ వెట్టింగ్), ఇమ్మర్షన్ వెట్టింగ్ (ఇమ్మర్షనల్ వెట్టింగ్), మరియు స్ప్రెడింగ్ వెట్టింగ్ (స్ప్రెడింగ్). వీటిలో, స్ప్రెడింగ్ అనేది తడవడంలో అత్యున్నత ప్రమాణాన్ని సూచిస్తుంది, మరియు వివిధ వ్యవస్థల మధ్య తడపడం యొక్క పనితీరును అంచనా వేయడానికి స్ప్రెడింగ్ కోఎఫిషియంట్‌ను తరచుగా ఒక సూచికగా ఉపయోగిస్తారు. అదనంగా, కాంటాక్ట్ యాంగిల్ కూడా తడపడం యొక్క నాణ్యతను నిర్ధారించడానికి ఒక ప్రమాణం. ద్రవ మరియు ఘన దశల మధ్య తడపడం యొక్క స్థాయిని నియంత్రించడానికి సర్ఫ్యాక్టెంట్లను ఉపయోగించవచ్చు.

పురుగుమందుల పరిశ్రమలో, కొన్ని రేణువుల రూపంలో ఉండే ఫార్ములేషన్లు మరియు పొడి రూపంలో ఉండే పౌడర్లలో కూడా కొంత మొత్తంలో సర్ఫ్యాక్టెంట్లు ఉంటాయి. లక్షిత ఉపరితలంపై పురుగుమందు యొక్క అంటుకునే గుణాన్ని మరియు నిక్షేపణ పరిమాణాన్ని మెరుగుపరచడం, విడుదల రేటును వేగవంతం చేయడం మరియు తేమతో కూడిన పరిస్థితులలో క్రియాశీల పదార్థాల వ్యాప్తి ప్రాంతాన్ని విస్తరించడం, తద్వారా వ్యాధి నివారణ మరియు చికిత్స యొక్క ప్రభావాన్ని పెంచడం వీటి ఉద్దేశ్యం.

సౌందర్య సాధనాల పరిశ్రమలో, సర్ఫ్యాక్టెంట్లు ఎమల్సిఫైయర్‌లుగా పనిచేస్తాయి మరియు క్రీములు, లోషన్లు, ఫేషియల్ క్లెన్సర్లు మరియు మేకప్ రిమూవర్ల వంటి చర్మ సంరక్షణ ఉత్పత్తులలో ఇవి తప్పనిసరి భాగాలుగా ఉంటాయి.

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

సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు మైసెల్స్‌ను ఏర్పరచడానికి అనుసంధానమయ్యే కనిష్ట గాఢత. గాఢత CMC విలువను మించినప్పుడు, సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు గోళాకార, కడ్డీ ఆకారపు, లామెల్లార్ లేదా పలక ఆకారపు నిర్మాణాలలో అమరుతాయి.

ద్రావణీకరణ వ్యవస్థలు ఉష్ణగతిక సమతుల్య వ్యవస్థలు. CMC ఎంత తక్కువగా ఉంటే మరియు అనుబంధ స్థాయి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, గరిష్ట సంకలిత గాఢత (MAC) అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. ద్రావణీకరణపై ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం మూడు అంశాలలో ప్రతిబింబిస్తుంది: ఇది మైసెల్ నిర్మాణం, ద్రావణీయాల ద్రావణీయత మరియు సర్ఫ్యాక్టెంట్ల ద్రావణీయతను ప్రభావితం చేస్తుంది. అయానిక సర్ఫ్యాక్టెంట్ల విషయంలో, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో వాటి ద్రావణీయత వేగంగా పెరుగుతుంది, మరియు ఈ ఆకస్మిక పెరుగుదల సంభవించే ఉష్ణోగ్రతను క్రాఫ్ట్ పాయింట్ అంటారు. క్రాఫ్ట్ పాయింట్ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, క్రిటికల్ మైసెల్ గాఢత అంత తక్కువగా ఉంటుంది.

పాలీఆక్సిఇథిలీన్ నాన్-అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ల విషయంలో, ఉష్ణోగ్రత ఒక నిర్దిష్ట స్థాయికి పెరిగినప్పుడు, వాటి ద్రావణీయత వేగంగా పడిపోయి అవక్షేపం ఏర్పడుతుంది, దీనివల్ల ద్రావణం మబ్బుగా మారుతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని క్లౌడింగ్ అని, దానికి సంబంధించిన ఉష్ణోగ్రతను క్లౌడ్ పాయింట్ అని అంటారు. ఒకే పాలీఆక్సిఇథిలీన్ గొలుసు పొడవు ఉన్న సర్ఫ్యాక్టెంట్ల విషయంలో, హైడ్రోకార్బన్ గొలుసు పొడవుగా ఉంటే క్లౌడ్ పాయింట్ తక్కువగా ఉంటుంది; దీనికి విరుద్ధంగా, ఒకే హైడ్రోకార్బన్ గొలుసు పొడవు ఉన్నప్పుడు, పాలీఆక్సిఇథిలీన్ గొలుసు పొడవుగా ఉంటే క్లౌడ్ పాయింట్ ఎక్కువగా ఉంటుంది.

ధ్రువత్వం లేని సేంద్రీయ పదార్థాలు (ఉదాహరణకు, బెంజీన్) నీటిలో చాలా తక్కువ ద్రావణీయతను కలిగి ఉంటాయి. అయితే, సోడియం ఒలియేట్ వంటి సర్ఫ్యాక్టెంట్లను జోడించడం ద్వారా నీటిలో బెంజీన్ యొక్క ద్రావణీయతను గణనీయంగా పెంచవచ్చు—ఈ ప్రక్రియను ద్రావణీకరణం (సాల్యుబిలైజేషన్) అంటారు. ద్రావణీకరణం సాధారణ విలీనం (డిసొల్యూషన్) నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది: ద్రావణీకరించబడిన బెంజీన్ నీటి అణువులలో ఏకరీతిగా వ్యాపించకుండా, ఒలియేట్ అయాన్లచే ఏర్పడిన మైసెల్స్‌లో బంధించబడుతుంది. ద్రావణీకరణం తర్వాత అన్ని రకాల మైసెల్స్ వివిధ స్థాయిలలో విస్తరిస్తాయని, అయితే మొత్తం ద్రావణం యొక్క కొలిగేటివ్ ధర్మాలు చాలా వరకు మారకుండా ఉంటాయని ఎక్స్-రే వివర్తన అధ్యయనాలు నిర్ధారించాయి.

నీటిలో సర్ఫ్యాక్టెంట్ల గాఢత పెరిగేకొద్దీ, సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు ద్రవ ఉపరితలంపై పేరుకుపోయి, దగ్గరగా అమర్చబడిన, ఒక నిర్దిష్ట దిశలో ఉండే ఏక అణు పొరను ఏర్పరుస్తాయి. ద్రవ భాగంలో మిగిలిపోయిన అదనపు అణువులు, వాటి జలవికర్షణ సమూహాలు లోపలి వైపుకు ఉండేలా ఒకచోట చేరి, మైసెల్స్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. మైసెల్ ఏర్పడటాన్ని ప్రారంభించడానికి అవసరమైన కనీస గాఢతను క్రిటికల్ మైసెల్ కాన్సంట్రేషన్ (CMC) అని అంటారు. ఈ గాఢత వద్ద, ద్రావణం ఆదర్శ ప్రవర్తన నుండి విచలిస్తుంది, మరియు తలతన్యత వర్సెస్ గాఢత వక్రరేఖపై ఒక స్పష్టమైన వంపు మార్పు బిందువు కనిపిస్తుంది. సర్ఫ్యాక్టెంట్ గాఢతను మరింత పెంచడం వల్ల తలతన్యత తగ్గదు; దానికి బదులుగా, అది ద్రవ భాగంలో మైసెల్స్ యొక్క నిరంతర పెరుగుదలను మరియు గుణనాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది.

సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు ఒక ద్రావణంలో వ్యాపించి, ఒక నిర్దిష్ట గాఢత స్థాయికి చేరుకున్నప్పుడు, అవి విడివిడి మోనోమర్‌ల (అయాన్లు లేదా అణువులు) నుండి విడిపోయి మైసెల్స్ అని పిలువబడే కొల్లాయిడల్ సముదాయాలుగా ఏర్పడతాయి. ఈ పరివర్తన ద్రావణం యొక్క భౌతిక మరియు రసాయన ధర్మాలలో ఆకస్మిక మార్పులను ప్రేరేపిస్తుంది, మరియు ఇది సంభవించే గాఢతనే CMC అంటారు. మైసెల్ ఏర్పడే ప్రక్రియను మైసెలైజేషన్ అని అంటారు.

జల సర్ఫ్యాక్టెంట్ ద్రావణాలలో మైసెల్స్ ఏర్పడటం అనేది గాఢతపై ఆధారపడిన ప్రక్రియ. అత్యంత పలుచని ద్రావణాలలో, నీరు మరియు గాలి దాదాపుగా ప్రత్యక్ష సంబంధంలో ఉంటాయి, కాబట్టి ఉపరితల తన్యత కొద్దిగా మాత్రమే తగ్గి, స్వచ్ఛమైన నీటి తన్యతకు దగ్గరగా ఉంటుంది, మరియు ద్రవ ద్రవ్యరాశిలో చాలా తక్కువ సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు మాత్రమే చెదరబడి ఉంటాయి. సర్ఫ్యాక్టెంట్ గాఢత మితంగా పెరిగేకొద్దీ, అణువులు వేగంగా నీటి ఉపరితలంపై అధిశోషించబడతాయి, దీనివల్ల నీరు మరియు గాలి మధ్య స్పర్శా ప్రాంతం తగ్గి, ఉపరితల తన్యతలో తీవ్రమైన తగ్గుదల ఏర్పడుతుంది. అదే సమయంలో, ద్రవ ద్రవ్యరాశిలోని కొన్ని సర్ఫ్యాక్టెంట్ అణువులు వాటి హైడ్రోఫోబిక్ సమూహాలను ఒకే వరుసలో అమర్చుకుని, చిన్న మైసెల్స్‌ను ఏర్పరుస్తాయి.

గాఢత పెరుగుతూ, ద్రావణం సంతృప్త అధిశోషణకు చేరుకున్నప్పుడు, ద్రవ ఉపరితలంపై దట్టంగా అతుక్కున్న ఏక అణువుల పొర ఏర్పడుతుంది. గాఢత CMCని తాకినప్పుడు, ద్రావణం యొక్క తలతన్యత దాని కనిష్ట విలువకు చేరుకుంటుంది. CMC దాటిన తర్వాత, సర్ఫ్యాక్టెంట్ గాఢతను మరింత పెంచడం వల్ల తలతన్యతపై పెద్దగా ప్రభావం ఉండదు; దానికి బదులుగా, ఇది ద్రవ ద్రవ్యరాశిలో మైసెల్స్ సంఖ్యను మరియు పరిమాణాన్ని పెంచుతుంది. అప్పుడు ద్రావణంలో మైసెల్స్ ఆధిపత్యం వహిస్తాయి, ఇవి నానోపౌడర్ల సంశ్లేషణలో మైక్రోరియాక్టర్లుగా పనిచేస్తాయి. గాఢత నిరంతరం పెరగడంతో, వ్యవస్థ క్రమంగా ద్రవ స్ఫటికాకార స్థితికి మారుతుంది.

జల సర్ఫ్యాక్టెంట్ ద్రావణం యొక్క గాఢత CMC కి చేరినప్పుడు, గాఢత పెరిగే కొద్దీ మైసెల్స్ ఏర్పడటం ప్రముఖంగా కనిపిస్తుంది. ఉపరితల తన్యత వర్సెస్ లాగ్ గాఢత వక్రరేఖ (γ–log c వక్రరేఖ)లో ఒక వంపు మార్పు బిందువు ద్వారా ఇది గుర్తించబడుతుంది, దీనితో పాటు ద్రావణంలో ఆదర్శరహిత భౌతిక మరియు రసాయన ధర్మాలు కూడా ఉద్భవిస్తాయి.

అయానిక సర్ఫ్యాక్టెంట్ మైసెల్స్ అధిక ఉపరితల ఆవేశాలను కలిగి ఉంటాయి. స్థిర విద్యుత్ ఆకర్షణ కారణంగా, కౌంటర్‌అయాన్‌లు మైసెల్ ఉపరితలం వైపు ఆకర్షించబడి, ధన మరియు రుణ ఆవేశాలలో కొంత భాగాన్ని తటస్థీకరిస్తాయి. అయితే, మైసెల్స్ అధిక ఆవేశిత నిర్మాణాలను ఏర్పరచిన తర్వాత, కౌంటర్‌అయాన్‌ల ద్వారా ఏర్పడిన అయానిక వాతావరణం యొక్క నిరోధక శక్తి గణనీయంగా పెరుగుతుంది—ఈ లక్షణాన్ని నానోపౌడర్‌ల విక్షేపణీయతను సర్దుబాటు చేయడానికి ఉపయోగించుకోవచ్చు. ఈ రెండు కారణాల వల్ల, CMC దాటిన తర్వాత గాఢత పెరిగే కొద్దీ ద్రావణం యొక్క తుల్య వాహకత్వం వేగంగా తగ్గుతుంది, అందువల్ల సర్ఫ్యాక్టెంట్‌ల క్రిటికల్ మైసెల్ గాఢతను నిర్ధారించడానికి ఈ బిందువు ఒక విశ్వసనీయమైన పద్ధతిగా మారుతుంది.

అయానిక సర్ఫ్యాక్టెంట్ మైసెల్స్ యొక్క నిర్మాణం సాధారణంగా గోళాకారంగా ఉంటుంది, ఇది మూడు భాగాలను కలిగి ఉంటుంది: ఒక కోర్, ఒక షెల్ మరియు ఒక డిఫ్యూజ్ ఎలక్ట్రిక్ డబుల్ లేయర్. కోర్, ద్రవ హైడ్రోకార్బన్‌లను పోలిన హైడ్రోఫోబిక్ హైడ్రోకార్బన్ గొలుసులతో నిర్మితమై ఉంటుంది, దీని వ్యాసం సుమారుగా 1 నుండి 2.8 nm వరకు ఉంటుంది. ధ్రువ హెడ్ గ్రూపులకు ఆనుకొని ఉన్న మిథిలీన్ గ్రూపులు (-CH₂-), పాక్షిక ధ్రువణతను కలిగి ఉండి, కోర్ చుట్టూ కొన్ని నీటి అణువులను నిలుపుకుంటాయి. అందువల్ల, మైసెల్ కోర్ కలిగి ఉంటుందిగణనీయమైన మొత్తంలో నీరు బంధించబడి ఉంటుంది, మరియు ఈ -CH₂- సమూహాలు ద్రవ-వంటి హైడ్రోకార్బన్ కోర్‌లో పూర్తిగా కలిసిపోకుండా, ద్రవ-కాని మైసెల్ షెల్‌లో భాగంగా ఏర్పడతాయి.

మైసెల్ షెల్‌ను మైసెల్-నీటి ఇంటర్‌ఫేస్ లేదా ఉపరితల దశ అని కూడా అంటారు. ఇది మైసెల్‌లకు మరియు నీటికి మధ్య ఉన్న స్థూల ఇంటర్‌ఫేస్‌ను సూచించదు, కానీ మైసెల్‌లకు మరియు మోనోమెరిక్ జల సర్ఫ్యాక్టెంట్ ద్రావణానికి మధ్య ఉన్న ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది. అయానిక సర్ఫ్యాక్టెంట్ మైసెల్‌ల విషయంలో, ఈ షెల్ ఎలక్ట్రిక్ డబుల్ లేయర్ యొక్క అత్యంత లోపలి స్టెర్న్ పొర (లేదా స్థిర అధిశోషణ పొర) ద్వారా ఏర్పడుతుంది, దీని మందం సుమారు 0.2 నుండి 0.3 nm ఉంటుంది. ఈ షెల్‌లో సర్ఫ్యాక్టెంట్‌ల యొక్క అయానిక హెడ్ గ్రూపులు, బంధించబడిన కౌంటర్‌అయాన్‌ల భాగం మాత్రమే కాకుండా, ఈ అయాన్‌ల హైడ్రేషన్ కారణంగా ఒక హైడ్రేషన్ పొర కూడా ఉంటుంది. మైసెల్ షెల్ ఒక నునుపైన ఉపరితలం కాదు, కానీ సర్ఫ్యాక్టెంట్ మోనోమర్ అణువుల ఉష్ణ చలనం వలన కలిగే హెచ్చుతగ్గుల ఫలితంగా ఏర్పడే ఒక "గరుకైన" ఇంటర్‌ఫేస్.

నూనె అణువులు అధికంగా ఉండే జలరహిత (నూనె ఆధారిత) మాధ్యమాలలో, సర్ఫ్యాక్టెంట్ల యొక్క జలాకర్షణీయ సమూహాలు లోపలికి చేరి ఒక ధ్రువ కేంద్రకాన్ని ఏర్పరుస్తాయి, అదే సమయంలో జలవికర్షణీయ హైడ్రోకార్బన్ గొలుసులు మైసెల్ యొక్క బయటి పొరను ఏర్పరుస్తాయి. సాంప్రదాయ జల మైసెల్‌లతో పోలిస్తే ఈ రకమైన మైసెల్ విలోమ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది, అందువల్ల దీనిని రివర్స్ మైసెల్ అని పిలుస్తారు; దీనికి విరుద్ధంగా, నీటిలో ఏర్పడిన మైసెల్‌లను సాధారణ మైసెల్‌లు అంటారు. పటం 4 జలరహిత ద్రావణాలలో సర్ఫ్యాక్టెంట్ల ద్వారా ఏర్పడిన రివర్స్ మైసెల్‌ల యొక్క పథచిత్ర నమూనాని చూపిస్తుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, రివర్స్ మైసెల్‌లను నానోస్కేల్ ఔషధ వాహకాల సంశ్లేషణ మరియు తయారీలో, ముఖ్యంగా జలాకర్షణీయ ఔషధాలను పొరలో బంధించడానికి విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నారు.