Islatma etkisi, gereksinim: HLB: 7-9
Islanma, katı bir yüzeye adsorbe olan gazın bir sıvı tarafından yer değiştirmesi olgusu olarak tanımlanır. Bu yer değiştirme kapasitesini artırabilen maddelere ıslatıcı maddeler denir. Islanma genellikle üç tipe ayrılır: temasla ıslanma (yapışma yoluyla ıslanma), daldırma yoluyla ıslanma (daldırma yoluyla ıslanma) ve yayılma yoluyla ıslanma (yayılma). Bunlar arasında yayılma, ıslanmanın en yüksek standardını temsil eder ve yayılma katsayısı genellikle farklı sistemler arasındaki ıslanma performansını değerlendirmek için bir gösterge olarak kullanılır. Ayrıca, temas açısı da ıslanma kalitesini değerlendirmek için bir kriterdir. Yüzey aktif maddeler, sıvı ve katı fazlar arasındaki ıslanma derecesini kontrol etmek için kullanılabilir.
Pestisit endüstrisinde, bazı granül formülasyonlar ve toz halindeki ürünler belirli miktarda yüzey aktif madde de içermektedir. Bunların amacı, pestisitin hedef yüzeye yapışmasını ve birikme miktarını artırmak, salınım hızını hızlandırmak ve nemli koşullar altında aktif bileşenlerin yayılma alanını genişletmek, böylece hastalık önleme ve tedavi etkinliğini artırmaktır.
Kozmetik sektöründe, yüzey aktif maddeler emülgatör görevi görür ve kremler, losyonlar, yüz temizleyiciler ve makyaj çıkarıcılar gibi cilt bakım ürünlerinde vazgeçilmez bileşenlerdir.
Miseller ve Çözünürleştirme,Gereksinimler: C > CMC (HLB 13–18)
Yüzey aktif madde moleküllerinin misel oluşturmak üzere bir araya geldiği minimum konsantrasyon. Konsantrasyon CMC değerini aştığında, yüzey aktif madde molekülleri küresel, çubuk benzeri, lameller veya plaka benzeri yapılar halinde düzenlenirler.
Çözünürleştirme sistemleri termodinamik denge sistemleridir. Kritik misel konsantrasyonu (CMC) ne kadar düşük ve birleşme derecesi ne kadar yüksekse, maksimum katkı maddesi konsantrasyonu (MAC) o kadar büyük olur. Sıcaklığın çözünürleştirme üzerindeki etkisi üç açıdan kendini gösterir: misel oluşumunu, çözünen maddelerin çözünürlüğünü ve yüzey aktif maddelerin kendi çözünürlüğünü etkiler. İyonik yüzey aktif maddeler için, çözünürlükleri sıcaklık artışıyla birlikte keskin bir şekilde artar ve bu ani artışın meydana geldiği sıcaklığa Krafft noktası denir. Krafft noktası ne kadar yüksekse, kritik misel konsantrasyonu o kadar düşük olur.
Polioksietilen noniyonik yüzey aktif maddeler için, sıcaklık belirli bir seviyeye yükseldiğinde çözünürlükleri keskin bir şekilde düşer ve çökelme meydana gelir, bu da çözeltinin bulanıklaşmasına neden olur. Bu olaya bulanıklık denir ve karşılık gelen sıcaklığa bulanıklık noktası denir. Aynı polioksietilen zincir uzunluğuna sahip yüzey aktif maddeler için, hidrokarbon zinciri ne kadar uzunsa, bulanıklık noktası o kadar düşük olur; tersine, aynı hidrokarbon zincir uzunluğuna sahip yüzey aktif maddeler için, polioksietilen zinciri ne kadar uzunsa, bulanıklık noktası o kadar yüksek olur.
Polar olmayan organik maddelerin (örneğin benzen) suda çözünürlüğü çok düşüktür. Bununla birlikte, sodyum oleat gibi yüzey aktif maddelerin eklenmesi, benzenin suda çözünürlüğünü önemli ölçüde artırabilir; bu işleme çözünme denir. Çözünme, sıradan çözünmeden farklıdır: çözünmüş benzen, su moleküllerinde homojen olarak dağılmaz, ancak oleat iyonları tarafından oluşturulan misellerin içinde hapsolur. X-ışını kırınımı çalışmaları, tüm misel türlerinin çözünmeden sonra çeşitli derecelerde genişlediğini, ancak genel çözeltinin koligatif özelliklerinin büyük ölçüde değişmeden kaldığını doğrulamıştır.
Suda bulunan yüzey aktif madde konsantrasyonu arttıkça, yüzey aktif madde molekülleri sıvı yüzeyinde birikerek sıkıca paketlenmiş, yönlendirilmiş tek moleküllü bir tabaka oluşturur. Ana fazdaki fazla moleküller, hidrofobik grupları içe dönük şekilde bir araya gelerek miseller oluşturur. Misel oluşumunu başlatmak için gereken minimum konsantrasyon, kritik misel konsantrasyonu (CMC) olarak tanımlanır. Bu konsantrasyonda, çözelti ideal davranıştan sapar ve yüzey gerilimi-konsantrasyon eğrisinde belirgin bir bükülme noktası ortaya çıkar. Yüzey aktif madde konsantrasyonunu daha da artırmak artık yüzey gerilimini azaltmayacak; bunun yerine, ana fazda misellerin sürekli büyümesini ve çoğalmasını teşvik edecektir.
Yüzey aktif madde molekülleri bir çözeltide dağıldığında ve belirli bir konsantrasyon eşiğine ulaştığında, bireysel monomerlerden (iyonlar veya moleküller) misel adı verilen koloidal agregatlar halinde birleşirler. Bu geçiş, çözeltinin fiziksel ve kimyasal özelliklerinde ani değişikliklere neden olur ve bunun gerçekleştiği konsantrasyon kritik misel konsantrasyonudur (CMC). Misel oluşumu sürecine miselleşme denir.
Sulu yüzey aktif madde çözeltilerinde misel oluşumu, konsantrasyona bağlı bir süreçtir. Son derece seyreltik çözeltilerde, su ve hava neredeyse doğrudan temas halindedir, bu nedenle yüzey gerilimi yalnızca hafifçe azalır ve saf suyun yüzey gerilimine yakın kalır; bu durumda kütle fazında çok az sayıda yüzey aktif madde molekülü dağılır. Yüzey aktif madde konsantrasyonu orta derecede arttıkça, moleküller hızla su yüzeyine adsorbe olur, su ve hava arasındaki temas alanını azaltır ve yüzey geriliminde keskin bir düşüşe neden olur. Bu sırada, kütle fazındaki bazı yüzey aktif madde molekülleri, hidrofobik grupları hizalanarak bir araya gelir ve küçük miseller oluşturur.
Konsantrasyon artmaya devam ettikçe ve çözelti doygunluk adsorpsiyonuna ulaştıkça, sıvı yüzeyinde yoğun bir şekilde paketlenmiş tek moleküllü bir film oluşur. Konsantrasyon kritik misel konsantrasyonuna (CMC) ulaştığında, çözeltinin yüzey gerilimi minimum değerine ulaşır. CMC'nin ötesinde, sürfaktan konsantrasyonunun daha da artırılması yüzey gerilimini neredeyse hiç etkilemez; bunun yerine, ana fazdaki misellerin sayısını ve boyutunu artırır. Çözelti daha sonra, nanopowder sentezinde mikro reaktör görevi gören miseller tarafından domine edilir. Konsantrasyon artışı devam ettikçe, sistem kademeli olarak sıvı kristal bir duruma geçer.
Sulu bir yüzey aktif madde çözeltisinin konsantrasyonu kritik misel konsantrasyonuna (CMC) ulaştığında, konsantrasyon arttıkça misel oluşumu belirginleşir. Bu durum, yüzey gerilimi ile logaritmik konsantrasyon eğrisinde (γ–log c eğrisi) bir bükülme noktası ve çözeltide ideal olmayan fiziksel ve kimyasal özelliklerin ortaya çıkmasıyla karakterize edilir.
İyonik yüzey aktif madde miselleri yüksek yüzey yükleri taşır. Elektrostatik çekim nedeniyle, karşı iyonlar misel yüzeyine çekilir ve pozitif ve negatif yüklerin bir kısmını nötralize eder. Bununla birlikte, miseller yüksek yüklü yapılar oluşturduğunda, karşı iyonlar tarafından oluşturulan iyonik atmosferin geciktirici kuvveti önemli ölçüde artar; bu özellik, nanopowderların dağılabilirliğini ayarlamak için kullanılabilir. Bu iki nedenden dolayı, çözeltinin eşdeğer iletkenliği, CMC'nin ötesinde artan konsantrasyonla hızla azalır; bu da bu noktayı yüzey aktif maddelerin kritik misel konsantrasyonunu belirlemek için güvenilir bir yöntem haline getirir.
İyonik yüzey aktif madde misellerinin yapısı tipik olarak küreseldir ve üç kısımdan oluşur: bir çekirdek, bir kabuk ve yaygın bir elektriksel çift katman. Çekirdek, sıvı hidrokarbonlara benzer şekilde, çapı yaklaşık 1 ila 2,8 nm arasında değişen hidrofobik hidrokarbon zincirlerinden oluşur. Polar baş gruplarına bitişik metilen grupları (-CH₂-) kısmi polariteye sahiptir ve çekirdeğin etrafında bazı su moleküllerini tutar. Bu nedenle, misel çekirdeği şunları içerir:Önemli miktarda hapsolmuş su içerirler ve bu -CH₂- grupları sıvı benzeri hidrokarbon çekirdeğine tam olarak entegre olmazlar, bunun yerine sıvı olmayan misel kabuğunun bir parçasını oluştururlar.
Misel kabuğu, misel-su arayüzü veya yüzey fazı olarak da bilinir. Bu, miseller ve su arasındaki makroskopik arayüzü değil, miseller ve monomerik sulu yüzey aktif madde çözeltisi arasındaki bölgeyi ifade eder. İyonik yüzey aktif madde miselleri için kabuk, yaklaşık 0,2 ila 0,3 nm kalınlığında, elektriksel çift katmanın en içteki Stern tabakası (veya sabit adsorpsiyon tabakası) tarafından oluşturulur. Kabuk, yalnızca yüzey aktif maddelerin iyonik baş gruplarını ve bağlı karşı iyonların bir kısmını değil, aynı zamanda bu iyonların hidrasyonundan kaynaklanan bir hidrasyon tabakasını da içerir. Misel kabuğu pürüzsüz bir yüzey değil, yüzey aktif madde monomer moleküllerinin termal hareketinden kaynaklanan dalgalanmaların sonucu olan "pürüzlü" bir arayüzdür.
Sulu olmayan (yağ bazlı) ortamlarda, yağ moleküllerinin baskın olduğu durumlarda, yüzey aktif maddelerin hidrofilik grupları içe doğru toplanarak polar bir çekirdek oluştururken, hidrofobik hidrokarbon zincirleri miselin dış kabuğunu oluşturur. Bu tip misel, geleneksel sulu misellere kıyasla ters bir yapıya sahiptir ve bu nedenle ters misel olarak adlandırılır; buna karşılık, suda oluşan misellere normal misel denir. Şekil 4, sulu olmayan çözeltilerde yüzey aktif maddeler tarafından oluşturulan ters misellerin şematik bir modelini göstermektedir. Son yıllarda, ters miseller, özellikle hidrofilik ilaçların kapsüllenmesi için, nano ölçekli ilaç taşıyıcılarının sentezinde ve hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yayın tarihi: 26 Aralık 2025