آپ سرفیکٹینٹس کے گیلے ہونے اور حل کرنے کے اثرات کے بارے میں کتنا جانتے ہیں؟

گیلا اثر، ضرورت: HLB: 7-9

گیلا ہونا اس رجحان کے طور پر بیان کیا جاتا ہے جہاں ٹھوس سطح پر جذب ہونے والی گیس مائع کے ذریعہ بے گھر ہوجاتی ہے۔ وہ مادے جو نقل مکانی کی اس صلاحیت کو بڑھا سکتے ہیں انہیں گیلا کرنے والے ایجنٹ کہتے ہیں۔ گیلا کرنے کو عام طور پر تین اقسام میں درجہ بندی کیا جاتا ہے: رابطہ گیلا کرنا (چپکنے والا گیلا کرنا)، وسرجن گیلا کرنا (ڈوبنا گیلا کرنا)، اور پھیلانا گیلا کرنا (پھیلنا)۔ ان میں سے، پھیلاؤ گیلا کرنے کے اعلیٰ ترین معیار کی نمائندگی کرتا ہے، اور پھیلنے کا گتانک اکثر مختلف نظاموں کے درمیان گیلے ہونے کی کارکردگی کو جانچنے کے لیے ایک اشارے کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، رابطے کا زاویہ بھی گیلے کے معیار کو جانچنے کا ایک معیار ہے۔ سرفیکٹینٹس کو مائع اور ٹھوس مراحل کے درمیان گیلے ہونے کی ڈگری کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

کیڑے مار دوا کی صنعت میں، کچھ دانے دار فارمولیشنز اور ڈسٹ ایبل پاؤڈر میں بھی سرفیکٹینٹس کی ایک خاص مقدار ہوتی ہے۔ ان کا مقصد ہدف کی سطح پر کیڑے مار دوا کے چپکنے اور جمع ہونے کی مقدار کو بہتر بنانا، رہائی کی شرح کو تیز کرنا اور نم حالات میں فعال اجزاء کے پھیلاؤ کے علاقے کو بڑھانا ہے، اس طرح بیماری کی روک تھام اور علاج کی افادیت کو بڑھانا ہے۔

کاسمیٹکس انڈسٹری میں، سرفیکٹینٹس ایملسیفائر کے طور پر کام کرتے ہیں اور جلد کی دیکھ بھال کی مصنوعات جیسے کریم، لوشن، فیشل کلینزر اور میک اپ ریموور میں ناگزیر اجزاء ہیں۔

مائیکلز اور حل پذیری۔,ضروریات: C > CMC (HLB 13-18)

کم از کم ارتکاز جس پر سرفیکٹنٹ مالیکیولز مائیکلز بنانے کے لیے منسلک ہوتے ہیں۔ جب ارتکاز CMC قدر سے زیادہ ہو جاتا ہے تو، سرفیکٹنٹ مالیکیول خود کو کروی، چھڑی نما، لیملر، یا پلیٹ جیسی تشکیلات میں ترتیب دیتے ہیں۔

حل کرنے کے نظام تھرموڈینامک توازن کے نظام ہیں۔ سی ایم سی جتنی کم اور ایسوسی ایشن کی ڈگری جتنی زیادہ ہوگی، زیادہ سے زیادہ اضافی ارتکاز (MAC) زیادہ ہوگا۔ حل پذیری پر درجہ حرارت کا اثر تین پہلوؤں سے ظاہر ہوتا ہے: یہ مائیکل کی تشکیل، محلول کی حل پذیری، اور خود سرفیکٹینٹس کی حل پذیری کو متاثر کرتا ہے۔ آئنک سرفیکٹینٹس کے لیے، ان کی حل پذیری بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ تیزی سے بڑھ جاتی ہے، اور جس درجہ حرارت پر یہ اچانک اضافہ ہوتا ہے اسے کرافٹ پوائنٹ کہا جاتا ہے۔ کرافٹ پوائنٹ جتنا اونچا ہوگا، مائیکل کا ارتکاز اتنا ہی کم ہوگا۔

پولی آکسیتھیلین نونیونک سرفیکٹنٹس کے لیے، جب درجہ حرارت ایک خاص سطح تک بڑھ جاتا ہے، تو ان کی حل پذیری تیزی سے گر جاتی ہے اور بارش ہوتی ہے، جس کی وجہ سے محلول ٹربڈ ہو جاتا ہے۔ اس رجحان کو کلاؤڈنگ کے نام سے جانا جاتا ہے، اور اسی درجہ حرارت کو کلاؤڈ پوائنٹ کہا جاتا ہے۔ ایک ہی پولی آکسیتھیلین چین کی لمبائی والے سرفیکٹنٹس کے لیے، ہائیڈرو کاربن چین جتنی لمبی ہوگی، کلاؤڈ پوائنٹ اتنا ہی کم ہوگا۔ اس کے برعکس، اسی ہائیڈرو کاربن چین کی لمبائی کے ساتھ، پولی آکسیتھیلین چین جتنی لمبی ہوگی، کلاؤڈ پوائنٹ اتنا ہی اونچا ہوگا۔

غیر قطبی نامیاتی مادوں (مثلاً بینزین) کی پانی میں حل پذیری بہت کم ہوتی ہے۔ تاہم، سوڈیم اولیٹ جیسے سرفیکٹینٹس کا اضافہ پانی میں بینزین کی حل پذیری کو نمایاں طور پر بڑھا سکتا ہے۔ حلولائزیشن عام تحلیل سے الگ ہے: حل شدہ بینزین پانی کے مالیکیولز میں یکساں طور پر منتشر نہیں ہوتا بلکہ اولیٹ آئنوں کے ذریعے بننے والے مائیکلز کے اندر پھنس جاتا ہے۔ ایکس رے ڈفریکشن اسٹڈیز نے اس بات کی تصدیق کی ہے کہ تمام قسم کے مائکیلز گھلنشیل ہونے کے بعد مختلف ڈگریوں تک پھیلتے ہیں، جبکہ مجموعی محلول کی اجتماعی خصوصیات بڑی حد تک غیر تبدیل شدہ رہتی ہیں۔

جیسے جیسے پانی میں سرفیکٹینٹ کا ارتکاز بڑھتا ہے، سرفیکٹینٹ مالیکیولز مائع کی سطح پر جمع ہو کر ایک قریب سے بھری ہوئی، اورینٹڈ مونومولیکولر تہہ بناتے ہیں۔ بلک مرحلے میں اضافی مالیکیول اپنے ہائیڈروفوبک گروپس کے ساتھ اندر کی طرف ہوتے ہیں، مائیکلز بناتے ہیں۔ مائیکل کی تشکیل شروع کرنے کے لیے درکار کم از کم ارتکاز کو اہم مائیکل کنسنٹریشن (CMC) کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ اس ارتکاز پر، حل مثالی رویے سے ہٹ جاتا ہے، اور سطحی تناؤ بمقابلہ ارتکاز وکر پر ایک الگ انفلیکیشن پوائنٹ ظاہر ہوتا ہے۔ سرفیکٹنٹ کے ارتکاز کو مزید بڑھانے سے سطح کے تناؤ کو مزید کم نہیں کیا جائے گا۔ اس کے بجائے، یہ بلک مرحلے میں مائیکلز کی مسلسل ترقی اور ضرب کو فروغ دے گا۔

جب سرفیکٹنٹ مالیکیول کسی محلول میں منتشر ہوتے ہیں اور ایک مخصوص ارتکاز کی حد تک پہنچ جاتے ہیں، تو وہ انفرادی monomers (آئنز یا مالیکیولز) سے colloidal مجموعوں میں جوڑتے ہیں جنہیں micelles کہتے ہیں۔ یہ منتقلی محلول کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات میں اچانک تبدیلیوں کو متحرک کرتی ہے، اور جس ارتکاز پر یہ ہوتا ہے وہ CMC ہے۔ مائیکل کی تشکیل کے عمل کو مائیکلائزیشن کہا جاتا ہے۔

آبی سرفیکٹنٹ محلول میں مائیکلز کی تشکیل ارتکاز پر منحصر عمل ہے۔ انتہائی پتلے محلولوں میں، پانی اور ہوا تقریباً براہ راست رابطے میں ہوتے ہیں، اس لیے سطح کا تناؤ صرف تھوڑا سا کم ہوتا ہے، جو خالص پانی کے قریب رہ جاتا ہے، بہت کم سرفیکٹنٹ مالیکیول بلک مرحلے میں منتشر ہوتے ہیں۔ جیسا کہ سرفیکٹنٹ کا ارتکاز اعتدال سے بڑھتا ہے، مالیکیول پانی کی سطح پر تیزی سے جذب ہو جاتے ہیں، پانی اور ہوا کے درمیان رابطے کے علاقے کو کم کرتے ہیں اور سطح کے تناؤ میں تیزی سے کمی کا باعث بنتے ہیں۔ دریں اثنا، بلک مرحلے میں کچھ سرفیکٹنٹ مالیکیولز اپنے ہائیڈروفوبک گروپس کے ساتھ مل کر چھوٹے چھوٹے مائیکلز بناتے ہیں۔

جیسے جیسے ارتکاز بڑھتا رہتا ہے اور محلول سنترپتی جذب تک پہنچ جاتا ہے، مائع کی سطح پر ایک گنجان بھری مونومولیکولر فلم بنتی ہے۔ جب ارتکاز CMC سے ٹکراتا ہے، محلول کی سطح کا تناؤ اپنی کم سے کم قیمت تک پہنچ جاتا ہے۔ سی ایم سی سے آگے، سرفیکٹنٹ کے ارتکاز میں مزید اضافہ سطح کے تناؤ کو بمشکل متاثر کرتا ہے۔ اس کے بجائے، یہ بلک مرحلے میں مائیکلز کی تعداد اور سائز کو بڑھاتا ہے۔ اس کے بعد حل پر مائیکلز کا غلبہ ہوتا ہے، جو نینو پاؤڈرز کی ترکیب میں مائیکرو ری ایکٹرز کے طور پر کام کرتے ہیں۔ مسلسل ارتکاز میں اضافے کے ساتھ، نظام آہستہ آہستہ مائع کرسٹل حالت میں منتقل ہوتا ہے۔

جب ایک آبی سرفیکٹنٹ محلول کا ارتکاز CMC تک پہنچ جاتا ہے، تو مائیکلز کی تشکیل بڑھتی ہوئی ارتکاز کے ساتھ نمایاں ہو جاتی ہے۔ اس کی خصوصیت سطحی تناؤ بمقابلہ لاگ ارتکاز منحنی خطوط (γ–log c curve) میں ایک انفلیکشن پوائنٹ سے ہوتی ہے جس کے ساتھ محلول میں غیر مثالی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کا ظہور ہوتا ہے۔

آئنک سرفیکٹنٹ مائیکلز اعلی سطحی چارجز لے جاتے ہیں۔ الیکٹرو اسٹاٹک کشش کی وجہ سے، کاؤنٹرنز مائیکل سطح کی طرف متوجہ ہوتے ہیں، مثبت اور منفی چارجز کے حصے کو بے اثر کرتے ہیں۔ تاہم، ایک بار جب مائیکلز بہت زیادہ چارج شدہ ڈھانچے بنا لیتے ہیں، تو کاؤنٹرنز کے ذریعے تشکیل پانے والی آئنک ماحول کی ریٹارڈنگ فورس نمایاں طور پر بڑھ جاتی ہے — ایک ایسی خاصیت جس کا استعمال نینو پاؤڈرز کی بازی کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ ان دو وجوہات کی بناء پر، سی ایم سی سے آگے بڑھتے ہوئے ارتکاز کے ساتھ حل کی مساوی چالکتا تیزی سے کم ہو جاتی ہے، جس سے سرفیکٹنٹس کے اہم مائیکل ارتکاز کا تعین کرنے کے لیے اس نقطہ کو ایک قابل اعتماد طریقہ بنایا جاتا ہے۔

آئنک سرفیکٹنٹ مائیکلز کی ساخت عام طور پر کروی ہوتی ہے، جو تین حصوں پر مشتمل ہوتی ہے: ایک کور، ایک خول، اور ایک پھیلا ہوا الیکٹرک ڈبل پرت۔ کور ہائیڈروفوبک ہائیڈرو کاربن زنجیروں پر مشتمل ہے، مائع ہائیڈرو کاربن کی طرح، جس کا قطر تقریباً 1 سے 2.8 nm تک ہے۔ قطبی ہیڈ گروپس سے ملحق میتھیلین گروپس (-CH₂-) جزوی قطبیت کے مالک ہوتے ہیں، جو کور کے ارد گرد کچھ پانی کے مالیکیول کو برقرار رکھتے ہیں۔ اس طرح، مائیکل کور پر مشتمل ہےکافی مقدار میں پھنسے ہوئے پانی، اور یہ -CH₂- گروپ مکمل طور پر مائع نما ہائیڈرو کاربن کور میں ضم نہیں ہوتے ہیں بلکہ اس کی بجائے غیر مائع مائیکل شیل کا حصہ بنتے ہیں۔

مائیکل شیل کو مائیکل واٹر انٹرفیس یا سطح کے مرحلے کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ یہ مائیکلز اور پانی کے درمیان میکروسکوپک انٹرفیس کا حوالہ نہیں دیتا بلکہ مائیکلز اور مونومیرک آبی سرفیکٹنٹ محلول کے درمیان کا خطہ ہے۔ آئنک سرفیکٹنٹ مائیکلز کے لیے، شیل الیکٹرک ڈبل پرت کی سب سے اندرونی سخت پرت (یا فکسڈ جذب کرنے والی پرت) سے بنتا ہے، جس کی موٹائی تقریباً 0.2 سے 0.3 nm ہوتی ہے۔ خول میں نہ صرف سرفیکٹنٹس کے آئنک ہیڈ گروپس اور پابند کاؤنٹریشنز کا ایک حصہ ہوتا ہے بلکہ ان آئنوں کی ہائیڈریشن کی وجہ سے ایک ہائیڈریشن پرت بھی ہوتی ہے۔ مائیکل شیل ایک ہموار سطح نہیں ہے بلکہ ایک "کھردرا" انٹرفیس ہے، جو سرفیکٹینٹ مونومر مالیکیولز کی تھرمل حرکت کی وجہ سے ہونے والے اتار چڑھاو کا نتیجہ ہے۔

غیر آبی (تیل پر مبنی) میڈیا میں، جہاں تیل کے مالیکیولز غالب ہوتے ہیں، سرفیکٹنٹس کے ہائیڈرو فیلک گروپ اندر کی طرف جمع ہو کر قطبی کور بناتے ہیں، جبکہ ہائیڈرو فوبک ہائیڈرو کاربن زنجیریں مائیکل کا بیرونی خول بناتی ہیں۔ روایتی آبی مائیکلز کے مقابلے اس قسم کے مائیکل کی ساخت الٹی ہوتی ہے اور اس لیے اسے ریورس مائیکل کہا جاتا ہے۔ اس کے برعکس، پانی میں بننے والے مائیکلز کو نارمل مائیکلز کہا جاتا ہے۔ شکل 4 غیر آبی محلولوں میں سرفیکٹنٹس کے ذریعے تشکیل پانے والے ریورس مائیکلز کا اسکیمیٹک ماڈل دکھاتا ہے۔ حالیہ برسوں میں، نانوسکل ڈرگ کیریئرز کی ترکیب اور تیاری میں ریورس مائیکلز کا بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے، خاص طور پر ہائیڈرو فیلک ادویات کے انکیپسولیشن کے لیے۔