Амфифильными называют ионы или молекулы, один конец которых (или достаточно крупный молекулярный фрагмент) гидрофобен, а другой – гидрофилен, причем гидрофобно-гидрофильные свойства сбалансированы. В современной литературе такой баланс называют гидрофильно-липофильным [37,46,125]. Именно в этом - основной секрет таких ПАВ, объясняющий важнейшие особенности их поведения. Во многих типичных случаях гидрофильная часть этих молекул (“голова”) сосредоточена в относительно небольших по размерам ионогенных группах, обычно обладающих в водных растворах катионным или анионным зарядом, и стремящихся окружить себя молекулами воды. Гидрофобная часть представлена гораздо более протяженными угле-водородными “хвостами” (или неполярными фрагментами), склонными к сильному в. д. в. взаимодействию. Их взаимодействие с полярными молекулами слабее, чем с неполярными или друг с другом. Именно из-за такого строения молекулы ПАВ кон-центрируются на межфазовой поверхности, снижая поверхностное натяжение. На границе вода/масло или вода/воздух они ориентируются гидрофильной частью в сторону воды, и гидрофобной - в сторону неполярных сред или воздуха, в пределе образуя монослой на поверхности раздела. В насыщенных водных растворах при концентрации ПАВ, превышающей некоторую пороговую критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ), в растворе образуются мицеллы или везикулы (от лат. vesicula – пузырек), в которых полярные участки также обращены в сторону воды, типовая форма таких ассоциатов ПАВ показана на рис. 14.
Свойства мицелл в общем случае определяются гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) противоположно направленных сил, который включает отталкивание одноименных зарядов на границе раздела, их интенсивное взаимодействие с поляр-ными молекулами воды и противоионами в растворе, этот баланс также учитывает требования кофигурационной энтропии “хвостов”, которая зависит от особенностей их размещения в занимаемом ими ограниченном объеме. Кроме того, условия механического равновесия на поверхности включают требование постоянства средней кривизны поверхности.
Рис.14. Схема строения мицелл разной формы (a, b, c),
бислоя (d) и везикул (e) в водных растворах. Полярные участки молекул
или ионов ПАВ выделены черными кружками и направлены в сторону воды. Длина
неполярного “хвоста” определяет радиус ци-линдрической и сферической мицеллы и
полуширину бислоя.
При этом, например, взаимодействие полярных голов с водой стремится увеличить поверхность и объем мицеллы, однако взаимодействие хвостов друг с другом стремится предельно сократить поверхность контакта с водой, Совокупное динамическое равновесие между совокупностью всех этих противоборствующих сил называют состоянием фрустрации (от англ. frustration - крах надежд, недоиспользо-ванные желания) [[142]]. Это вынужденный компромисс при неполном удовлетворении желаний противоборствующих сторон в особой ситуации, когда полярная и неполярная части каждой амфифильного иона или молекулы неразрывно химически связаны, но одновременно каждая мицелла состоит, по крайней мере, из 50 -100 и более относительно слабо связанных ионов (молекул). В этой ситуации даже небольшие изменения условий сосуществования могут приводить к самопроизвольной реор-ганизации структуры.
Одна из особенностей мицеллярных растворов ПАВ в том, что обычные конден-сированные фазы стремятся самопроизвольно снизить величину межфазовой поверх-ности, т.е. уменьшить долю находящихся на этой поверхности атомов или молекул. Но в водных растворах ПАВ головные части каждой молекулы должны находиться на межфазовой поверхности. В результате величина межфазовой поверхности в первом приближении пропорциональна концентрации ПАВ, и величина удельной поверхности АV, отнесенная к единице объема раствора, может быть оценена как :
АV = aS(fS/VC), (6)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.