6 зертханалық ЖҰмыс баз-дың мицелла түзілу концентрациясын анықтау баз-дардың мицелла түзуі. Мицелла түзілу механизмі
жүктеу/скачать 88.12 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Агрегация саны
|
6 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС БАЗ-ДЫҢ МИЦЕЛЛА ТҮЗІЛУ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫН АНЫҚТАУ БАЗ-дардың мицелла түзуі. Мицелла түзілу механизмі. БАЗ-дардың су ерітінділеріндегі күйі тікелей олардың концентрациясымен байланысты. Төменгі концентрацияларда БАЗ молекулаларының полярлы топтары су фазасына қарай бағытталып, оған тартылып тұрғандай күйде болады. Ал полярсыз көмірсутек радикалдар суға “кіре алмай”, оның бетінде, яғни су - ауа шекарасында жайылып орналасады (27- сурет, а). Концентрация жоғарылағанда көмірсутектерге бұлай жайылып жатуға беттік аудан жетпейді. Сол себептен полярлы топтар бір біріне жақындап, тәуелсіз қозғалыс жасау мүмкіндігінен айрылады (27-сурет, ә). Бет қаныққан жағдайда БАЗ молекулаларының гидрофобтық радикалдары жиі қағылған қазық тәрізді орналасады. БАЗ-дардың адсорбциялық қабаттағы бұл күйін “Ленгмюрдің қазықтары” деп атайды (27-сурет, б). Ерітіндідегі БАЗ концентрациясын одан ары көбейткен жағдайда беттік қабатта БАЗ молекуларына орын жетпегендіктен олар ерітіндіге, яғни еріткіштің көлеміне ұмтылады. Бірақ су полярлы еріткіш болғандықтан, оның полярлы емес көмірсутек радикалдары сумен қабылданбайды. Нәтижесінде бір «компромистік» жағдай қалыптасады: БАЗ молекулаларының полярлы топтары суға, ал көмірсутек радикалдары ішке бағытталған үлкен агрегаттар түзіледі. Яғни БАЗ концентрациясы бір критикалық мәнге жеткеннен кейін олардың ассоциациясы басталады, сөйтіп БАЗ молекулаларының мицеллалары түзіледі (27-сурет, в). Осы мицелла түзілетін концентрацияны мицелла түзілудің критикалық концентрациясы (МТКК) деп атайды. Дәлірек айтсақ, МТКК – БАЗ концентрациясының өте шағын интервалы. Бұл концентрация шекарасына дейін мицелла түзілмейді, ал бұл шектен асқанда барлық жүйеге енгізілген БАЗ агрегаттанады. 27-сурет. Бетті-активтік заттардың су бетіндегі және көлеміндегі күйлері Мицеллалар агрегация санымен және мицеллалық массамен сипатталады. Агрегация саны мицеллаға кіретін беттік-активті заттың молекулаларының санын көрсетеді, ал мицеллалық масса мицелланы құрайтын молекулалардың молекулалық массаларының қосындысы болады. Термодинамика тұрғысынан мицелла түзілуінің анықтаушы күші – БАЗ молекулаларының полярсыз топтарының арасындағы гидрофобтық әрекеттесулер. Мицелла түзілуіне қазіргі кезде қалыптасқан көзқарастар бойынша бұл - өзінен өзі жүретін процесс: ∆G = ∆H - T∆S < 0 (6.1) G мәнінің өзгеруіне негізгі үлес қосатын судан мицеллаға кеткен көмірсутек радикалдарының судың құрылымдық реттілігін бұзуы нәтижесінде көбейетін энтропия шамасы (∆S>0). ΔН мәні онша өзгермейді. Мицеллалар ерітіндімен термодинамикалық тепе-теңдікті кәдімгі лиофильдік коллоидтарға жатады. Олардың түзілуі көмірсутектерді судан көлегейлейтін сыртқы қабаттың гидрофильдігінің салдарынан сумен шекарадағы беттік керілу мәнін төмендетіп (σ<σкр), мицеллалық жүйенің термодинамикалық тұрақтығын қамтамасыз етеді. Мицелла түзілуінің адсорбция, эмульгация үдерістеріне ұқсастығы термодинамикалық потенциалдың төмендеуге ұмтылуымен БАЗ-дардың жанасатын фазалардың полярлықтарының алшақтығын азайту жағына бағытталуына байланысты. Сонымен, мицелла дегеніміз полярлы топтың табиғатына және көмірсутек радикал ұзындығына, яғни БАЗ-дың гидрофильді-липофильдік балансына тәуелді белгілі концентрацияда оның дифильдік молекулаларынан немесе иондарынан өзінен өзі түзілетін агрегаттар. Мицелла түзілудің критикалық концентрациясында ерітіндідегі мицеллалар БАЗ молекулаларымен термодинамикалық тепе-теңдікте болады. МТКК-ға әсер ететін факторлар: көмірсутек радикалдарының ұзындығы; қарсы иондар концентрациясы; температура. МТКК мәні БАЗ молекуласының көмірсутек радикалдары ұзарған сайын азаяды, өйткені гидрофобтық әрекеттесулердің үлесі көбейеді. Ерітіндіде қарсы иондар саны көбейген сайын МТКК мәні төмендейді, себебі қарсы иондар полярлы топтардың зарядын бейтараптап, аттас зарядты полярлы топтардың өзара электростатикалық тебісуін азайтады. МТКК-ға температураның әсерін әр жүйеге жеке қарастырған жөн, дегенмен иондық БАЗ-дарда оның мәні температура жоғарылаған сайын өседі, ал иондық емес БАЗ-дарда температура көтерілген сайын азаяды. Көмірсутек радикалдары ұзын беттік-активті заттардың су ерітінділірінде агрегаттану нәтижесінде мицелла түзетіндігі айқын болғанымен, олардың түзілу механизмі мен өлшемдері, пішіндері туралы әр түрлі пікірлер бар. Мак Бен мицелланың екі түрін ұсынады. Оның ойынша, концентрациясы МТКК-дан едәуір төмен, сұйытылған ерітінділерде сфералық иондық мицеллалар түзіледі (28-сурет, a). Құрамына кіретін иондар саны оннан аспайды және олар агрегаттанғанда өз зарядын сақтап қалады. 28-сурет. БАЗ-дардың сфералық (а) және пластиналық мицеллалары (ә) Мицелла түзудің критикалық концентрациясында заряды төмен немесе мүлде заряды жоқ пластиналық, яғни қабатты мицеллалар түзіледі. Олар кезектескен параллельді орналасқан судың және БАЗ-дың қосарланған қабаттарынан тұрады. БАЗ қабатының қалыңдығы қарама қарсы бағытталған екі БАЗ молекуласының ұзындығына тең. Гидрофильді топтардың арасы 1-3 нм, онда су молекулалары орналасады (28-сурет, ә). Гартлей моделі (1939 ж.) бойынша беттік-активті заттар ерітінділерде КМТК мәніне дейін күшті электролит болып келеді, яғни молекулалық күйде болады. КМТК-да агрегация басталып, шағын мицеллалар түзіле бастайды. БАЗ-дың концентрациясы артқан сайын мицеллалар да өсіп бір тұрақты өлшемге келеді, яғни концентрацияның одан кейінгі жоғарылауы мицелланың өлшеміне әсер етпейтін болады. Бұл түзілген мицеллалардың пішіні полярлы топтары бетінде орналасқан сфера тәрізді, ал ішкі құрылысы мен иондардың ретсіз орналасуы бойынша олар сұйық парафиндерге жақын. Гаркинс пен Миттельман жалпы Гартлейдің біркелкі мицеллалар түзілуі туралы концепциясын қабылдайды, бірақ оларды реттелген құрылымға ие деп есептейді. Осыған сәйкес табақша немесе цилиндр тәрізді пішін ұсынылады. Дебай мен Анакер сәуле шашырау әдісімен жасалған зерттеулері нәтижесінде мицеллалар бір-бірінің үстіне жиналған тиындар сияқты таяқшалар пішінді деп болжайды. 29-сурет. Сфералық мицелланың сфералық емес мицеллаға айналуы 30-сурет. Сфералық мицелланың агрегаттануы Жалпы мицелла пішіні сфералықтан пластиналық (қабаттық) және шексіз үлкен кристалға дейін өзгеруі мүмкін. Концентрация жоғарылағанда сфералық мицелладағы молекула санының көбеюінен сфералық мицелла сфералық емес мицеллаға – эллипсоидке және қабатты мицеллаға айналады (29,30- сурет). Сонымен, мицеллалардың өлшемі мен пішіндері БАЗ-дың концентрациясына, ортаның температурасына, БАЗ молекуласының құрылысына, молекулааралық күштерге тәуелді. БАЗ-дың әр түрлі жағдайына әр түрлі термодинамикалық күй сәйкес келеді: шын ерітінді ↔ сфералық мицеллалар ↔ анизодиаметрлік мицеллалар ↔ гель ↔ кристалл. жүктеу/скачать 88.12 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|