Контрольная работа по химии

Разнообразие систем, формируемых дифильными веществами

2009

1. Разнообразие систем

Самоорганизация поверхностно-активных веществ в растворе приводит к возникновению различных структур; некоторые из них представлены на рис. Системы, содержащие ПАВ, удобнее классифицировать на гомогенные и гетерогенные. Однофазные системы в свою очередь можно разделить на изотропные растворы, твердые и жидкокристаллические фазы. Для твердых кристаллических фаз характерны как дальний, так и ближний порядок, однако степень ближнего порядка зависит от вида фазы. Изотропные растворы характеризуются отсутствием порядка на ближних и дальних расстояниях, в то время как в жидкокристаллических фазах нет ближнего порядка, но есть определенный порядок на больших расстояниях. И в изотропных растворах, и в жидкокристаллических фазах состояние неполярной алкильной цепи можно отнести к «жидкообразному». В кристаллах, образованных ниже «температуры плавления цепи», состояние алкильной цепи можно считать более или менее «твердообразным». Начало образования мицелл — критическая концентрация мицеллообразования.

При измерении различных физико-химических свойств водных растворов поверхностно-активного вещества или липида, наблюдается ряд особенностей, которые проиллюстрированы на рис. на примере ионного ПАВ.

При низких концентрациях большинство свойств раствора ионного ПАВ аналогично свойствам растворов простых электролитов. Можно отметить только одно исключение: поверхностное натяжение раствора быстро уменьшается с увеличением концентрации ПАВ. При некоторой более высокой концентрации, специфической для каждого ПАВ, наблюдаются необычные изменения. Например, поверхностное натяжение и осмотическое давление становятся почти постоянными, в то время как светорассеяние начинает увеличиваться, а коэффициент самодиффузии ПАВ — уменьшаться. Эти данные указывают на перестройку системы от молекулярного раствора ПАВ к системе, в которой молекулы ПАВ все в большей и большей степени оказываются в самоорганизованном состоянии. Далее мы подробно обсудим образующиеся структуры, а также механизмы, обусловливающие их возникновение. Здесь же отметим лишь две характерные особенности. Концентрация начала самоорганизации определяется достаточно четко и тем точнее, чем длиннее алкильная цепь молекулы ПАВ. Образующиеся агрегаты обычно сначала имеют сферическую форму. Эти агрегаты называют мицеллами. Концентрацию, при которой они начинают образовываться, принято называть критической концентрацией мицеллообразования. Структуру такой мицеллы иллюстрирует рис.

В результате самоассоциации ПАВ реализуется серия различных структур:

а) Сферические мицеллы, внутренняя часть которых состоит из углеводородных цепей, а на поверхности расположены полярные группы, обращенные к воде. Сферические мицеллы характеризуются низким значением числа ПАВ и большой положительной самопроизвольной кривизной. Радиус углеводородного ядра близок к длине вытянутой алкильной цепи.

б) Цилиндрические мицеллы, внутренняя часть которых образована углеводородными цепями, а поверхность — полярными группами, обращенными к воде. Поперечное сечение углеводородного ядра по величине близко к поперечному сечению сферических мицелл. ............