Контрольная работа

по химии

2009

Как разобраться в микроструктуре микроэмульсий

Эффективные ПАВ, образующие микроэмульсии при малых концентрациях, характеризуются низкими концентрациями молекулярно растворенного ПАВ в обеих жидких фазах. Поэтому существует ярко выраженное деление на домены трех типов: домены масла, домены воды и мономолекулярные пленки ПАВ.

Такие домены, или псевдофазы, являются элементами микроэмульсионных структур. Второй вопрос для обсуждения касается состояния пленок ПАВ, которые могут быть дискретными или формировать связные структуры. В ранних работах считали, что пленки ПАВ дискретны, и микроэмульсии всегда проставлены структурами капельного типа. Однако оказалось, что эта модель не согласуется с рядом результатов, например со стабильностью систем в широком интервале соотношений объемов жидких фаз.

Решив вопрос, имеем ли мы дело при определенных условиях с дискретным или биконтинуальным типом структуры, мы перейдем к следующему вопросу, который связан с формой капелек и типом биконтинуальной структуры.

Измерение молекулярной самодиффузии

Основным и наиболее надежным подходом при изучении связности микроструктуры микроэмульсий является исследование молекулярных коэффициентов самодиффузии. Этот метод не ограничен микроэмульсиями, он находит более широкое применение и стал также инструментом для изучения структуры кубических жидких кристаллов и других изотропных фаз в растворах.

При изучении самодиффузии измеряют смещение молекул на большие расстояния, от нескольких микрометров и более. Это означает, что молекулярные движения внутри таких дискретных агрегатов, как мицеллы и капельки микроэмульсий, не дают вклад в экспериментальные наблюдения.

Самодиффузия частицы зависит от большого числа факторов: размера и формы диффундирующей частицы, трения и барьеров, препятствующих движению. При низких концентрациях в гомогенной среде коэффициент диффузии D сферической частицы радиусом R описывается уравнением Стокса-Эйнштейна:

При типичных значениях вязкости порядка 1 мПа D равен ~ 2·109 /R9 если R выразить в A, a D – в м2/с. Таким образом, маленькая молекула имеет коэффициент диффузии ~10-9 м2/с, что отвечает локальному движению. Если молекулы не заключены в закрытые домены и могут свободно перемещаться, они будут перемещаться на большие расстояния с тем же коэффициентом диффузии. Для больших частиц значения коэффициентов диффузии резко уменьшаются. Типичный размер капелек в микроэмульсиях имеет порядок 100 А, таким образом, коэффициент самодиффузии будет иметь величину порядка 10-11 м2/с.

Существует несколько различных способов измерения коэффициентов самодиффузии. Наиболее популярн методы ЯМР и радиоактивных меток. В последнем случае изучают диффузию на расстояниях в несколько миллиметров. Метод ЯМР наиболее универсален и информативен. Для регистрации молекулярных перемещений используют фурье-спектроскопию ЯМР. Метод позволяет следить за движением ядерных спинов молекул в пространственно изменяющемся магнитном поле. Так можно измерять диффузию на расстояниях в несколько микрометров. Регистрируемый сигнал ЯМР состоит из вкладов разных молекул, находящихся в исследуемом образце и содержащих спиновую метку. Фурье-преобразование позволяет разрешить отдельные вклады. ............