Asszociációs (micellás) kolloidok (vizes rendszerek)

Az előadások a következő témára: "Asszociációs (micellás) kolloidok (vizes rendszerek)"— Előadás másolata:

1 Asszociációs (micellás) kolloidok (vizes rendszerek)
A micellát alkotó molekulák felépítése: apoláris (―) + poláris (●) molekularész térben elkülönülve (amfipatikus v. amfifil molekula) Vizes oldatokban Termodinamikailag stabil kolloid rendszer; dinamikus egyensúly.

2 Asszociációs (micellás) kolloidok
c.m.c. vagy CM: kritikus micellaképződési koncentráció Vizes oldatokban

3 Micella képző anyagok Tween Dodecil-betain
Gemini-tenzidek (szimmetrikus felépítésűek)

4 Anionos gemini tenzidek
S. K. Hait and S. P. Moulik: Gemini surfactants: A distinct class of self-assembling molecules, CURRENT SCIENCE, 82, (9) 1101,,2002

5 Természetes felületaktív anyagok
Lecitin (tojássárgája, majonéz) Epesav Koleszterin Zsírok emulgeálása

6 A felületaktív anyagok jellemzése: HLB-szám
A hidrofil-lipofil karakter (a molekula polaritásának) jellemzése a HLB-számmal HLB-szám 20 A vízben való oldhatóság nő (Dirk Schmaljohan nyomán) Eredetileg nemionos tenzidekre: 0 – 20, később ionosakra is:

7 A felületaktív anyagok jellemzése: HLB-szám
Számítható a molekulát felépítő csoportok HLB-számából. A poláris csoportok száma (+), az apoláris csoportoké (-) előjelű. CSOPORTOK HLB-szám Poláris csoportok (hidrofil) COO- Na ,1 Észter ,4 Hidroxil ,9 Hidroxil (szorbitán) ,5 Apoláris csoportok (hidrofób) CH, CH2, CH3, =CH ,475

8 Előfordulhat, hogy olyan HLB-számú tenzidre van szükség, amely megfelelő formában nem áll rendelkezésre. Ilyenkor egyszerű keverési szabály alkalmazásával megkísérelhető annak “előállítása” A és B tenzidek megfelelő arányban történő összekeverésével:

9 A micellaképződés oka : 1) Molekuláris kölcsönhatások
: 2) Konfigurációs entrópia 1) Entalpia változás: a felszabaduló vízmolekulák erős H-kötéseket alakítanak ki Az apoláris láncok kölcsönhatása elhanyagolható (gyenge diszperziós vonzás). 2) Esetenként endoterm a micellaképződés: entrópia kontroll! Nő a konfigurációs entrópia micellaképződés során: az apoláris láncok konformációs állapotainak száma nagyobb a micella belsejében. Az egyedi molekulák apoláris láncait mintegy kifeszíti a vízburok! A kritikus micellaképződési koncentráció értelmezése: tömeghatás törvénye, fázisszeparációs modell

10 A kritikus micellaképződési koncentráció jelentősen függ a molekula polaritásától, valamint szerkezetétől, az ionerősségtől, egyes adalékanyagoktól és a hőmérséklettől: A cmc-t csökkentik: Az apoláris lánc hosszának növekedése A fejcsoport polaritásának csökkenése (a nemionos tenzidek cmc-je egy nagyságrenddel is kisebb lehet!) Idegen anyagok (pl. elektrolit, alkohol) jelenléte Ionerősség növekedése (különösen ionos tenzidek esetén: árnyékoló hatás, nemionos tenzideknél kisózó hatás) A hőmérséklet komplex módon hat: 1. „Szétziláló˝ hatás 2. oldhatóságot befolyásoló hatás (ebben van különbség az ionos és nemionos tenzidek között!) Míg az ionos tenzidek oldhatósága a hőmérséklet növelésével szerény mértékben nő (Krafft-jelenség), addig a nemionos tenzideké csökken (felhősödési jelenség)

11 Krafft-jelenség, Krafft-hőmérséklet (ionos tenzidekre jellemző)
A jelenség: a felületaktív anyag oldhatósága drasztikusan megnő egy bizonyos hőmérséklet felett (Krafft-hőmérséklet, ill. tartomány). A Krafft-hőmérséklet alatt az oldott anyag mennyisége nem elegendő a micellaképződéshez. Az oldhatóság azonban fokozatosan nő az ionos fejcsoportok hidratálhatóságának növekedése miatt. A Krafft-hőmérsékleten a rendszer eléri a cmc-t, ezért az oldhatóság drasztikusan megnő. A micellák oldhatósága jelentősen nagyobb, mint az egyedi molekuláké! Na-alkil-szulfátok Krafft-hőmérséklete a C-atom szám növekedésével nő:

12 Felhősödési jelenség, felhősödési hőmérséklet (nemionos tenzidekre jellemző)
A jelenség: elegendően tömény, nemionos tenzidek vizes oldata a hőmérséklet növelésével egy bizonyos, szűk hőmérséklet tartományban (felhősödési hőmérséklet) befelhősödik (opalizál, ill. zavaros lesz). A jelenség teljesen reverzibilis és jellemző a tenzid felépítésére, szerkezetére. A kereskedelmi termékeken a HLB-szám mellett a másik jellemző paraméter a felhősödési hőmérséklet. Ok: a nemionos tenzidek oldhatósága csökken a hőmérséklet növelésével (a polietilén-oxid láncok hidratálhatósága csökken). Nagymicellák keletkeznek, amelyek jelentősen szórják a fényt. Szolubilizáció (micellában való oldás) Vízben nem vagy alig oldódó anyagok (pl. szalicilsav) micellákat tartalmazó rendszerekben oldatba vihetők. A micella apoláris belseje apoláris oldószerként viselkedik, “bekebelezi” a vízben oldhatatlan anyagokat. Jelentősége: mosás, gyógyszerformálás

13 Hengeres és lemezes micellák (folyadék kristályok)
A micellák típusai Kis- és nagymicellák A kismicellák (gömb alakúak) a cmc környezetében keletkeznek, míg a nagymicellák jóval nagyobb tenzid koncentrációknál. Nagymicellák Hengeres és lemezes micellák (folyadék kristályok) Egyéb molekuláris asszociátumok: vezikulák, liposzómák, biológiai membránok

14 Egyéb molekuláris asszociátumok: vezikulák, liposzómák, biológiai membránok
víz víz Egy- és többlamellás vezikula, ill. liposzóma Lipid molekulákból Mint gyógyszer-hordozók jelentősek. Víz- és olaj-oldható anyagokat is hordozhatnak. Fokozatos hatóanyag leadás is biztosítható.

15 A sejtmembrán modellje

16 Nemvizes közegű asszociátumok
Víznyomok jelenléte a nemvizes közegben elősegíti a reverz micella keletkezését. H2O

17 Nanorészecskék előállítása redukcióval
Mikroemulzióban, fordított micellában (nanoreaktorok) Nemvizes közegben pl. oktán, víz, butanol, CTAB, FeCl3, NaBH4 Fe nanorészecskék VÍZ