Параметр упаковки молекул пав

Помимо чисел ГЛБ и величин ККМ, есть еще одна величина, характеризующая состояние ПАВ в жидкой фазе. Данная величина называется параметром упаковкии в большинстве литературных источников обозначаетсяN_s. Параметр упаковки является безразмерной величиной отношения объема гидрофобной части ПАВ (v) к длине гидрофобной части ПАВ (l) и площади концевой полярной группы (s_o).Таким образом:

(при расчетах параметра упаковки молекул ПАВ, содержащих 2 и более гидрофобных радикала, необходимо учитывать, что объем занимает каждый из радикалов, в то время как их длину считают постоянно независимо от их количества)

Параметры объема и длины радикалов могут быть достаточно точно оценены по данным рентгенографических исследований различных гомологических рядов ПАВ. Анализ насыщенных углеводородных цепей дает оценку гидрофобного объема в нм³:

, где

l – отвечает полностью развернутой цепи в трансконформации, нм

Оценка величины s_o более затруднительна, поскольку этот параметр очень сильно зависит от ионной силы среды и величины адсорбции противоиона (в случае ионных ПАВ). Адсорбционная способность противоиона в значительной степени влияет на силы межмолекулярного отталкивания концевых головок, что сильно сказывается на величинеs_o.

Параметр упаковки используется для описания поведения ПАВ в жидкой фазе и дает возможность предположить, какого вида структуры может образовывать то или иное ПАВ в растворе в зависимости от его строения. Одним из первых данный параметр привел в своих работах Израелошвили. Так, каждому интервалу значений N_sсоответствуют определенные структуры, образованные различными ПАВ (см.рисунок 3).

Рисунок 3. Параметр упаковки и геометрия структур.

Так, при N_s<1/3 критической формой упаковки является конус. Самоассоциация таких конусов приводит к образованию сфероидальных мицеллярных структур. ПАВ, образующие такие структуры, состоят, как правило из одного углеводородного радикала и достаточно большой полярной головки (например, додецилсульфат натрия).

Когда 1/3<N_s<1/2 критическая форма упаковки представляет собой усеченный конус. Подобные конусы могут ассоциировать с образованием стержнеобразных структур, таких как цилиндрические мицеллы (например, цетилтриметиламмонийбромид).

Крайне усеченный конус возможен при 1/2<N_s<1 и тогда возможно образование подвижных бислоев, подобных полостям в липосомах. Такие структуры могут образовывать аэрозоль ОТ (АОТ) или лецитин.

Цилиндрические критические формы упаковок с условием N_s1 дают плоские бислойные ассоциаты. ПриN_s1 происходит образование перевернутого усеченного конуса и обратных сферических мицелл.

При оценке величины N_sнеобходимо учитывать и тот факт, что одно и тоже ПАВ в различных растворителях может формировать структуры различного типа. Так, как уже упоминалось, в воде АОТ формирует бислои, тогда как в гексане он образует обратные сферические мицеллы.

Тем не менее, существуют некоторые обобщения, связывающие величину параметра N_sсо строением молекулы ПАВ. В частности,одноцепныеПАВ склонны к формированию регулярных или прямых сферических мицелл. Обратные мицеллы образуются при относительно небольших площадях концевых групп (голов) и нескольких углеводородных радикалах в молекуле ПАВ. Ионные ПАВ, как правило формируют прямые сферические мицеллы, однако, при большой ионной силе способны и к образованию цилиндрических мицелл. ПАВ с двумя углеводородными радикалами и относительно большими головками склонны к образованию полостей или изогнутых бислоев. ПАВ с двумя углеводородными радикалами и небольшими головками формируют, как правило, плоские бислои.

В заключение можно отметить, что для прогнозирования геометрии структур параметр упаковки может быть использован как на границе раздела жидкость-газ, так и на границе жидкость-жидкость.

Рекомендуемая литература:

1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии: поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982, ( 3 изд. - 2004).

2. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, анализ и применение. /Перевод с английского под ред. Л.П. Зайченко. С-Пб.: Профессия, 2005, 240 с.

3. Агеев А.А., Волков В.А. Поверхностные явления и дисперсные системы в производстве текстильных материалов и химических волокон. МГТУ им. А.И Косыгина, М., 2004