Micelas
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 21 de agosto de 2020; las comprobaciones requieren 12 ediciones .Las micelas (diminutivo del latín mica "partícula, grano") son agregados de sustancias tensioactivas (surfactantes) en una solución coloidal (sol) , que consisten en un gran número de moléculas anfifílicas . Un ejemplo son las micelas de sulfato de dodecilo en agua. Una solución de tensioactivo en la que las micelas están en equilibrio con moléculas individuales no asociadas ( monómeros ) se denomina solución micelar.
La transición a la micelización ocurre en un rango estrecho de concentraciones y puede interpretarse como una transición de fase de segundo orden . La causa de la micelización en soluciones acuosas es el efecto hidrofóbico , y en medios de moléculas no polares , la atracción mutua de grupos polares de moléculas de surfactante. Por debajo de cierta temperatura ( punto de Kraft ), no se produce la formación de micelas, y con un aumento de la concentración de tensioactivos, se observa la cristalización . Cuando la concentración de surfactante se acerca a la concentración crítica de micelas , se produce un cambio brusco en las propiedades de la solución: conductividad eléctrica , tensión superficial , coeficiente de dispersión de luz , etc.
Los sistemas micelares son de gran interés tanto desde el punto de vista de diversas aplicaciones tecnológicas fisicoquímicas (ver, por ejemplo, catálisis micelar ) como de la singularidad del mecanismo de micelización en sí. En particular, este interés está asociado con el polimorfismo de micelas , es decir , la capacidad de las moléculas de surfactante para formar agregados de varias formas: esféricos, cilíndricos y filamentosos. Una de las propiedades importantes que se deriva directamente de la estructura de las moléculas de surfactante es la solubilización . La aplicación de la propiedad de solubilización es la polimerización en emulsión , la producción de alimentos, las preparaciones farmacéuticas [1] .
Historia
La capacidad de las moléculas de surfactante para formar micelas en solución se conoce desde hace más de cien años y se usa ampliamente en el mundo moderno. El primer trabajo sobre este tema fue realizado por el químico canadiense James William McBain a principios del siglo XX. Ya en 1913 postuló la existencia de micelas para explicar la buena conductividad electrolítica de las soluciones de ácido palmítico . Sin embargo, las bases para una descripción teórica de la cinética de formación de micelas se establecieron mucho más tarde, en la década de 1970, en los trabajos de Aniansson [2] . En los últimos diecisiete años[ ¿cuándo? ] la teoría cinética de la micelización se amplió, profundizó y presentó significativamente en términos de la teoría de los procesos de agregación basada en las ecuaciones cinéticas en diferencia y continuas de Becker-Döring y las ecuaciones cinéticas generalizadas de Smoluchowski .
Aplicación
El uso del fenómeno de la micelización está directamente relacionado con el uso de tensioactivos en la vida cotidiana, la cosmetología (agua micelar), la ciencia y la industria. En química analítica, las micelas se utilizan como fase pseudoestacionaria cuando se realiza la cromatografía electrocinética micelar (MEKC) .
Estructura de las micelas
En cada molécula, un radical hidrofóbico largo está unido a un grupo polar ( hidrofílico ). Cuando se forma una micela, las moléculas se combinan de modo que los radicales hidrofóbicos forman el núcleo (región interna) y los grupos hidrofílicos forman la capa superficial de la micela. La concentración mínima de tensioactivos en solución, a la que se forman micelas estables en el sistema, que están en equilibrio con moléculas de tensioactivo no asociadas, se denomina concentración micelar crítica . Si el medio de dispersión es un líquido orgánico, la orientación de las moléculas en una micela se puede invertir: el núcleo contiene grupos polares y los radicales hidrofóbicos se convierten en la fase externa ( micela inversa ) [3] . Las micelas son partículas en sistemas coloidales , que consisten en un núcleo muy pequeño insoluble en un medio dado, rodeado por una capa estabilizadora de iones adsorbidos y moléculas de solvente . Por ejemplo, una micela de sulfuro de arsénico tiene la estructura:
{(As 2 S 3 ) m •nHS − •(nx)H + } x- •хН +
El tamaño medio de las micelas es de 10 −7 a 10 −5 cm.
Polimorfismo micelar
Las micelas pueden existir en estados con diferentes estructuras de equilibrio y en diferentes formas externas que son estables a diferentes concentraciones de surfactante en una solución micelar [4] .
A concentraciones de tensioactivo inferiores a la primera concentración crítica (CMC1), se forma una monocapa de moléculas de tensioactivo en la interfaz entre los medios polares y no polares: la " empalizada de Langmuir ". A concentraciones de surfactante cercanas a CMC1, comienzan a formarse micelas esféricas en la solución. Además, con el aumento de la concentración de surfactante, la estructura de las micelas se vuelve más complicada: las micelas esféricas se vuelven globulares (esferas achatadas de los polos) y luego, cuando se alcanza la segunda concentración crítica (CMC2), en micelas cilíndricas. Con un mayor aumento en la concentración, gradualmente comienzan a formarse estructuras micelares más complejas, cuyos elementos también son micelas, supermicelas . Y finalmente, con un mayor aumento en el tensioactivo en la solución, no solo cambia la forma y aumenta el tamaño de las micelas, sino que también se combinan activamente en un gran grupo. Este fenómeno se llama gelificación .
Cinética de la micelización
La evolución de la concentración de micelas se describe en términos de la teoría de procesos de agregación basada en las ecuaciones de Becker-Döring .
Ejemplos
- microemulsión de tres componentes , creada en la década de 1980. en la Universidad de Nancy I como transportador experimental de oxígeno , contenía micelas en forma de elipsoide con dimensiones de 100 × 300 Å y una composición de de 2000 moléculas PPD rodeadas por 1200 moléculas de surfactante ; en este caso, había hasta 20 moléculas de agua adheridas por molécula de tensioactivo. [5]
Véase también
Notas
- ↑ Suzdalev IP Nanotecnología: química física de nanoclusters, nanoestructuras y nanomateriales. - M .: KomKniga, 2006. - 592 p.
- ↑ EAG Aniansson y SNWall. Cinética de la asociación de micelas paso a paso. Revista de Química Física, 78(10):1024-1030, 1974.
- ↑ Micela . Consultado el 23 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 17 de noviembre de 2011.
- ↑ Slesarev V.I. Fundamentos de la química de los vivos. - San Petersburgo: Himizdat, 2005. S. 730-733.
- ↑ Stebe, M.-J. Los fluorocarbonos como transportadores de oxígeno. Un estudio de RMN de microemulsiones fluoradas no iónicas y de sus soluciones de oxígeno: [ ing. ] / M.-J. Stebe, G. Serratrice, J.-J. Delpuech // Revista de Química Física . - 1985. - vol. 89, núm. 13.- Pág. 2837-2843. -doi : 10.1021/ j100259a026 .
Literatura
- Zakharchenko V. N. Química coloidal: Proc. para biólogo médico. especialista. universidades - 2ª ed., revisada. y adicional - M.: Superior. escuela, 1989. - 238 p.: il.
- Evans D. F. , Wennerström H. El dominio coloidal (inglés) : Donde se encuentran la física, la química, la biología y la tecnología - 2.ª edición - Nueva York : Wiley , 1999. - 672 p. — ISBN 978-0-471-24247-5
- McBain, JW, trad. Faraday Soc. 1913, 9, 99
- Schryver S. B. Discusión // Trans . Faraday Soc. - 1913. - vol. 9.- Pág. 93-107. — ISSN 0014-7672 ; 2050-5647 - doi:10.1039/TF9130900093
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