Micelle: istraktura, scheme, paglalarawan at chemical formula

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 05:44

Ang

Colloid system ay lubhang mahalaga sa buhay ng sinumang tao. Ito ay dahil hindi lamang sa katotohanan na halos lahat ng biological fluid sa isang buhay na organismo ay bumubuo ng mga colloid. Ngunit maraming natural phenomena (fog, smog), lupa, mineral, pagkain, mga gamot ay mga colloidal system din.

Ang yunit ng naturang mga pormasyon, na sumasalamin sa kanilang komposisyon at mga partikular na katangian, ay itinuturing na isang macromolecule, o micelle. Ang istraktura ng huli ay nakasalalay sa isang bilang ng mga kadahilanan, ngunit ito ay palaging isang multilayer na particle. Itinuturing ng modernong molecular kinetic theory ang mga colloidal solution bilang isang espesyal na kaso ng mga totoong solusyon, na may mas malalaking particle ng solute.

Mga paraan para sa pagkuha ng mga colloidal solution

Ang istraktura ng isang micelle na nabuo kapag lumitaw ang isang colloidal system, bahagyang nakasalalay sa mekanismo ng prosesong ito. Ang mga paraan para sa pagkuha ng mga colloid ay nahahati sa dalawang pangunahing magkaibang grupo.

Ang mga paraan ng pagpapakalat ay nauugnay sa paggiling ng medyo malalaking particle. Depende sa mekanismo ng prosesong ito, ang mga sumusunod na pamamaraan ay nakikilala.

Pagpino. Maaaring gawin tuyo obasang paraan. Sa unang kaso, ang solid ay unang durog, at pagkatapos lamang ang likido ay idinagdag. Sa pangalawang kaso, ang sangkap ay halo-halong may isang likido, at pagkatapos lamang na ito ay naging isang homogenous na halo. Isinasagawa ang paggiling sa mga espesyal na gilingan.
Pamamaga. Nakakamit ang paggiling dahil sa katotohanan na ang mga solvent na particle ay tumagos sa dispersed phase, na sinamahan ng paglawak ng mga particle nito hanggang sa paghihiwalay.
Dispersion sa pamamagitan ng ultrasound. Ang materyal na dudurugin ay inilalagay sa isang likido at sonicated.
Electric shock dispersion. Demanded sa produksyon ng mga metal sols. Isinasagawa ito sa pamamagitan ng paglalagay ng mga electrodes na gawa sa isang dispersible na metal sa isang likido, na sinusundan ng paglalagay ng mataas na boltahe sa kanila. Bilang resulta, nabubuo ang isang voltaic arc kung saan ang metal ay na-spray at pagkatapos ay nag-condense sa isang solusyon.

Ang mga paraang ito ay angkop para sa parehong lyophilic at lyophobic colloidal particle. Ang istraktura ng micelle ay isinasagawa nang sabay-sabay sa pagkasira ng orihinal na istraktura ng solid.

Mga paraan ng condensation

Ang pangalawang pangkat ng mga pamamaraan batay sa pagpapalaki ng particle ay tinatawag na condensation. Ang prosesong ito ay maaaring batay sa pisikal o kemikal na mga phenomena. Kasama sa mga pisikal na paraan ng condensation ang mga sumusunod.

Pagpalit ng solvent. Bumaba ito sa paglipat ng isang sangkap mula sa isang solvent, kung saan ito ay natutunaw nang mahusay, papunta sa isa pa, kung saan ang solubility ay mas mababa. Bilang resulta, maliliit na particleay magsasama-sama sa mas malalaking pinagsama-sama at lalabas ang isang colloidal solution.
Pagkondensasyon ng singaw. Ang isang halimbawa ay ang mga fog, na ang mga particle ay maaaring tumira sa malamig na mga ibabaw at unti-unting lumalaki.

Ang mga paraan ng kemikal na condensation ay kinabibilangan ng ilang reaksiyong kemikal na sinamahan ng pag-ulan ng isang kumplikadong istraktura:

Ion exchange: NaCl + AgNO₃=AgCl↓ + NaNO₃.
Mga proseso ng redox: 2H₂S + O₂=2S↓ + 2H_2O.
Hydrolysis: Al₂S₃ + 6H₂O=2Al(OH) ₃↓ + 3H₂S.

Mga kundisyon para sa kemikal na condensation

Ang istruktura ng mga micelle na nabuo sa panahon ng mga kemikal na reaksyong ito ay nakasalalay sa labis o kakulangan ng mga sangkap na kasangkot sa mga ito. Gayundin, para sa paglitaw ng mga colloidal na solusyon, kinakailangan na obserbahan ang ilang mga kundisyon na pumipigil sa pag-ulan ng isang matipid na natutunaw na tambalan:

nilalaman ng mga sangkap sa halo-halong solusyon ay dapat na mababa;
dapat mababa ang bilis ng paghahalo nila;
isa sa mga solusyon ang dapat gamitin nang labis.

Micelle structure

Ang pangunahing bahagi ng isang micelle ay ang core. Ito ay nabuo sa pamamagitan ng isang malaking bilang ng mga atomo, ion at molekula ng isang hindi matutunaw na tambalan. Karaniwan ang core ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mala-kristal na istraktura. Ang ibabaw ng nucleus ay may reserba ng libreng enerhiya, na ginagawang posible na piliing mag-adsorb ng mga ion mula sa kapaligiran. Itong prosesosumusunod sa tuntunin ng Peskov, na nagsasabing: sa ibabaw ng isang solid, ang mga ion na iyon ay higit na naka-adsorbed na may kakayahang kumpletuhin ang sarili nitong kristal na sala-sala. Posible ito kung ang mga ion na ito ay magkaugnay o magkatulad sa kalikasan at hugis (laki).

Sa panahon ng adsorption, isang layer ng positibo o negatibong charged na mga ion, na tinatawag na potential-determining ions, ay nabuo sa micelle core. Dahil sa mga puwersang electrostatic, ang nagresultang sisingilin na pinagsama-samang ay umaakit ng mga counterion (mga ion na may kabaligtaran na singil) mula sa solusyon. Kaya, ang isang colloidal particle ay may multilayer na istraktura. Ang micelle ay nakakakuha ng isang dielectric na layer na binuo mula sa dalawang uri ng magkasalungat na singil na mga ion.

Hydrosol BaSO4

Bilang halimbawa, madaling isaalang-alang ang istraktura ng barium sulfate micelle sa isang colloidal solution na inihanda sa labis na barium chloride. Ang prosesong ito ay tumutugma sa equation ng reaksyon:

BaCl_2(p) + Na₂SO_4(p)=BaSO ₄₍_t₎ + 2NaCl_(p).

Medyo natutunaw sa tubig, ang barium sulfate ay bumubuo ng microcrystalline aggregate na binuo mula sa ika-m na bilang ng mga BaSO molecule₄. Ang ibabaw ng pinagsama-samang ito ay sumisipsip sa n-th na halaga ng Ba²⁺ ions. Ang 2(n - x) Cl^- ions ay konektado sa layer ng mga potensyal na pagtukoy ng mga ion. At ang natitirang mga counterion (2x) ay matatagpuan sa diffuse layer. Ibig sabihin, positibong sisingilin ang granule ng micelle na ito.

Kung ang sodium sulfate ay iniinom nang labis, kung gayonang mga potensyal na pagtukoy ng mga ion ay magiging SO₄^2- ions, at ang mga counterion ay magiging Na⁺. Sa kasong ito, magiging negatibo ang singil ng granule.

Malinaw na ipinapakita ng halimbawang ito na ang tanda ng pagsingil ng isang micelle granule ay direktang nakasalalay sa mga kondisyon para sa paghahanda nito.

Pagre-record ng micelles

Ang nakaraang halimbawa ay nagpakita na ang kemikal na istraktura ng micelles at ang pormula na sumasalamin dito ay tinutukoy ng sangkap na kinuha nang labis. Isaalang-alang natin ang mga paraan ng pagsulat ng mga pangalan ng mga indibidwal na bahagi ng isang colloidal particle gamit ang halimbawa ng copper sulfide hydrosol. Para ihanda ito, dahan-dahang ibinubuhos ang sodium sulfide solution sa sobrang dami ng copper chloride solution:

CuCl₂ + Na₂S=CuS↓ + 2NaCl.

Ang istruktura ng isang CuS micelle na nakuhang lampas sa CuCl₂ ay nakasulat tulad ng sumusunod:

{[mCuS]·nCu²⁺·xCl^-}^{+(2n-x)·(2n-x)Cl}-.

Mga istrukturang bahagi ng isang colloidal particle

Sa mga square bracket isulat ang formula ng isang matipid na natutunaw na tambalan, na siyang batayan ng buong particle. Ito ay karaniwang tinatawag na pinagsama-samang. Karaniwan, ang bilang ng mga molekula na bumubuo sa pinagsama-samang ito ay nakasulat sa Latin na letrang m.

Potential-determining ions ay naglalaman ng labis sa solusyon. Matatagpuan ang mga ito sa ibabaw ng pinagsama-samang, at sa formula ay nakasulat kaagad pagkatapos ng mga square bracket. Ang bilang ng mga ion na ito ay tinutukoy ng simbolo n. Ang pangalan ng mga ion na ito ay nagpapahiwatig na ang kanilang singil ay tumutukoy sa singil ng micelle granule.

Ang isang butil ay nabuo sa pamamagitan ng isang core at isang bahagimga counterion sa layer ng adsorption. Ang halaga ng granule charge ay katumbas ng kabuuan ng mga singil ng potensyal na pagtukoy at adsorbed na mga counterion: +(2n – x). Ang natitirang bahagi ng mga counterion ay nasa diffuse layer at binabayaran ang singil ng granule.

Kung ang Na₂S ay kinuha nang labis, kung gayon para sa nabuong colloidal micelle ang structure scheme ay magiging ganito:

{[m(CuS)]∙nS^2–∙xNa⁺}^{–(2n – x)} ∙(2n – x)Na⁺.

Micelles ng surfactants

Kung ang konsentrasyon ng mga surface-active substance (surfactant) sa tubig ay masyadong mataas, ang mga aggregate ng kanilang mga molekula (o mga ion) ay maaaring magsimulang mabuo. Ang mga pinalaki na particle na ito ay may hugis ng isang globo at tinatawag na Gartley-Rebinder micelles. Dapat pansinin na hindi lahat ng mga surfactant ay may ganitong kakayahan, ngunit ang mga kung saan ang ratio ng hydrophobic at hydrophilic na mga bahagi ay pinakamainam. Ang ratio na ito ay tinatawag na balanseng hydrophilic-lipophilic. Malaki rin ang papel ng kakayahan ng kanilang mga polar group na protektahan ang hydrocarbon core mula sa tubig.

Ang mga pinagsama-samang molekula ng surfactant ay nabuo ayon sa ilang partikular na batas:

hindi tulad ng mga low-molecular substance, na ang mga pinagsama-samang mga ito ay maaaring magsama ng ibang bilang ng mga molekula m, ang pagkakaroon ng surfactant micelles ay posible sa isang mahigpit na tinukoy na bilang ng mga molekula;
kung para sa mga inorganic na substance ang simula ng micellization ay tinutukoy ng solubility limit, pagkatapos ay para sa mga organic surfactant ito ay tinutukoy sa pamamagitan ng pagkamit ng mga kritikal na konsentrasyon ng micellization;
una, tataas ang bilang ng mga micelle sa solusyon, at pagkatapos ay tataas ang laki ng mga ito.

Epekto ng konsentrasyon sa hugis ng micelle

Ang istraktura ng surfactant micelles ay apektado ng kanilang konsentrasyon sa solusyon. Sa pag-abot sa ilan sa mga halaga nito, ang mga koloidal na particle ay nagsisimulang makipag-ugnayan sa isa't isa. Nagdudulot ito ng pagbabago sa kanilang hugis gaya ng sumusunod:

Ang

sphere ay nagiging ellipsoid at pagkatapos ay nagiging cylinder;

mataas na konsentrasyon ng mga cylinder ay humahantong sa pagbuo ng isang hexagonal phase;

sa ilang mga kaso, lumilitaw ang isang lamellar phase at isang solidong kristal (mga particle ng sabon).

Mga uri ng micelles

Tatlong uri ng mga colloidal system ay nakikilala ayon sa mga kakaibang katangian ng organisasyon ng panloob na istraktura: suspensoids, micellar colloids, molecular colloids.

Ang mga suspensoid ay maaaring mga hindi maibabalik na colloid, gayundin ang mga lyophobic colloid. Ang istraktura na ito ay tipikal para sa mga solusyon ng mga metal, pati na rin ang kanilang mga compound (iba't ibang mga oxide at asin). Ang istraktura ng dispersed phase na nabuo ng mga suspensoid ay hindi naiiba sa istraktura ng isang compact substance. Mayroon itong molecular o ionic crystal lattice. Ang pagkakaiba sa mga pagsususpinde ay isang mas mataas na pagpapakalat. Ang irreversibility ay ipinapakita sa kakayahan ng kanilang mga solusyon pagkatapos ng pagsingaw upang bumuo ng isang tuyo na namuo, na hindi maaaring ma-convert sa isang sol sa pamamagitan ng simpleng paglusaw. Tinatawag silang lyophobic dahil sa mahinang interaksyon sa pagitan ng dispersed phase at dispersion medium.

Ang

Micellar colloids ay mga solusyon na ang mga colloidal particle ay nabuokapag nagdidikit ng mga diphilic molecule na naglalaman ng mga polar group ng mga atom at non-polar radical. Ang mga halimbawa ay mga sabon at surfactant. Ang mga molekula sa gayong mga micelle ay hawak ng mga puwersa ng pagpapakalat. Ang hugis ng mga colloid na ito ay maaaring hindi lamang spherical, kundi pati na rin lamellar.

Molecular colloids ay medyo stable nang walang stabilizer. Ang kanilang mga yunit ng istruktura ay mga indibidwal na macromolecules. Ang hugis ng isang colloid particle ay maaaring mag-iba depende sa mga katangian ng molekula at intramolecular na pakikipag-ugnayan. Kaya ang isang linear na molekula ay maaaring bumuo ng isang baras o isang likid.