kolloidika jegyzet

2008. 03. 12 10. elıadás 1

Kolloidika kémia szakosok számára

Dr. Berka Márta

2008

2008. 03. 12 10. elıadás 2

Asszociációs kolloidok

• Felületaktív anyag

(szappan, mosószer, tenzid)

Gömbi micella

McBain

Amfifil molekulákThe hydrophobic part is most often a

chain of carbon-hydrogen. If the hydrophilic part is

large enough, the surfactant

becomes water-soluble, and if the hydrophobic

part dominates, the molecules tend

to gather at surfaces between water/air

2008. 03. 12 10. elıadás 3

Definíció

•Olyan részecskék, amelyek amfifil molekulák

asszociációjával alakulnak ki termodinamikailag

stabilis állapotban.

http://physchem.ox.ac.uk/~rkt/lectures/amphi.html

2008. 03. 12 10. elıadás 4

2

04 /c moleculesl a Nπ =

Microstructures of liquid crystals

Tail inside, tail outside

In the hexagonal and inverse

hexagonal phases of liquid crystals

the molecules are

shaped like discs instead of long

rods

Hexagonal/ columnar

Model of cubic and inverse cubic phase

sponge phase

The surfactants in the bicontinous phases; the cubic

phase, the inverse cubic phase and the spongephase,

form a two- or three-dimensional network in the pores

which water or oil can be transported rapidly.

2008. 03. 12 10. elıadás 6

Microstructures associated with a shematic oil-water-surfactant

phase diagram

2008. 03. 12 10. elıadás 7

A felületaktív anyagok felosztása

• Anionos (Negative charge)

– zsírsavak, alkíl szulfonsavak, alkil (aril) foszfátok

• Kationos (Positive charge)

– alkíl ammónium sók, aminok

• Amfoter (ikerionos) (Charge depends on pH)

– proteinek, biomolekulák, betain-tipusú

• Nemionos (No charge)

– éterek, zsírsavészterek, savamidok

• Ikertenzidek (twin)

2008. 03. 12 10. elıadás 8

Nonionic

POLYOXYETHYLENESORBITAN

MONOLAURATE: TWEEN 20

2008. 03. 12 10. elıadás 9

2008. 03. 12 10. elıadás 10

2008. 03. 12 10. elıadás 11

Semlegesek (nem-ionosok)

The structure of the

glucoside molecule

The head

The tail,C12 to C14

Glucopon is a low-foaming surfactant is an aqueous dispersion of both a-D-glucoside and

b-D- glucosides that are based upon a mixture of natural fatty alcohols with linear

backbones of C12 to C14. Pure Glucopon is a thick white liquid with quite a high

viscosity. This mixture exhibits good wetting and cleaning properties and is

therefore usually used as a dishwashing- and laundry detergent

2008. 03. 12 10. elıadás 12

2008. 03. 12 10. elıadás 13

2008. 03. 12 10. elıadás 14

A szennyezıdés

2008. 03. 12 10. elıadás 15

2008. 03. 12 10. elıadás 16

Termodinamika

• Kölcsönhatások:– víz-víz : ∆G1

– amfifil - víz: ∆G2 (hidrofil-hidrofil, hidrofil-hidrofób)

– olaj-olaj (micellán belül, hidrofób-hidrofób) : ∆G3

– ∆Gmicelles= ∆G1 + ∆G3 + ∆G2

• Entrópia hatás: – a vízmolekulák kisebb száma rendezett, mert kisebb

a micellák felülete

A liofil resz mozgekonysaga nagyobb

Miért képzıdik a micella?

x

2008. 03. 12 10. elıadás 17

A CMC és a szénlánc I.

Nagyobb asszociációs hajlam kisebb CMC

Nagyobb szolvatáció nagyobb CMC

Number of carbons 12 14 16 18

CMC mol m-3

8.6 2.2 0.58 0.23

Number of monomers 33 46 60 78

CMC meghatározása, logk ~log c;

lambda~c ^1/3

1, Aggregáció csökkenı viszkózus ellenállás, 2, effektív töltés,

3, diffúz ionatmoszféra csökkenti a mozgékonyságot

2

04 /c monomerl a Nπ =

2008. 03. 12 10. elıadás 18

Micelle

2008. 03. 12 10. elıadás 19

Micelle

Na+

2008. 03. 12 10. elıadás 20

Sóhatás (SDS).

0.71.53.15.68.1CMC

mol m-3

0.30.10.030.010C(NaCl)/mol

dm-3

Magyarázat: a fejcsoportok közötti taszítást az

ellenion kompenzálja

A micella képzıdést gátolja: melegítés, ionosnál a töltés, sóhatás

Minden szennyezés, elektrolit, amely a disszociációt csökkenti,

csökkenti a tenzid oldhatóságát, CMC csökken

2008. 03. 12 10. elıadás 21

Mosóhatás

• Mosás: a hidrofób

szennyezıdés leválasztása

szilárd felületrıl.

• Szappanok, habzás

• Mosóhatás (technikailag) :

– nedvesítés (hidrofil,

hidrofób)

– kioldás

– szolubilizáció

2008. 03. 12 10. elıadás 22

2008. 03. 12 10. elıadás 23

HLB (hydrophilic -lipophilic balance) values

The amphiphilic nature of many emulsifying agents (particularly non/ionic

surfactant) can be expressed in terms of an empirical scale of so-called HLB

Applications Dispersibility in water

3-6 W/O emulsions Nil

7-9 wetting agents 3-6 poor

8-15 O/W emulsions 6-8 unstable milky dispersions

13-15 detergent 8-10 stable milky dispersions

15-18 solubiliser 10-13 Translucent dispersion/solution

13- clear solution

Solubility in octanol and water,

logKow

HLB values are additive: HLB values are additive: the HLB number

of the mixture is the weighted average of

the individual HLB numbers.

2008. 03. 12 10. elıadás 24

HLB Scale1 20

Nemionos tenzidekre dolgozták ki, példák:

Griffin WC: "Classification of Surface-Active Agents by 'HLB,'" Journal of the Society of Cosmetic Chemists 1 (1949): 311

Davies JT: "A quantitative kinetic theory of emulsion type, I. Physical chemistry of the emulsifying agent," Gas/Liquid and Liquid/Liquid Interface. Proceedings of the International Congress of

Surface Activity (1957): 426-438

Griffin: HLB = 20 * Mh / M Mh, M a hidrofil rész illetve az egész

molekula tömege (Mh+Ml)

Davies: HLB = 7 + m * Hh + n * Hl m, Hh a hidrofil csoportok száma illetve a

hidrofilitás értéke, n, Hl a liofil csoportok

száma illetve a liofilitás értéke (empirikus

táblázatok)

15.00.75745186559LAURYL /DODECYL

15.00.75969243726CETYL

15.00.751073268805OLEYL

15.00.751081270811STEARYL

HLBfractionTotal mol. wt.

Lipophilic

mol.Wt.

Hydrophilic mol.

WtFatty alcohol

2008. 03. 12 10. elıadás 25Nemionos tenzidek zavarosodási pont

2008. 03. 12 10. elıadás 26

50 % Span 60 (HLB = 4.7) és 50 % Tween 60 (HLB = 14.9)?

4.7 x 0.5 + 14.9 x 0.5 = 9.8

In what proportion should Span 80 (HLB = 4.3) and Tween 80 (HLB = 15.0) be

mixed to obtain “required” HLB of 12.0? (4.3*(1-x) + 15*x = 12; 28% & 72%)

HLB values are HLB values are additiveadditive: : the HLB number of

the mixture is the weighted average of the

individual HLB numbers.

2008. 03. 12 10. elıadás 27

16%

16% fraction required HLB

8/16 0.5 10.50 5.25

2/16 0.125 5.00 0.625

2/16 0.125 11.50 1.4375

4/16 0.25 15.50 3.875

total HLB 11.2

2008. 03. 12 10. elıadás 28

Modern mosószerek

• Tenzid:– ionos, nemionos keveréke, enzimek (bontó hatás)

• Adalékok:– a mosóhatást segítı (polifoszfátok, lágyítók, korróziógátlók)

• fényesítık, fehérítık, bleachers– nátrium per-borate (nascens oxigén)

– fluoreszcensz anyagok

Szolubilizáció (Hardy Harkins elv)

2008. 03. 12 10. elıadás 29

Tenzidek a gyógykezelésben

• Közvetlen alkalmazás, az emberi tüdıben

csökkenteni kell a felületi feszültséget

• A tüdıben: dipalmitil-foszfatidil-kolin

• dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC):

• Respiratory Distress Syndrome (Beractant

(Survanta, Abbott Pharmaceuticals) 4 ml/kg )

2008. 03. 12 10. elıadás 30

Illusztráció

Alveoli: léghólyagocska belsı felületén lévı filmben lévı

sajátos proteinek, foszfolipidek és felületaktív anyagok

vannak.