Download - 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.