Мицеллообразование

Как и адсорбция, явление мицеллообразования, связано с молекулярными взаимодействиями ее полярных молекул (частей молекул) и гидрофобными сцеплениями углеводородной цепи.

Выше ККМ системы вода – ПАВ представляют собой коллоидные системы.

Молекулы ПАВ являются основными составляющими моющих средств. В области малых концентраций выше ККМ мицеллы мыла достаточно симметричны, сохраняют сфероидальную форму и равномерно покрыты с поверхности гидратированными группами. Это означает, что мицеллы вполне стабилизированы. Их межфазное натяжение - удельная свободная поверхностная энергия на границе с окружающей дисперсионной средой - близко к 0. Они не могут поэтому взаимодействовать друг с другом, образуя анизометрические цепочки или пространственные сетки. При дальнейшем возрастании концентрации выше некоторого критического значения мицеллы, становясь все более и более асимметричными, вызывают появление ярко выраженной аномалии вязкости.

Строение мицелл в полярном (в воде) и неполярном (в углеводороде) растворителях приведено ниже.

 

в воде в углеводороде.

 

Одна из особенностей ПАВ в коллоидных дисперсиях (т.е. при концентрациях водного раствора выше ККМ) состоит в их способности обратимо сольюбилизировать (растворять) углеводороды или вообще гидрофобные вещества, практически нерастворимые в воде, в ядрах мицелл. Сольюбилизация характеризуется равновесным распределением гидрофобного вещества между двумя фазами: истинным водным раствором мылообразных ПАВ и внутренними частями (ядрами) мицелл коллоидной фазы. Явление сольюбилизации определяет моющие свойства мыл - способность удалять с поверхностей гидрофобные вещества, нерастворимые в чистой воде.

 

Белковые вещества, существенно отличаясь по своей химической природе от обычных мыл и являясь высокомолекулярными соединениями, имеют с мылами общее свойство - они обладают поверхностной активностью, а вследствие этого - и сольюбирующей способностью. Явление сольюбилизации (гидрофобного связывания) в белковых системах представляет большой интерес как с точки зрения строения белка, так и в отношении изучения биологически важных процессов переноса и обмена веществ в организме. Сольюбилизация углеводородов в растворах белков, как и в случае мицеллярных растворов мыл, связана с проникновением углеводородов в неполярные ядра белковых структур. Явление сольюбилизации является составной частью ферментативного катализа. Биологические катализаторы белковой природы (ферменты) имеют гидрофобные «карманы», которые обычно являются активными центрами ферментов, где происходят химические реакции. Благодаря явлению сольюбилизации субстраты этих реакций «затягиваются» в активные центры и упорядочиваются оптимальным для реакции образом.

В связи с исследованием сложных биологических мембран, их свойств и функций, особый интерес представляет поведение глобулярных белков на границе раздела фаз. Белки, являясь поверхностно-активными веществами, адсорбируются на поверхности раздела различных твердых и жидких фаз. При адсорбции они ориентируются неполярными группами в менее полярную фазу, а полярными группами - к воде. Формирование адсорбционного слоя высокомолкулярных соединений протекает во времени, в отличие от низкомолекулярных ПАВ, для которых образование равновесного слоя происходит практически мгновенно. Временная зависимость формирования адсорбционного слоя и возникновение прочного межфазного слоя из высокомолекулярных соединений обусловлена замедленной диффузией адсорбирующихся макромолекул и медленной ориентацией их на границе раздела фаз. Отличие адсорбции высокомолекулярных соединений от низкомолекулярных ПАВ заключается также в следующем: адсорбция низкомолекулярных ПАВ полностью обратима, а высокомолекулярных – необратима. Высокомолекулярные вещества после определенного промежутка времени образуют пленки на поверхности водного раствора. Вместе с тем, некоторые сегменты высокомолекулярных белков на поверхности могут оставаться подвижными.