المذيلات والتجمع الذاتي
تتجمع جزيئات المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الرؤوس المحبة للماء والذيول الكارهة للماء تلقائيًا لتشكل مذيلات، وطبقات ثنائية، وهياكل أخرى فوق تركيز حرج، وهو النموذج الأولي للتجمع الذاتي الجزيئي.
Definition
المذيلات هي تجمعات من جزيئات المواد الخافضة للتوتر السطحي تتشكل تلقائيًا في المحلول فوق تركيز حرج، والتجمع الذاتي هو التنظيم التلقائي للجزيئات الأمفيباثية في هياكل منظمة مدفوعة بالتأثير الكاره للماء.
Scope
يغطي هذا الموضوع التجمع الذاتي للجزيئات الأمفيباثية: بنية المواد الخافضة للتوتر السطحي، والتأثير الكاره للماء الذي يدفع التجمع، والتركيز المذيلي الحرج الذي تتشكل فوقه المذيلات. كما يطور ديناميكا حرارية التمذيل، وقواعد معامل التعبئة التي تحدد ما إذا كانت تتشكل كرات، أو أسطوانات، أو طبقات ثنائية، أو حويصلات، والهياكل الناتجة بما في ذلك الأغشية، والجسيمات الشحمية، والبلورات السائلة. يتم تناول الاستقرار العام للغرويات وبنية الواجهات المشحونة في مواضيع شقيقة.
Core questions
- لماذا يدفع التأثير الكاره للماء المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى التجمع؟
- ما هو التركيز المذيلي الحرج، وماذا يحدث فوقه؟
- كيف يتنبأ معامل التعبئة بشكل الهيكل المتجمع؟
- كيف تنشأ الطبقات الثنائية، والحويصلات، والأغشية من نفس المبادئ؟
Key concepts
- المواد الأمفيباثية والخافضة للتوتر السطحي
- التأثير الكاره للماء
- التركيز المذيلي الحرج
- معامل التعبئة وشكل التجمع
- الطبقات الثنائية، والحويصلات، والأغشية
Key theories
- التأثير الكاره للماء والتمذيل
- يقلل تجمع ذيول المواد الخافضة للتوتر السطحي من التلامس غير المواتي بين الماء والهيدروكربون، لذا فوق تركيز حرج تتشكل المذيلات تلقائيًا مع اكتساب طاقة حرة مدفوعة بالإنتروبيا، وهو التأثير الكاره للماء.
- معامل التعبئة والبنية
- تتحدد هندسة التجمع المتكون، سواء كان مذيلًا كرويًا، أو أسطوانة، أو طبقة ثنائية، أو حويصلة، بنسبة حجم ذيل المادة الخافضة للتوتر السطحي إلى مساحة رأسه وطوله، مما يسمح بالتنبؤ بالشكل المورفولوجي المتجمع ذاتيًا.
Clinical relevance
يُعد التجمع الذاتي للمواد الخافضة للتوتر السطحي أساسًا لعملية التنظيف للمنظفات وإذابة الزيوت، وصياغة المستحلبات، ومستحضرات التجميل، ومركبات توصيل الأدوية مثل الجسيمات الشحمية، وتشكيل المواد النانوية المهيكلة، وبنية أغشية الخلايا البيولوجية.
History
اقترح ماكباين وجود المذيلات في محاليل المواد الخافضة للتوتر السطحي عام 1913، وهي فكرة كانت مثيرة للجدل آنذاك؛ وقد أعطى تحليل تانفورد للتأثير الكاره للماء في السبعينيات وإطار معامل التعبئة لإسرائيلاتشفيلي التجمع الذاتي أساسًا ديناميكيًا حراريًا وهندسيًا تنبؤيًا.
Key figures
- James William McBain
- Jacob Israelachvili
- Charles Tanford
Related topics
Seminal works
- israelachvili2011
- adamson1997
Frequently asked questions
- ما هو التركيز المذيلي الحرج؟
- هو تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي الذي تتجمع فوقه الجزيئات المضافة لتشكل مذيلات بدلاً من البقاء كجزيئات أحادية حرة؛ تحته يتصرف المحلول كمحلول بسيط، وفوقه تتغير العديد من الخصائص الفيزيائية بشكل حاد مع ظهور المذيلات.
- لماذا تتجمع ذيول المواد الخافضة للتوتر السطحي معًا في الماء؟
- تشكل جزيئات الماء قفصًا منظمًا غير مواتٍ حول ذيول الهيدروكربون المكشوفة؛ يؤدي تجميع الذيول بعيدًا عن الماء إلى تحرير هذا الترتيب وزيادة الإنتروبيا، لذا يدفع التأثير الكاره للماء التجمع الذاتي حتى بدون جذب مباشر بين الذيول.