Micelas y autoensamblaje
Las moléculas surfactantes con cabezas hidrofílicas y colas hidrofóbicas se autoensamblan espontáneamente en micelas, bicapas y otras estructuras por encima de una concentración crítica, el prototipo del autoensamblaje molecular.
Definition
Las micelas son agregados de moléculas surfactantes que se forman espontáneamente en solución por encima de una concentración crítica, y el autoensamblaje es la organización espontánea de moléculas anfifílicas en estructuras ordenadas impulsada por el efecto hidrofóbico.
Scope
Este tema cubre el autoensamblaje de moléculas anfifílicas: la estructura de los surfactantes, el efecto hidrofóbico que impulsa la agregación y la concentración micelar crítica por encima de la cual se forman las micelas. Desarrolla la termodinámica de la micelización, las reglas del parámetro de empaquetamiento que determinan si se forman esferas, cilindros, bicapas o vesículas, y las estructuras resultantes, incluyendo membranas, liposomas y cristales líquidos. La estabilidad general de los coloides y la estructura de las interfaces cargadas se tratan en temas relacionados.
Core questions
- ¿Por qué el efecto hidrofóbico impulsa la agregación de los surfactantes?
- ¿Qué es la concentración micelar crítica y qué ocurre por encima de ella?
- ¿Cómo predice el parámetro de empaquetamiento la forma de la estructura autoensamblada?
- ¿Cómo surgen las bicapas, vesículas y membranas de los mismos principios?
Key concepts
- Anfífilos y surfactantes
- Efecto hidrofóbico
- Concentración micelar crítica
- Parámetro de empaquetamiento y forma del agregado
- Bicapas, vesículas y membranas
Key theories
- Efecto hidrofóbico y micelización
- La agregación de las colas de los surfactantes reduce el contacto desfavorable entre el agua y el hidrocarburo, por lo que por encima de una concentración crítica las micelas se forman espontáneamente con una ganancia de energía libre impulsada por la entropía, el efecto hidrofóbico.
- Parámetro de empaquetamiento y estructura
- La geometría del agregado autoensamblado, ya sea micela esférica, cilindro, bicapa o vesícula, está determinada por la relación entre el volumen de la cola del surfactante y el área y la longitud de su cabeza, lo que permite predecir la morfología autoensamblada.
Clinical relevance
El autoensamblaje de surfactantes subyace a la acción limpiadora de los detergentes y la solubilización de aceites, la formulación de emulsiones, cosméticos y vehículos de administración de fármacos como los liposomas, la creación de plantillas para materiales nanoestructurados y la estructura de las membranas celulares biológicas.
History
McBain propuso la existencia de micelas en soluciones surfactantes en 1913, una idea entonces controvertida; el análisis de Tanford del efecto hidrofóbico en la década de 1970 y el marco del parámetro de empaquetamiento de Israelachvili dieron al autoensamblaje una base termodinámica y geométrica predictiva.
Key figures
- James William McBain
- Jacob Israelachvili
- Charles Tanford
Related topics
Seminal works
- israelachvili2011
- adamson1997
Frequently asked questions
- ¿Qué es la concentración micelar crítica?
- Es la concentración de surfactante por encima de la cual las moléculas añadidas se autoensamblan en micelas en lugar de permanecer como monómeros libres; por debajo de ella la solución se comporta como una solución simple, y por encima de ella muchas propiedades físicas cambian drásticamente a medida que aparecen las micelas.
- ¿Por qué las colas de los surfactantes se agrupan en el agua?
- Las moléculas de agua forman una jaula ordenada desfavorable alrededor de las colas de hidrocarburos expuestas; agrupar las colas lejos del agua libera ese ordenamiento y aumenta la entropía, por lo que el efecto hidrofóbico impulsa el autoensamblaje incluso sin una atracción directa entre las colas.