Micelas e Auto-Organização

Moléculas surfactantes com cabeças hidrofílicas e caudas hidrofóbicas se auto-organizam espontaneamente em micelas, bicamadas e outras estruturas acima de uma concentração crítica, o protótipo da auto-organização molecular.

Definition

Micelas são agregados de moléculas surfactantes que se formam espontaneamente em solução acima de uma concentração crítica, e auto-organização é a organização espontânea de moléculas anfifílicas em estruturas ordenadas impulsionada pelo efeito hidrofóbico.

Scope

Este tópico aborda a auto-organização de moléculas anfifílicas: a estrutura dos surfactantes, o efeito hidrofóbico que impulsiona a agregação e a concentração micelar crítica acima da qual as micelas se formam. Ele desenvolve a termodinâmica da micelização, as regras do parâmetro de empacotamento que determinam se esferas, cilindros, bicamadas ou vesículas se formam, e as estruturas resultantes, incluindo membranas, lipossomas e cristais líquidos. A estabilidade geral dos coloides e a estrutura das interfaces carregadas são tratadas em tópicos relacionados.

Core questions

• Por que o efeito hidrofóbico leva os surfactantes a se agregarem?
• O que é a concentração micelar crítica e o que acontece acima dela?
• Como o parâmetro de empacotamento prevê a forma da estrutura auto-organizada?
• Como bicamadas, vesículas e membranas surgem dos mesmos princípios?

Key concepts

• Anfifílicos e surfactantes
• Efeito hidrofóbico
• Concentração micelar crítica
• Parâmetro de empacotamento e forma do agregado
• Bicamadas, vesículas e membranas

Key theories

Efeito hidrofóbico e micelização

A agregação das caudas dos surfactantes reduz o contato desfavorável entre a água e o hidrocarboneto, de modo que, acima de uma concentração crítica, as micelas se formam espontaneamente com um ganho de energia livre impulsionado pela entropia, o efeito hidrofóbico.

Parâmetro de empacotamento e estrutura

A geometria do agregado auto-organizado, seja micela esférica, cilindro, bicamada ou vesícula, é definida pela razão entre o volume da cauda do surfactante e a área e o comprimento de sua cabeça, permitindo a previsão da morfologia auto-organizada.

Clinical relevance

A auto-organização de surfactantes fundamenta a ação de limpeza de detergentes e a solubilização de óleos, a formulação de emulsões, cosméticos e veículos de entrega de medicamentos como lipossomas, a modelagem de materiais nanoestruturados e a estrutura das membranas celulares biológicas.

History

McBain propôs a existência de micelas em soluções surfactantes em 1913, uma ideia então controversa; a análise de Tanford do efeito hidrofóbico na década de 1970 e a estrutura do parâmetro de empacotamento de Israelachvili deram à auto-organização uma base termodinâmica e geométrica preditiva.

Key figures

• James William McBain
• Jacob Israelachvili
• Charles Tanford

Seminal works

• israelachvili2011
• adamson1997

Frequently asked questions

O que é a concentração micelar crítica?

É a concentração de surfactante acima da qual as moléculas adicionadas se organizam em micelas, em vez de permanecerem como monômeros livres; abaixo dela, a solução se comporta como uma solução simples, e acima dela muitas propriedades físicas mudam drasticamente à medida que as micelas aparecem.

Por que as caudas dos surfactantes se agrupam na água?

As moléculas de água formam uma gaiola ordenada desfavorável em torno das caudas de hidrocarbonetos expostas; o agrupamento das caudas longe da água libera essa ordenação e aumenta a entropia, de modo que o efeito hidrofóbico impulsiona a auto-organização mesmo sem atração direta entre as caudas.