胶束和自组装
具有亲水头部和疏水尾部的表面活性剂分子在高于临界浓度时，会自发组装成胶束、双层膜和其他结构，这是分子自组装的原型。
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Definition
胶束是表面活性剂分子在溶液中高于临界浓度时自发形成的聚集体；自组装是两亲性分子在疏水效应驱动下自发组织成有序结构的过程。
Scope
本主题涵盖两亲性分子的自组装：表面活性剂的结构、驱动聚集的疏水效应，以及胶束形成的临界胶束浓度。它阐述了胶束化的热力学、决定球形、圆柱形、双层膜或囊泡形成的堆积参数规则，以及由此产生的结构，包括膜、脂质体和液晶。胶体的一般稳定性和带电界面的结构在相关主题中讨论。
Core questions
- 为什么疏水效应会驱动表面活性剂聚集？
- 什么是临界胶束浓度？高于该浓度会发生什么？
- 堆积参数如何预测组装结构的形状？
- 双层膜、囊泡和细胞膜是如何从相同的原理中产生的？
Key concepts
- 两亲物和表面活性剂
- 疏水效应
- 临界胶束浓度
- 堆积参数和聚集体形状
- 双层膜、囊泡和细胞膜
Key theories
- 疏水效应和胶束化
- 表面活性剂尾部的聚集减少了水和碳氢化合物之间不利的接触，因此当浓度高于临界值时，胶束会自发形成，并伴随着熵驱动的自由能增益，即疏水效应。
- 堆积参数和结构
- 组装聚集体的几何形状，无论是球形胶束、圆柱体、双层膜还是囊泡，都由表面活性剂尾部体积与其头部面积和长度之比决定，从而可以预测自组装的形态。
Clinical relevance
表面活性剂的自组装是洗涤剂清洁作用和油类增溶的基础，也是乳液、化妆品和药物递送载体（如脂质体）的配方、纳米结构材料的模板化以及生物细胞膜结构的基础。
History
麦克贝恩（McBain）于1913年提出了表面活性剂溶液中胶束的存在，这是一个当时备受争议的观点；坦福德（Tanford）在20世纪70年代对疏水效应的分析以及以色列维利（Israelachvili）的堆积参数框架为自组装提供了预测性的热力学和几何基础。
Key figures
- James William McBain
- Jacob Israelachvili
- Charles Tanford
Related topics
Seminal works
- israelachvili2011
- adamson1997
Frequently asked questions
- 什么是临界胶束浓度？
- 它是表面活性剂浓度，高于此浓度时，添加的分子会组装成胶束，而不是以游离单体形式存在；低于此浓度时，溶液表现为简单的溶液，高于此浓度时，随着胶束的出现，许多物理性质会急剧变化。
- 为什么表面活性剂尾部在水中会聚集在一起？
- 水分子在暴露的碳氢化合物尾部周围形成不利的有序笼状结构；将尾部聚集起来远离水会释放这种有序性并增加熵，因此疏水效应驱动自组装，即使尾部之间没有直接吸引力。