ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫЕ (ЛИОФИЛЬНЫЕ) ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

КРИТЕРИЙ
САМОПРОИЗВОЛЬНОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

N1 – число частиц дисперсной фазы
N2 – число молекул дисперсионной среды
При N1<
ИЗМЕНЕНИЕ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ
ПРИ ОБРАЗОВАНИИ СВОБОДНОДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЫ

Термодинамически неустойчивые
(лиофобные) дисперсные системы
Термодинамически устойчивые
(лиофильные) дисперсные системы
Псевдолиофильные дисперсные системы
КРИТЕРИЙ САМОПРОИЗВОЛЬНОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ
Критическое поверхностное натяжение
При r ~10-8м
σкр = 0,01 мДж/м2

ЛИОФИЛЬНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Критические эмульсии
Мицеллярные растворы ПАВ
Микроэмульсии

ЛИОФИЛЬНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
КРИТИЧЕСКИЕ ЭМУЛЬСИИ
Пример: Образование сырой нефти (эмульсия воды в нефти)

МИЦЕЛЛЯРНЫЕ РАСТВОРЫ ПАВ

ИЗОТЕРМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ
НЕМИЦЕЛЛООБРАЗУЮЩЕГО (1) И
МИЦЕЛЛООБРАЗУЮЩЕГО (2) ПАВ
0
2
4
6
8
10
12
14
σ0
сПАВ
σ
1

ИЗОТЕРМА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ МИЦЕЛЛООБРАЗУЮЩИХ ПАВ
ККМ
σ

ПРИМЕРЫ МИЦЕЛЛООБРАЗУЮЩИХ ПАВ
Молекулярная растворимость ионогенных ПАВ ~ 10-2 ÷ 10-3 моль/л, неионогенных ПАВ ~ 10-5 ÷ 10-6 моль/л

ГЛБ = ∑Вi + 7
ГИДРОФИЛЬНО-ЛИПОФИЛЬНЫЙ БАЛАНС (ГЛБ)

СХЕМАТИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
ПРЯМОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ МИЦЕЛЛЫ
Число агрегации m = 20÷100
Радиус сферической мицеллы ~ длина молекулы ПАВ

Прямые мицеллы
ЭВОЛЮЦИЯ МИЦЕЛЛ
Молекулярный
раствор
Сферические
мицеллы
Анизометричные
мицеллы
Гель
Кристаллы

РАВНОВЕСИЕ В МИЦЕЛЛЯРНОМ РАСТВОРЕ
m[ПАВ] ↔ (ПАВ)m
c0 – общая концентрация ПАВ
см – концентрация молекулярно растворенного ПАВ
nмиц – число мицелл в единице объема
смиц = nмиц/NA – концентрация мицелл
с0 = см + m смиц m = 20 ÷ 100
Зависимость концентрации мицеллярной (смиц) формы от концентрации молекул ПАВ (см)
Зависимость концентраций молекулярной (см) и мицеллярной (смиц) форм от общей концентрации ПАВ (с0)

Изменение энергии Гиббса на 1 моль ПАВ в мицеллярной форме:
ТЕРМОДИНАМИКА МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ
смиц << c м = ККМ

ЭНТРОПИЙНАЯ ПРИРОДА ПРОЦЕССА
МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
ΔG = ΔH - TΔS < 0

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ККМ

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ КРИТИЧЕСКОЙ
КОНЦЕНТРАЦИИ МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ

ТОЧКА КРАФТА
Диаграмма состояния системы :
ионногенное мицеллообразующее ПАВ - вода

1. В гомологических рядах мицеллообразующих ПАВ:
- ККМ уменьшается ~ в 3÷3,5 раза;
- предельное снижение σжг постоянно при увеличении
длины цепи на одну –CH2- группу
2. Природа полярной группы в молекуле мицеллообразующего ПАВ
Молекулярная растворимость:
ионогенных ПАВ ~ 10-2 ÷ 10-3 моль/л,
неионогенных ПАВ ~ 10-5 ÷ 10-6 моль/л.
ККМ ионногенных и неиногенных ПАВ с одинаковой по размеру углеводородной частью молекулы ???

3.ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА НА ККМ И ЧИСЛО АГРЕГАЦИИ

4. ВЛИЯНИЕ НЕМИЦЕЛЛООБРАЗУЮЩИХ ПАВ
a) Введение примесных добавок спирта в раствор
мицеллобразующего ПАВ
б) Высокие концентрации спирта приводят к
снижает ККМ
повышению ККМ (вплоть до предотвращения мицеллообразования)

КРИТИЧЕСКИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ
ДЛЯ ПАВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Мицеллообразующие ПАВ:
Маслорастворимые
ГЛБ сдвинут в сторону олеофильности
Низкая степень агрегации
m=3-40
Необходимо слабое взаимодействие полярная группа - растворитель
При низких концентрациях ПАВ формируются предмицеллярные агрегаты
МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ В НЕВОДНЫХ СРЕДАХ.
ОБРАТНЫЕ МИЦЕЛЛЫ

СОЛЮБИЛИЗАЦИЯ В Р-РАХ МИЦЕЛЛООБРАЗУЮЩИХ ПАВ
Растворимость октана:
в воде – 0.0015%
в 10% р-ре олеата Na – 2%
Относительная солюбилизация s:

ЛИОФИЛЬНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.
МИКРОЭМУЛЬСИИ

ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПАВ
С ОДНИМ И ДВУМЯ УГЛЕВОДОРОДНЫМИ РАДИКАЛАМИ
Липосомы – микрокапсулы диаметром 10-7-10-5 м, содержащие внутри воду,
окруженную одним или несколькими бислоями из молекул фосфолипидов
или сфинголипидов.

ПРЯМЫЕ И ОБРАЩЕННЫЕ ЛИПОСОМЫ

Липосомы широко используют в качестве модельных систем для:
- изучения принципов молекулярной организации и механизмов
функционирования биологических мембран;
изучения пассивного транспорта ионов и малых молекул через
липидный бислой. Изменяя состав липидов в липосомах, можно
направленно менять свойства мембран;
изучения действия на мембраны лекарственных средств и др.
биологически активных веществ в иммунологических исследованиях,
вводя в них различные антигены или ковалентно присоединяя к
липосомам антитела. Во внутренний водный объем липосом можно
включать лекарства, пептиды, белки и нуклеиновые кислоты, что
создает возможность практического применения липосом в
качестве средства доставки разных веществ в определенные
органы и ткани.
Включением мембранных белков в липидный бислой получают
т. наз. протеолипосомы, которые используют для моделирования
разнообразных ферментативных, транспортных и рецепторных
функций клеточный мембран.

Наличие в бислое достаточно протяженной углеводородной области
позволяет вводить в него гидрофобные вещества.
На поверхности бислоя можно адсорбировать различные вещества, а также
химически связывать их с липидами или другими компонентами мембраны.
СПОСОБЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В ЛИПОСОМЫ
Водорастворимые
вещества
Физическая и
химическая адсорбция

Основой Биоактивных Липосом фирмы «ONA» являются экологически чистые, высокоочищенные природные растительные фосфолипиды.
Уникальная оригинальная технология позволяет получать порошкообразные сухие липосомальные препараты высокой концентрации.
Эффективность включения вводимых в липосомы препаратов составляет 40 - 100%, в зависимости от характеристик вводимого вещества.

Биоактивные Липосомы
без включений.
Биоактивные Липосомы
с витаминами Е и С.
Биоактивные Липосомы
с фруктовыми кислотами

МОРФОЛОГИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ
Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии. Под ред. Миттел К., 1980.
Аденозин-
трифосфат
2+

МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ ПРИ УСВОЕНИИ ЖИРОВ

ПСЕВДОЛИОФИЛЬНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
СТРОЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ
Бентонит
Каолинит
Тетраэдр SiO2
Октаэдр Al2O3
0,94 нм
1,5 нм
Вода и
обменные катионы:
Na+, Ca2+, Mg2+
0,72 нм
Структурные элементы
глинистых минералов