Формы самоорганизации. Образование мицелл низкомолекулярных амфифилов
Чтобы лучше понять процессы самоорганизации полимеров, рассмотрим более подробно, как протекает агрегация обычных амфифилов в водных растворах.
Типичным представителем лиофильных дисперсных систем являются мицеллярные дисперсии ПАВ, в которых на ряду с отдельными молекулами присутствуют коллоидные частицы (мицеллы) - ассоциаты молекул ПАВ с достаточно большой степенью ассоциации (число молекул в мицелле) m = 20-100 и более. При образовании таких мицелл в полярном растворителе (воде) углеводородные цепи молекул ПАВ объединяются в компактные углеводородное ядро, а гидротированные полярные группы, обращенные в сторону водной фазы, образуют гидрофильную оболочку. Благодаря гидрофильности наружной оболочки, экранирующей углеводородное ядро от контакта с водой, поверхностное натяжение на границе мицеллы-среда оказывается сниженным, что обуславливает термодинамическую устойчивость мицеллярных систем относительно макрофазы ПАВ. При низкой концентрации раствора подавляющее число амфифильных молекул находится в неассоциированном состоянии (в виде мономеров). Если концентрация растворенного вещества увеличивается и достигает некоторого значения, называемого критической концентрацией мицеллообразования, в системе возникают мицеллярные агрегаты различного размера, форма которых близка к сферической. При постоянной температуре мицеллярная фаза находится в термодинамическом равновесии с раствором мономеров. Рост концентрации сдвигает равновесие в сторону образования более крупных мицелл. При этом сферические агрегаты с радиусом ~1 нм могут превращаться в эллипсоидальные, а затем и в цилиндрические агрегаты с радиусом ~10 нм. Последние напоминают слегка изогнутые трубки, в которых углеводородные цепи размещаются внутри цилиндрических оболочек, построенных из полярных частей молекул. Дальнейший рост концентрации приводит к формированию так называемой гексагональной фазы - частично упорядоченной структуры с приблизительно гексагональной упаковкой параллельно ориентированных цилиндров, пространство между которыми заполнено водой. При еще более высокой концентрации амфифилов эта структура трансформируется в ламеллярную фазу, напоминающую слоеный пирог, в котором слои воды перемежаются с двойными слоями амфифильных молекул. Поскольку по мере уменьшения содержания воды диэлектрическая проницаемость среды e уменьшается (для жидкой воды e » 81) и приближается к значению, характерному для жидкого амфифила, в системе начинают преобладать силы диполь-дипольного притяжения между недиссоциированными полярными группами амфифильных молекул. Поэтому дальнейшее уменьшение содержания воды ведет к перестройке структур в обратном направлении: ламеллярная фаза преобразуется в инвертированные цилиндры, а те в свою очередь – в инвертированные мицеллы.
|
|
|
|
|
|
Полиморфных переходы
О взаимных превращениях структур различного типа говорят как о полиморфных переходах. Такой термин, более привычный для кристаллохимиков, употребляется не случайно. Действительно, одной из замечательных особенностей рассмотренных систем является их жидкокристалличность. Как известно, жидкие кристаллы (или мезофазы) представляют собой вещества, которые имеют свойства и жидкостей и твердых тел. С одной стороны, они обладают текучестью, а с другой - молекулы такого вещества упорядочены наподобие кристаллической решетки. Для жидких кристаллов часто характерна анизотропия механических, электрических, магнитных и оптических свойств, в частности наличие двойного лучепреломления. Именно такой ярко выраженной анизотропией свойств обладают гексагональная и ламеллярная мезофазы. Заметим также, что способы описания и физические методы исследования мезофаз аналогичны тем, которые используются в кристаллографии. Так, о полиморфных переходах в амфифильных системах обычно судят используя рентгеноструктурный анализ или метод рассеяния нейтронов.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 154; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!