سورفکتانت ها: میسل چیست؟  

سورفکتانت ها: میسل چیست؟

نویسنده:

سید مسیح میرمقتدایی
کارشناس ارشد تحقیق و توسعه شرکت گلتاش


چکیده: میسل ها توده های کروی هستند که قسمت درونی آن ها هیدروکربنی است. غلظتی از شوینده که در آن اولین میسل ها تشکیل می شوند، غلظت بحرانی میسل نام دارد. اندازه میسل با کمیتی به نام عدد تجمع اندازه گیری می شود.
میسل چیست؟
غلظت کمی از مولکول های یک شوینده را در یک محلول رقیق تجسم کنید که بیشتر آن ها در سطح بین هوا-مایع جذب می شوند. اگر شروع به افزودن ماده شوینده به این محلول بکنیم، غلظت آن تا حد اشباع شدن سطح مذکور افزایش خواهد یافت و کشش سطحی ثابت خواه شد (به نزدیکی یک حد ثابت می رسد (شکل 1-2)). اگر باز هم شوینده زیادتری اضافه کنیم، مولکول های شوینده درون محلول باقی خواهند ماند ولی باز هم سرهای آبگریز آن ها از محیط آبکی دفع می شود.
آن ها می توانند توده هایی کروی به نام میسل ایجاد کنند که قسمت درونی این میسل ها به یک فاز مجزای هیدروکربنی شباهت دارد (شکل 1-4).
غلظتی که در آن اولین میسل ها تشکیل می شوند غلظت بحرانی میسل نام دارد (CMC). این میسل ها به عنوان مولکول های بزرگی عمل کرده و بر دو خصوصیت مهم اثر می گذارند:
1- حلالیت روغن ها و هیدروکربن های آبی در محلول های آبکی.
2- ویسکوزیته
اندازه میسل به وسیله عدد تجمع اندازه گیری می شود که این عدد بیانگر تعداد مولکولهای ماده شوینده شرکت کرده در یک میسل است (جدول 101). چندین نکته جالب توجه در این جدول وجود ارد. اول از همه اینکه بر خلاف انوع آنیونی و کاتیونی، شوینده های غیریونی میسل های بسیار بزرگتری تشکیل می دهند. ممکن است تصور کنید خواصی مانند ویسکوزیته یا حلالیت که به اندازه میسل وابسته است، دلیلی بر وجود این میسل های بزرگ شوینده های غیرینی باشد. در عمل نیز همین طور است زیرا شوینده های غیریونی در حل کردن روغن های هیدروکربنی بسیار کارآمد هستند.
دومین نکته قابل توجه رفتار غیرعادی شوینده های غیریونی با تغییرات دمایی می باشد. در شوینده های قطبی، افزایش دما به دلیل افزایش دادن انرژی جنبشی مولکول ها، تمایل آن ها جهت تجمع و متراکم شدن را کاهش می دهد. برای انواع غیر یونی نیز این قانون صادق است ولی از طرفی افزایش دما باعث شده که گروه اتوکسیدی (EO) مولکول های آب اطراف خود را از دست بدهد که نتیجه آن کاهش قطبیت مولکول و تمایل بیشتر آن برای تجمع کردن خواهد بود. غیر یونی ها این انباشتگی را تا زمانی که به صورت نامحلول درآیند، ادامه می دهند.
جدول 1-1 عدد تجمع

چرا میسل به شکل یک کره ایجاد می شود؟

به نظر می رسد برای اکثر مولکول های شوینده، این حالت از نظر ترمودینامیکی بهترین فرم است، البته این امر بستگی به اندازه نسبی قسمت آبدوست و آبگریز مولکول دارد. کره شکل متداول میسل برای اکثر شوینده ها در غلظت هایی بیش از غلظت بحرانی میسل (CMC) می باشد که مقدار آن برای بیشتر شوینده ها زیر 1 % است، بنابرین میسل کروی فقط در نزدیکی نقطه CMC یک شکل صحیح برای مولکول های شوینده خواهد بود.
هنگامی که غلظت از این حد افزایش یابد (که بسیاری از شوینده ها نیز در این غلظت های بالا تولید و فروخته می شوند) مثلاً 25 % برای مایعات شوینده فعال و 15 % برای شامپوها، محلول حاصل رفتارهای عجیبی از نظر حلالیت و ویسکوزیته از خود نشان می دهد. علت تغییر شکل میسل ها به دلیل کاهش فضای آزاد برای آن ها است.
اولین تغییر شکل تغییر میسل های کروی به میسل های لایه ای است که می تواند به صورت فصحاتی لایه لایه و یا استوانه هایی بلند باشد (شکل 1-5). اشکال استوانه ایی غیرکروی مشابهی نیز در محلول های رقیق تر تشکیل می شوند که مختص شوینده های خاصی با زنجیره آبگریز بلند و یا مولکول هاییی که کانتر یون (یون بار مخالف) آن ها پیوند محکمی با خود مولکول شوینده دارد، می باشند.
محلول شوینده ها با مسیل های کروی همانند سیالات نیوتونی رفتار می کنند؛ ویسکوزیته آن ها مستقل از درجه برش (shear rate) بوده و تفاوت زیادی با اب ندارند. تغییر نوع میسل از کروی به صفحه ایی یا استوانه ایی باعث افزایش شدید ویسکوزیه و تغییر ماهیت این محلول ها به سیالات غیرنیوتونی می شود، که به درجه برش بستگی دارد. در یک غلظت خاص محلول به حدی ویسکوز شده که به ژل تبدیل می شود. معمولاً مسیل های استوانه ایی در غلظت های متوسط شکل گرفته و بیشترین ویسکوزیته را ایجاد می کنند. در غلظت های بالاتر مسیل های لایه ایی ایجاد شده که مولکول های آب در بین لایه های دولایه ای مولکول های شوینده به دام افتاده اند.
بنابراین در محلول های آبی، بسیری از شوینده ها در غلظت های پایین قابلیت انحلال دارند (کمتر از 25 تا 35 درصد) و محلول های شدیداً ویسکوز و ژل مانندی در غلظت های نسبتاً بالا (60 تا 80 درصد) ایجاد کرده که این روند تا غلظت های 70 الی 90 درصد به همین صورت می باشد.
مولکول های درون مسیل ثابت نیستند بلکه در یک تعادل پویا قرار دارند. تشکیل و یا ادغام مسیل های کروی در محلول های رقیق، می تواند در ظرف کسری از ثانیه اتفاق بیفتد ولی تشکیل مسیل های لایه ایی و استوانه ایی، بسیار آرام تر بوده و گاهی در طول چند ساعت یا چند روز صورت می گیرد.
شکل 1-5 میسل ها در محلول غلیظ
مثال های زیادی از فرمولاسیون هایی وجود دارد که مخلوطی از دو یا چند ماده شوینده مختلف بوده و در این حالت بسیار مؤثرتر از یک نوع شوینده تنها عمل می کنند.
توضیح ایده میسل های ترکیبی (هنگامی که دو یا چند نوع شوینده مختلف یک نوع میسل می سازند) نیاز به توضیح برخی از پدیده های مربوط به این دسته مولکول ها داشته که در بخش های بعدی مورد بررسی قرار می گیرد.
جدول 1-2 مقادیر CMC

CMC و ساختار شیمیایی

گروه آبگریز

1- CMC با افزایش تعداد کربن های زنجیره هیدروکربنی کاهش می یابد.
2- هرچه سر قطبی مولکول از انتهای شاخه هیدروکربنی به سمت وسط حرکت کند، CMC افزایش می یابد.
3- اگر قسمت آبگریز مولکول حاوی اتم هایی قطبی (مانند N یا O) باشد، باعث افزایش CMC می شود.

گروه آبدوست

1- گروه های آبدوست حای بار الکتریکی، CMC هایی به مراتب بیشتر از گروه های غیریونی اتوکسیله شده دارند.
2- افزودن یک واحد اکسید اتیلن به یک شوینده غیرقطبی، CMC آن را افزایش می دهد.
3- افزودن یک واحد اکسید اتیلن به یک اترسولفات، باعث کاهش CMC آن می شود (واحد اکسید اتیلن EO در اینجا به عنوان یک واحد آبگریز عمل می کند نه آبدوست).
4- اگر یک گروه آبدوست اضافی به مولکول اضافه گردد CMC را افزایش می دهد (اما نه گروه EO، قسمت 3 را ببینید).
5- در یک نمک آنیونی CMC بدین ترتیب کاهش می یابد: Li+ > Na+ > K+ > Ca2+ = Mg2+

اثر افزودن الکترولیت


1- با افزودن الکترولیت به شوینده های آنیونی CMC کاهش می یابد.
2- CMC شوینده های غیریونی و آمفوتری با افزایش الکترولیت به آن ها، چندان تغییر نمی کند. (اثر افزودن ترکیبات آلی بستگی به میزان حلالیت آن ها دارد).
میسل ها می توانند در محلول های غیرآبی نیز تشکیل شوند. تحقیقات چندان زیادی در زمینه انجام نشده است ولی این طور به نظر می رسد که اندازه میسل ها در حلال های هیدروکربنی و آروماتیک، کوچکتر از میسل های محیط های آبی است.

مطلب قبلی: پدیده جذب

مطلب بعدی: حلالیت شوینده ها

منبع

کتاب « شوینده ها و مواد فعال سطحی » ترجمه سید مسیح میرمقتدایی

کتاب مواد فعال سطحی دکتر محمد چالکش امیری
کتاب مواد فعال سطحی دکتر محمد چالکش امیری

10,000 تومان
توضیحات محصول
add to basket


• میسل چیست؟
راز جوانی


تخفیف 50 هزار تومانی به مناسبت سال نو، فقط تا 20 فروردین 97
450 هزار تومان به جای 500 هزار تومان
برای استفاده از تخفیف ثبت نام پیش هنگام، هرچه سریعتر اقدام کنید
اطلاعات بیشتر و ثبت نام

معادل انگلیسی اصطلاحات تخصصی این مطلب

1- حلالیت = Solubility
limited solubility = حلالیت محدود
2- میسل = Micelle
micelles, micelle, aggregate of surfactant molecules that arrange themselves in a spherical form in aqueous solutions = میسل، مایسل، تجمع مولکول های سورفکتانت که به شکل کروی در محلول آبی


تلفظ micelles ↓
3- ویسکوزیته = Viscosity ویسکوزیته، گرانروی، قوام، مقاومت در برابر جاری شدن

high viscosity at rest = ویسکوزیته بالا در حالت سکون 
مثلا رزورسینول در فرمولاسیون رنگ موبه عنوان کوپلر استفاده می شود.
4- آنیونی = Anionic آنیونی، دارای بار الکتریکی منفی
5- اتوکسیله = Ethoxylated اتوکسیله، ترکیبی به آن مولکول اتیلن اکساید اضافه شده. 
6- ویسکوز = Viscose ویسکوز، با قوام
7- کاتیونی = Cationic
aluminum salts and cationic ingredients = نمک های آلومینیوم و ترکیبات کاتیونی 
کاتیونیک، کاتیونی

cationic peptide = پپتید کاتیونی
8- قانون = Regulation
Scalp hyperseborrhea regulation = تنظیم فعالیت بیش از حد غدد چربی پوست سر
capable of bringing about chemical changes=قادر به ایجاد تغییرات شیمیایی
cosmetics regulations = قوانین و مقررات آرایشی بهداشتی

osmoregulation = تنظیم تراوایی، اسمو رگولاسیون

Seborrhea regulation = تنظیم ترشح چربی توسط غدد چربی

natural regulation = تنظیم طبیعی
قانون گذاری

downregulation = کاهش


تلفظ cosmetics regulations ↓


تلفظ regulation ↓
9- الکترولیت = Electrolite الکترولیت 
10- محکم = Firm

تلفظ elasticity and firmness ↓
11- آمفوتری = Amphoteric آمفوتری، آمفوتریک
12- قطبیت = Polarity قطبیت، تمایل قطبی 
13- غیر یونی = None Ionic غیر یونی
14- سر قطبی = Polar Head سر قطبی 
15- آروما = Aroma
essential oils, an essential oil is a concentrated hydrophobic liquid containing volatile aroma compounds from plants, also known as volatile oils = اسانس های روغنی، ماده هیدروفوب غلیظ شده که حاوی ترکیبات آروماتیک فرار گیاهان می باشد. اسانس های روغنی را روغن های فرار نیز می نامند. 
آروما، ماده معطر، اسانس، ماده خوشبو، ترکیبات آروماتیک

aromatherapy = آروماتراپی، رایحه درمانی

aromatic agent = ماده معطر و آروماتیک
محصول آرایشی که معمولا در انتهای فرایند اصلاح برای تثبیت آرایش مو استفاده می شود
Clove, syzgium aromaticum = میخک، قرنفل، اوژنول

Chinese Cinnamon, Cinnamomum aromaticum = دارچین چینی، سلیخه

aroma chemicals = مواد شیمیایی معطر

Chemical aroma = ماده شیمیایی معطر

aromatherapist = آروماتراپیست 

plant aroma = آرومای گیاهی

Aromatic plants = گیاهان معطر

Nepalese Cardamom, Amomum aromaticum = هل نپالی


تلفظ aromatherapist ↓


تلفظ aromatherapy ↓
16- اشک = Tear

تلفظ tear ducts ↓


تلفظ zinc stearate ↓
17- کشش سطحی = Surface Tension
surface tension of water = کشش سطحی آب 


تلفظ surface tension of water ↓
18- شیمی = Chemistry
organic chemistry = شیمی آلی 
شیمی 


تلفظ chemistry ↓


تلفظ organic chemistry ↓
19- ازن = Ozone
secondary pollutants, A secondary pollutant is not directly emitted as such, but forms when other pollutants (primary pollutants) react in the atmosphere.Examples of a secondary pollutant include ozone, which is formed when hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) combine in the presence of sunlight; NO2, which is formed as NO combines with oxygen in the air; and acid rain, which is formed when sulfur dioxide or nitrogen oxides react with water. = آلاینده های ثانویه هوا که بر خلاف آلاینده های اولیه به شکل مستقیم وارد هوا نمی شوند. بلکه در اثر واکنش آلاینده های اولیه با عوامل دیگر ایجاد می شوند. از ازن تروپوسفری می توان به عنوان نمونه ای از آلاینده ثانویه نام برد. زیرا از واکنش هیدروکربن ها و اکسیدهای نیتروژن در حضور نور آفتاب ایجاد می شود. باران های اسیدی نمونه دیگری از آلاینده های ثانویه هستند. زیرا در اثر ترکیب اکسید گوگرد و اکسید نیتروژن با آب باران ایجاد می شوند. 

tropospheric ozone, Ozone that is a constituent of the troposphere. The troposphere extends from the Earth's surface to between 12 and 20 kilometers above sea level = ازن تروپوسفری، ازنی که در لایه تروپوسفر جو زمین قرار دارد. تروپوسفر آن قسمت از جو زمین است که از سطح زمین تا فاصله 12 و 20 کیلومتری بالای سطح دریا ادامه دارد.

photochemical smog, haze in the atmosphere accompanied by high levels of ozone and nitrogen oxides = مه دود فوتوشیمیایی، دودآلود شدن هوا به علت وجود ازن و اکسیدهای نیتروژن 

Ozone, trioxygen, an inorganic molecule with the chemical formula O3 = ازن، تری اکسیژن 


تلفظ ozone ↓


تلفظ tropospheric ozone ↓

مطلب فوق را در شبکه های اجتماعی زیر با دوستانتان به اشتراک بگذارید