Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР)
Зі збільшенням концентрації ПАР ступінь гідратації міцелярних структур зменшується зі зміною їхньої форми від сферичної до паличкоподібної.
 Зменшення гідратації проходить ступінчасто в тих самих вузьких інтервалах концентрацій, де відбувається перебудова міцел. The hydratation level of mice...
Saved in:
| Published in: | Праці наукового товариства ім. Шевченка |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Західний науковий центр НАН України і МОН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73952 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) / О. Герцик, Н. Дульцева, Н. Сеньків // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 150–155. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860138864690069504 |
|---|---|
| author | Герцик, О. Дульцева, Н. Сеньків, Н. |
| author_facet | Герцик, О. Дульцева, Н. Сеньків, Н. |
| citation_txt | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) / О. Герцик, Н. Дульцева, Н. Сеньків // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 150–155. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| description | Зі збільшенням концентрації ПАР ступінь гідратації міцелярних структур зменшується зі зміною їхньої форми від сферичної до паличкоподібної.
Зменшення гідратації проходить ступінчасто в тих самих вузьких інтервалах концентрацій, де відбувається перебудова міцел.
The hydratation level of micellous structure decreases with the increasing of surfactant
concentration. This tendency occurs according to changes of their structure from spherical to stick-like. The lowering of hydratation process has stage character and takes place in the same narrow concentration ranges, where the restructuring of micellae occur.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:47:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 541.18
Оксана ГЕРЦИК1, Наталія ДУЛЬЦЕВА2, Надія СЕНЬКІВ3
ВПЛИВ ГІДРАТАЦІЇ НА ПАРАМЕТРИ МІЦЕЛ
ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН (ПАР)
1Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів
2Інститут патології крові та трансфузійної медицини МАН України, Львів
3Львівський Медичний інститут
Зі збільшенням концентрації ПАР ступінь гідратації міцелярних струк-
тур зменшується зі зміною їхньої форми від сферичної до паличкоподібної.
Зменшення гідратації проходить ступінчасто в тих самих вузьких інтер-
валах концентрацій, де відбувається перебудова міцел.
У медицині постійно збільшується потреба в системах, які контролю-
ють вивільнення медикаментів, у полімерних імплантантах і мікрокапсу-
лах. Використання концентрованих розчинів поверхнево-активних речо-
вин (ПАР) дає подібний ефект регуляції, як і нагромаджуючі структури
організму [1, 2].
Солюбілізовані системи в медицині можна застосовувати обмежено.
Надто високі концентрації ПАР можуть ушкоджувати тканини, а також
знижувати термодинамічну активність лікарських препаратів. Порівняно
невисокі (до критичної концентрації міцелоутворення) концентрації ПАР
підвищують розчинність медикаментів і пропускну здатність мембран [3].
Використання поверхнево-активних речовин у медицині традиційно
ґрунтується на таких найважливіших властивостях їхніх розчинів –
зниженні поверхневого натягу і здатності розчиняти (солюбілізувати) ма-
лорозчинні у воді органічні речовини.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Водні розчини поверхнево-активних речовин мають дві основні тен-
денції: вибіркову адсорбцію молекул на поверхні поділу фаз і утворення
в об’ємі всього розчину специфічних міцелярних структур. Молекулярна
організація цих структур, що зумовлюється слабкою взаємодією між гід-
рофобними та гідрофільними силами, електролітним складом розчину,
впливом органічних додатків та іншими факторами, виражається у здат-
ності створювати міцели при певній величині критичної концентрації мі-
целоутворення (ККМ) [4].
ВПЛИВ ГІДРАТАЦІЇ НА ПАРАМЕТРИ МІЦЕЛ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН... 151
Форма і розміри міцел залежать також від сил, які діють в розчині,
наприклад, зв’язування протийонів, гідратація. Ці фактори, безсумнівно,
впливають на солюбілізацію медикаментів чи токсичних речовин у міце-
лах. У першому випадку відбувається цільовий транспорт слаборозчин-
них у водному середовищі лікарських препаратів [5], а в другому – по-
глинання міцелярними розчинами не тільки токсичних мономерів, а й
отруйних білків шляхом вбудовування їх у міцелярні структури та прис-
кореного виведення з організму.
У водних міцелярних розчинах, як і в розчинах неорганічних солей,
відбувається взаємодія між частинками розчиненої речовини та молеку-
лами розчинника. Безсумнівною є участь води у формуванні міцелярних
агрегатів, але і ці агрегати, як і мономерні ПАР змінюють структуру во-
ди [6]. Введення молекул ПАР у воду призводить до зниження ентальпії,
а також зменшення парціальної і мольної ентропії паралельно з ростом
теплоємності розчинення, тобто виявляється структурно-стабілізуюча дія
[7, 8]. Утворення гідратних комплексів довкруги гідрофільних груп зу-
мовлює колоїдно-хімічні властивості ПАР [9, 10].
Величину гідратації кількісно характеризують числом гідратації, тоб-
то кількістю молекул води, які рухаються разом з міцелою у розчині.
Число гідратації можна визначити вимірюванням в’язкості або дифузії.
Треба враховувати електров’язкісний ефект, шорсткість і асиметрію мі-
цел. Числа гідратації натрію додецилсульфату і тетрадецилтриметиламо-
нійхлориду 9 і 5 молів Н2О/моль ПАР відповідно. Для більшості відомих
ПАР середнє число гідратації коливається від 8 до 10 молів Н2О/моль
ПАР. Ці величини набагато менші, ніж числа гідратації, потрібні для
створення рівномірного моношару. Визначення спін-граткового часу ре-
лаксації протонів вуглеводневих радикалів міцели та кінетичних дослід-
жень свідчать про глибинне зволоження міцел аж до 2-атомів карбону.
У літературі [11] відомі так звані фьордові моделі, де передбачено
проникнення води аж до центра міцелярного ядра, а також рифові, в
яких молекули води концентруються тільки в околі йонних груп. Існує і
проміжна сферична модель, з числом агрегації близьким до 60 і радіусом
23±1.5 Å з глибокими впадинами між окремими алкільними ланцюгами.
Більша частина ланцюгів має по 6 незахищених атомів вуглецю поза яд-
ром, до яких може проникати вода. Ядро для такої моделі є місцем кон-
такту вуглеводневих ланцюгів з діелектричною проникністю близькою до
чистих вуглеводнів.
У теоріях гідратації міцел закладено певні протиріччя, які зумовлю-
ють нові дослідження в цьому напрямі, що цікаві для фізико-хімії колої-
дів, для біофізики.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ
Гідратація охоплює всі взаємодії, які виникають між речовиною і роз-
чинником. Експериментально визначене число гідратації залежить від
методу, чутливого до певних видів гідратації. Ультраакустичним методом
визначається найміцніше зв’язана вода першої оболонки. Тому ступінь
гідратації, визначений цим методом менший, порівняно із визначеним
віскозиметрично.
152 ОКСАНА ГЕРЦИК, НАТАЛІЯ ДУЛЬЦЕВА, НАДІЯ СЕНЬКІВ
В’язкість досліджуваних розчинів ми вимірювали за допомогою віско-
зиметра Убелоде. Час витікання розчину визначали з точністю до ±0.1 с.
Середнє відхилення для 6—7 вимірів ±0.1 с. Час витікання бідистилату
при (25.00±0.05)°С для цього віскозиметра (80.9±0.1) с. Розчин фільтрували
через мембранний фільтр.
Загалом ступінь гідратації міцели визначають за різницею молярних
об’ємів гідратованої ( mV ′ ) і негідратованої ( mV ) міцелярної фази
( )
OH
mm
V
VVW
2
' −
= ,
де OHV
2
- молярний об’єм води 1.74⋅10-5 м3/моль.
Молярний об’єм гідратованої міцелярної фази визначено з віскози
метричних даних
mmm aC+= ][ηη .
Тут
'][
mm
V⋅= νη – характеристична в’язкість міцел;
2'
mVa ⋅= μ – ста-
ла, що характеризує міжміцелярну взаємодію.
Коефіцієнти μ і ν пов’язані залежністю
2νμ k= , де
2]/[
m
ak η= . Значе-
ння а і [η]m визначено з залежності ηm = f(Cm).
Для дослідження ми вибрали дві поверхнево-активні сполуки: натрію
олеат C17H33COONa, Mm = 304.45 та натрію лінолеат C17H29COONa, Mm =
300.42, нетоксичні для живих організмів. Розчини готували на бідистила-
ті.
Для оцінки чистоти продуктів використано елементний аналіз. Теоре-
тичні й аналітичні дані збігалися до ±0.3%.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ
З рис. 1 видно, що при поступовому збільшенні концентрації ПАР ви-
являються дві області ККМ.
З цих даних визначено константу μ і гідратований міцелярний об’єм
V’m. Визначені параметри наведено в табл. 1.
Збільшення величини μ свідчить про підвищення частки гідродинаміч-
ної взаємодії у загальну в’язкість розчину ПАР при концентрації вищій
за ККМ2. Молярний об’єм V’m дещо зменшується. Такий експерименталь-
ний результат відбувається за рахунок асиметризації міцел при вищих
концентраціях ПАР. В цій області, вище за ККМІІ, характеристична в’яз-
кість [η]m зменшується, а величина параметра а росте, що, очевидно, зу-
мовлено збільшенням гідродинамічної міжміцелярної взаємодії при збіль-
шенні концентрації ПАР.
Об’єм негідратованої міцелярної фази Vm ПАР розраховували як ади-
тивну величину за структурними формулами натрію олеату та лінолеа-
ту, використовуючи дані [12] молярних Ван-дер-Ваальсівських об’ємів їх-
ніх функціональних груп (табл. 2).
ВПЛИВ ГІДРАТАЦІЇ НА ПАРАМЕТРИ МІЦЕЛ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН... 153
2 6 10 14 18 22 26 C *10m
3
кмоль/м3
2.8
4.0
ηm*103
2
1
2.0
1.6
2.4
3.2
3.6
Рис. 1. Залежність приведеної в’язкості розчину натрію олеату (1) та лінолеату
(2) від їхньої концентрації Сm.
Таблиця 1
Гідродинамічні параметри міцелярних розчинів олеату та лінолеату натрію (ν=2.5)
Натрію олеат Натрію лінолеат Параметри
розчину до ККМІ ККМІ—ККМІІ до ККМІ ККМІ—ККМІІ
[η]m⋅103, м3/моль 2.48 2.09 2.00 1.83
а 0 4.25 0.40 1.91
μ 0 6.23 0.65 3.58
V’m⋅103, м3/моль 0.99 0.83 0.79 0.73
Таблиця 2
Параметри гідратації (Vm, W) та фактор форми (ν), досліджуваних ПАР
Натрію олеат Натрію лінолеат
Параметри гідратації
до ККМІ ККМІ—ККМІІ до ККМІ ККМІ—ККМІІ
Vm⋅103, м3/моль 0.297 0.296 0.269 0.269
W 40 31 30 26
ν 2.51 2.78 2.52 2.89
Визначивши густину досліджуваних ПАР, ρ=m/V (кг/м3), знаходимо
V=(Mm/m)⋅ν. Припускаючи, що при переході в міцелярний стан його мі-
целярний об’єм збільшиться на 10% (оскільки ядро міцели рідиноподібне),
обчислюємо значення Vm, яке використовуємо для розрахунку ступеня
гідратації W за наведеною формулою (див. табл. 2).
Отже, зі збільшенням концентрації ПАР, ступінь гідратації міцеляр-
них структур зменшується зі зміною їхньої форми від сферичної до па-
личкоподібної. Зменшення гідратації відбувається стрибкоподібно в тих
154 ОКСАНА ГЕРЦИК, НАТАЛІЯ ДУЛЬЦЕВА, НАДІЯ СЕНЬКІВ
самих вузьких інтервалах концентрацій, де відбувається перебудова мі-
цел, тобто зміна їхньої форми, чисел агрегації, площі поверхні поділу
фаз міцела/вода.
Міцели натрію лінолеату мають вищий ступінь гідратації і більшу
міжфазову площу, яка припадає на одну полярну групу молекули міце-
лярної ПАР порівняно з натрій олеатом. Це свідчить також про вищу си-
метрію міцел натрію лінолеату. Очевидно, в цьому виявляється його ви-
ща ненасиченість.
Враховуючи велику міжфазову площу міцел натрію лінолеату, сту-
пінь гідратації, можна зробити висновок, що така поверхнево-активна ре-
човина придатніша для солюбілізації та поверхневої адсорбції гідрофіль-
но-гідрофобних органічних молекул.
ЛІТЕРАТУРА
1. Stopar D., Spruijt R.B., Wolfs C.J., Hemminga M.A. Structural characterization of
bacteriophage M 13 solubilization by amphiphiles // Biochim. Biophys Acta. –
2002. – Vol. 1594, № 1. – P. 54—63.
2. Croy S.R., Kwon G.S. Polymeric micelles for drug delivery // Curr. Pharm. Des. –
2006.– Vol. 36. – № 12. – P. 4669—4684.
3. Zgoda M., Nekajski M., Woskowicz M., Lukoszek M. Equilibrium solubilization of
diclofenac by aqueous solutions of the prodacts of lanolin oxyethylenation //
Polym. med. – 2004,– Vol. 34, № 4. – P. 31—44.
4. Мицеллообразование, солюбилизация, эмульсии / Под ред. К. Миттел. –М.,
1980. – С. 534.
5. Patist A., Kanicky J., Shukla P., Shah D. Importance of micellar kinetiks in
reaction to technological processes // J. Colloid Interface Sci. – 2002. –
Vol. 254, № 1. – P. 1—15.
6. Десноер К.Е., Жоликоэр К.Б. Гидратация и термодинамические свойства ио-
нов // В кн.: Современные проблемы электрохимии. – М., 1971. – С. 11—97.
7. Poland D.C., Sheraga H.A. Hydrofobic bonding and micelle stability // J. Phys.
Chem. – 1965. – Vol. 69, № 7. – P. 2431—2442.
8. Пчелин В.А. К вопросу о природе элементов упорядоченных структур в вод-
ных растворах дифильных молекул в связи с их гидрофобным взаимодей-
ствием // Колл. журн. – 1969. – Т. 31, № 1. – С. 231—256.
9. Rodakiewicz-Nowak J., Maslakiewicz P., Haber I. The effect of linoleic acid on
pH inside sodium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate reverse micelles in isooctane
and on the enzymic activity of soybean lipoxygenase // Eur. J. Biochem. –
1996. – Vol. 238, № 2. – P. 549—553.
10. Davydov D.R., Chebotareva N.A. Kinetics of soybean lipoxygenase reaction in
hydrated reversed micelles // Biochimie. – 1989. – Vol. 71, № 4. – P. 573—578.
11. Menger F.M., Jerkunica J.M, Johnston J.C. The water content of a micelle interior.
The fiord v.c. ret modele // J. Amer. Chem. Soc. – 1978. – Vol. 100, № 5. –
P. 4676—4678.
ВПЛИВ ГІДРАТАЦІЇ НА ПАРАМЕТРИ МІЦЕЛ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН... 155
12. Hoiland H., Vikingstad E. Partial molal volumes and additivity of group partial
molal volumes of alcogole in aqueous solution at 25 and 35 °C // Acta chem.
scand. – 1976. – Vol. A30, № 3. – P. 182—186.
SUMMARY
Oksana HERTSYK1, Natalia DULCEVA2, Nadiya SENKIV3
THE INFLUENCE OF HYDRATATION ON THE MICELLAE PARAMETERS OF
SURFACTANTS
1 Ivan Franko National University of Lviv
2Institute of Blood Pathology and Transfusion Medicine of the MAS of Ukraine
3Lviv Medical Institute
The hydratation level of micellous structure decreases with the increasing of surfactant
concentration. This tendency occurs according to changes of their structure from spherical to
stick-like. The lowering of hydratation process has stage character and takes place in the same
narrow concentration ranges, where the restructuring of micellae occur.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73952 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1563-3569 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:47:54Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Західний науковий центр НАН України і МОН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Герцик, О. Дульцева, Н. Сеньків, Н. 2015-01-17T16:00:32Z 2015-01-17T16:00:32Z 2007 Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) / О. Герцик, Н. Дульцева, Н. Сеньків // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 150–155. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1563-3569 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73952 541.18 Зі збільшенням концентрації ПАР ступінь гідратації міцелярних структур зменшується зі зміною їхньої форми від сферичної до паличкоподібної.
 Зменшення гідратації проходить ступінчасто в тих самих вузьких інтервалах концентрацій, де відбувається перебудова міцел. The hydratation level of micellous structure decreases with the increasing of surfactant
 concentration. This tendency occurs according to changes of their structure from spherical to stick-like. The lowering of hydratation process has stage character and takes place in the same narrow concentration ranges, where the restructuring of micellae occur. uk Західний науковий центр НАН України і МОН України Праці наукового товариства ім. Шевченка Хемія Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) The influence of hydratation on the micellae parameters of surfactants Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) Герцик, О. Дульцева, Н. Сеньків, Н. Хемія |
| title | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) |
| title_alt | The influence of hydratation on the micellae parameters of surfactants |
| title_full | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) |
| title_fullStr | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) |
| title_full_unstemmed | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) |
| title_short | Вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (ПАР) |
| title_sort | вплив гідратації на параметри міцел поверхнево-активних речовин (пар) |
| topic | Хемія |
| topic_facet | Хемія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73952 |
| work_keys_str_mv | AT gerciko vplivgídratacíínaparametrimícelpoverhnevoaktivnihrečovinpar AT dulʹcevan vplivgídratacíínaparametrimícelpoverhnevoaktivnihrečovinpar AT senʹkívn vplivgídratacíínaparametrimícelpoverhnevoaktivnihrečovinpar AT gerciko theinfluenceofhydratationonthemicellaeparametersofsurfactants AT dulʹcevan theinfluenceofhydratationonthemicellaeparametersofsurfactants AT senʹkívn theinfluenceofhydratationonthemicellaeparametersofsurfactants |