胶束和微乳液介质
表面活性剂是最常见的表面活性剂,在工业和消费市场中用途广泛。表面活性剂是两亲性分子,其疏水尾部附着在亲水头基上。在水溶液中,超过临界浓度(称为“临界胶束浓度”,cmc),表面活性剂动态结合形成胶体尺寸的大分子聚集体,称为胶束。在cmc以上,单体和胶束之间存在动态平衡。每个胶束由一定数量的表面活性剂分子(聚集数)组成,这决定了特定胶束系统的一般大小和几何形状。正常胶束系统的结构是这样的,疏水尾部都指向远离水相的胶束中心,形成核心。亲水头基团指向并与水溶液相接触,从而形成极性表面。亲水部分的性质决定了胶束系统是否可以分为阴离子、阳离子、两性离子或非离子型。这些类表面活性剂的制备、性质和关键胶束参数的广泛汇编已经出版,人们应该查阅它们以获得进一步的详细信息。
胶束表面的电荷分布对胶束体系的行为起着决定性的作用。球形离子胶束系统的二维示意图如图5[47]所示。该结构是这样的:亲水性头基团指向水相并与水相接触,疏水性尾指向远离水相,形成一个中心非极性核心。在斯特恩层,电势的下降非常剧烈,而在郭氏-查普曼层,电势下降相当缓慢。
增溶力是胶束体系最有用和最重要的特性。增溶是一个动态平衡过程,取决于温度、表面活性剂浓度、溶质性质和胶束系统的类型。在胶束体系中有几种可能的增溶位点,增溶物所占的位置取决于溶质和胶束的性质。在一个正常的胶束中,非极性溶质可能位于疏水核心的中心附近。两亲性溶质可以在胶束中定向,使亲水性部分靠近或远离斯特恩层。离子溶质可吸附在极性胶束表面。
胶束体系的另一个重要特征是它们能够作为一种新的反应介质,在这种介质中,反应速率、平衡位置、产物甚至立体化学都可能受到影响。它们可以抑制或加速化学反应的速度,以及转移
少数A
/\/V\疏水高,O头组,反离子O几个A
/\/V\疏水性高,O头组,反离子
图5离子球形胶束的二维表示。
反应平衡的位置取决于反应的性质和胶束系统的类型。这些效应是增溶作用的结果,并归因于胶束系统与反应物之间疏水和静电相互作用的平衡。
微乳液类似于胶束系统。对它们的简单描述是微乳液是膨胀的胶束。通过适当处理水、表面活性剂、另一种碳氢化合物和辅表面活性剂,可以得到一种常见的微乳液。两者之间的一个显著区别是平均大小。普通胶束的尺寸约为2-3 nm,而水包油微乳液的平均尺寸为20-40 nm。因此,微乳液的增溶能力远大于胶束。它们的结构特征与胶束非常相似。
综上所述,胶束和微乳液影响氧化还原平衡浓度,并溶解大量难溶有机污染物。这使得它们在不容易进入水介质溶液的有毒物质的光化学降解中具有吸引力的光催化剂。与半导体溶胶一样,胶束和微乳液体系一般都是光学透明的。
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