«Вот идет Еж по лесу, похрюкивает, ножками-коротышками по корешкам постукивает. Лис на него.
Еж брык! - и стал шариком.
Поди-ка, сунься к нему, - кругом колючки»
В.Бианки, "Как Лис Ежа перехитрил"
Наверняка вы видели в поле или в лесу живого ежика… или хотя бы на картинке – маленький, беззащитный – как, наверное, ему трудно жить среди опасных хищников! Конечно, при встрече с лисой еж не может вступить с ней в бой, нет у него страшных зубов, да и размеры не те. Но природа не зря подарила ему острые иголки – при приближении опасности ежик мгновенно сворачивается в клубок, и лисице ничего не остается, как колоть о них свой нос – вот же он, близко, а не достанешь. Вы спросите, при чем здесь мицеллы? Дело в том, что поведение ежа в моменты опасности очень похоже на поведение мицелл в «недружественной» среде.
Мицеллы – это ассоциаты «амфифильных молекул», поверхностно-активных веществ (ПАВ), обладающих полярной гидрофильной «головой» и неполярным углеводородным «хвостом». Если такое вещество растворить в любой жидкости, молекулы ПАВ будут собираться на ее поверхности (см. «пленки Ленгмюра-Блоджетт»), до тех пор, пока их концентрация не достигнет некоторого предельного значения, называемого критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). Причем, молекулы ПАВ будут обращаться к жидкой фазе тем концом, который ближе по химической природе к молекулам растворителя. Выше же критической концентрации мицеллообразования молекулы начнут «съеживаться», образуя замкнутые ассоциаты, гидрофильная или гидрофобная часть которых полностью замкнута в объеме мицеллы (Рис.1). Если мы растворяем ПАВ в полярной среде (например, в воде), то наружу будут обращены полярные части молекул, а мицеллы будут называться «прямыми». Если же молекулы ПАВ поместить не в воду, а, например, в неполярное масло, то они словно ежик свернутся в клубки, выставив наружу свои гидрофобные хвосты, как иголки. Такие мицеллы носят название «обращенных».
Движущей силой такого поведения молекул является уменьшение межфазного натяжения на границе «мицелла-растворитель». Величина ККМ сильно зависит от природы ПАВ, длины углеводородного радикала, электролита и pH раствора. Чем длиннее углеводородный радикал и слабее полярная группа, тем ниже нужна концентрация ПАВ, чтобы вызвать мицеллобразование. При увеличении концентрации ПАВ мицеллы могут деформироваться и приобретать несферическую форму. Так можно получить несферические типы мицелл: цилиндрические, гексагонально упакованные, ламеллярные и др. Если взять растворитель сложного состава, смешав компоненты согласно диаграмме состояния «полярный растворитель – неполярный растворитель – ПАВ», то можно получить микрогетерогенные системы, полярная и неполярная фазы которых пространственно разделены мономолекулярной пленкой ПАВ в объеме кажущейся однородной жидкости (см. «микроэмульсии»).
Мицеллярные системы активно используют для синтеза «наноструктур» и «наноматериалов». Так, синтез в обращенных мицеллах, является на сегодня самым распространенным способом формирования однородных по размеру наночастиц, а прямые мицеллы применяют для темплатного синтеза «цеолитов», «мезопористых нанокомпозитов» и т.д. В природе мицеллоподобные структуры образуются в крови, в межтканевой жидкости, в липосомах и рибосомах, а также служат основными компонентами при транспорте липидов, а также в процессах биоминерализации.
Литература
Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А., “Коллоидная химия. Учебник для студентов вузов”, Изд.: Высшая школа, 2006 г., 444 стр.
Два различных явления (мицеллообразование и поведение амфифильных молекул на поверхности) хорошенько перепутаны!
