Исследование кинетики мицеллообразования и релаксации сферических и цилиндрических мицелл на основе уравнения Беккера-Дёринга

• Автор: Бабинцев, Илья Александрович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Кинетическое уравнение мицеллообразования и термодинамические модели агрегативного равновесия

1.1 Сферические агрегаты

1.2 Цилиндрические агрегаты

1.3 Сосуществующие устойчивые сферические и цилиндрические

агрегаты

1.4 Линеаризованное уравнение Беккера-Дёринга

2 Формирование и релаксация сферических мицелл

2.1 Мицеллярная релаксация при малых отклонениях от равновесия

2.2 Мицеллярная релаксация и мицеллообразование, описываемые нелинейными дискретными уравнениями
2.2.1 Мицеллярная релаксация
2.2.2 Мицеллообразование
3 Формирование и релаксация цилиндрических мицелл
3.1 Релаксация при малых отклонениях от финального равновесия
3.2 Мицеллообразование и релаксация при больших отклонениях
от равновесия
3.2.1 Релаксация при большом начальном избытке ПАВ в агрегатах
3.2.2 Мицеллообразование и релаксация при большом начальном избытке мономеров ПАВ
4 Агрегация и релаксация в растворах сосуществующих сферических и цилиндрических мицелл
4.1 Характерные времена и характерные моды релаксации
4.2 Зависимость от полной концентрации ПАВ и сравнение с
предсказаниями аналитической теории
4.2.1 Аналитическая кинетическая теория

4.2.2 Медленная релаксация
4.2.3 Быстрая релаксация
4.2.4 Переход между временами и модами быстрой релаксации
4.3 Мицеллообразование и релаксация при сильных начальных
отклонениях от равновесия
4.3.1 Мицеллообразование при нулевой начальной концентрации агрегатов с п > 1
4.3.2 Релаксация при большом начальном избытке мономеров
4.3.3 Релаксация при большом начальном избытке ПАВ в агрегатах
Заключение
Литература

Введение
Способность молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) собираться в устойчивые агрегаты - мицеллы при концентрации ПАВ выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ), известна уже довольно давно. Мицеллярные системы вызывают большой интерес как с точки зрения огромного числа различных физико-химических и технологических приложений, так и из-за своеобразия самого механизма мицеллообразова-пия. В частности, этот интерес связан с полиморфизмом мицелл - способностью молекул ПАВ образовывать агрегаты разной формы: сферической, цилиндрической, нитевидной. Одним из свойств мицеллярных систем, вытекающим непосредственно из строения молекул ПАВ, является солюбилизация, т.е. внедрение мало- или практически нерастворимых в данном растворителе веществ в мицеллы, что приводит к резкому увеличению эффективной растворимости этих веществ в мицеллярных растворах. Например, бензол, гептан, керосин, минеральные масла "псевдорастворяются"в водных растворах ПАВ при концентрации выше ККМ. Применение свойства солюбилизации - это эмульсионная полимеризация, изготовление пищевых продуктов, получение фармацевтических препаратов и т.д.
Следует сказать несколько слов о биологическом значении мицеллообразования. Биологические мембраны - сложные бислои с гидрофобным ядром и гидрофильным окружением, формирующиеся в мицеллярных системах при высоких концентрациях ПАВ. Биологическая активность и специфичность многих биохимических процессов требует соответствующей структурной организации. Агрегация обеспечивает один из уровней организации молекул, причем эта агрегация обратима.
Существует мицеллярный катализ, т.е. проведение синтеза в мицеллах в растворах ПАВ выше ККМ. Правильный выбор ПАВ может обеспечить увеличение скорости реакции от пяти- до тысячекратной по сравнению с реакциями без мицелл.
Одно из основных применений ПАВ - использование их в качестве моющих средств, называемых детергентами. Моющее действие - это способность растворов моющих веществ удалять прилипшие к поверхности частицы загрязнений и переводить их за счет солюбилизации во взвешенное состояние [1]. Обычные загрязнения - это масляные продукты с частицами пыли,

.Матрица (an- const)
* Теория (a -const)
— - Матрица (ап - диффузия)
о Теория (ап - диффузия)
___a Матрица (an - const)
*. Теория-1 (an - const)
х Теория-2 (an - const)
аа Матрица (ап - диффузия) О Теория-1 (ап - диффузия)
А Теория-2 (ап - диффузия)
Рис. 2.7: (а) Время 13 медленной релаксации как функция равновесной концентрации мономеров с для постоянных и диффузионных (см. 1.24) коэффициентов ап, полученное с помощью дискретных и аналитических вычислений, (б) Время tf быстрой релаксации как функция равновесной концентрации мономеров С для постоянных и диффузионных коэффициентов ап, полученное с помощью дискретных и аналитических вычислений.